Открытие на модели грызунов может дать представление о том, что происходит в зрительных системах детей, рожденных с заболеванием, которое препятствует полноценному развитию зрительного нерва. Это состояние также связано с расстройством аутистического спектра.«Хотя клиницисты знали о гипоплазии зрительного нерва в течение некоторого времени, природа патологии не была ясно понята», — сказал Конарк Мукерджи, доцент Исследовательского института карилиона штата Вирджиния. «У людей заболевание диагностируется с помощью визуализации сетчатки глаза пациента с помощью офтальмоскопии или визуализации с помощью МРТ.
Эти тесты не дают нам подробностей, необходимых для понимания природы патологии на клеточном уровне, поэтому мы смоделировали болезнь, чтобы выполнить систематический анализ зрительного нерва, от его происхождения в глазах до окончания в мозге ».Исследователи опубликовали свои результаты в Investigative Ophthalmology and Visual Science, журнале Ассоциации исследований в области зрения и офтальмологии.
Гипоплазия зрительного нерва тесно связана с атрофией зрительного нерва, при которой зрительный нерв сначала развивается нормально, но позже дегенерирует по мере отмирания его клеток. Эти два расстройства бывает трудно дифференцировать, поскольку диагноз ставится после начала заболевания.
«Название болезни зависит от времени постановки диагноза», — сказал Мукерджи, который также является доцентом биологических наук в Научном колледже Технологического института штата Вирджиния. «Всегда был вопрос о том, возникла ли гипоплазия зрительного нерва во время развития или зрительная система дегенерировала после нормального хода развития. Мы видим, что зрительный нерв меньше, чем должен быть, но возник ли он нормально и деградировал или Во-первых, он никогда не развивался должным образом? Нам пришлось разработать модель для исследования зрительного нерва в разные моменты времени ».
В клинике проводится тест, чтобы увидеть всю сетчатку пациента, включая зрительный нерв. Оно выглядит как небольшое светлое пятно, от которого кровеносные сосуды расходятся по сетчатке глаза. Пятно называется диском зрительного нерва, и его размер указывает на здоровье или заболевание — гипоплазию или атрофию зрительного нерва.
Мукерджи вместе с Майклом Фоксом, доцентом VTCRI и директором Центра развития и трансляционной нейробиологии VTCRI, сконструировали модель мыши, в которой отсутствует ген под названием CASK.Относительно мало известно о CASK, который имеет решающее значение для роста мозга во время развития и особенно в раннем младенчестве.
У детей без гена CASK развиваются микроцефалия и интеллектуальные нарушения. У них также есть серьезные нарушения зрения — результат недоразвития зрительного нерва.
CASK помогает обеспечить архитектурную поддержку и соединить синапсы, необходимые нейронам для связи в сетчатке и мозге. У здорового зрительного нерва есть аксоны, передающие информацию от глаза к мозгу вдоль нерва после значительной обработки информации и синаптической передачи между различными типами клеток в сетчатке.
Аномальный зрительный нерв намного меньше по размеру, ограничивает, а иногда и полностью устраняет связи — и передачу информации — между глазом и мозгом.«У мыши зрительный нерв выглядит нормально при рождении, что соответствует третьему триместру неонатального развития человека», — сказал Фокс. «Зрительный нерв начинает уменьшаться в диаметре прямо перед открытием глаза, то есть прямо перед рождением человека».
Хотя исследователи предупреждают, что мыши и люди разные, модель на мышах показывает, что гипоплазия зрительного нерва связана с молекулой CASK.«Мы посмотрели на зрительный нерв и увидели нормальную миелинизацию», — сказал Мукерджи, имея в виду белую жировую оболочку, обернутую вокруг аксонов, нервных волокон, которые позволяют передавать информацию на расстояния эффективно и быстро.
Если бы аксоны отмерли, было бы меньше миелина, а также повреждения, отмечающие места, где были аксоны. Никаких повреждений не было.«Это означает, что что-то происходит во время разработки», — сказал Фокс. «Возможно, мы сможем доставить CASK обратно в клетки, чтобы предотвратить потерю аксонов, или, возможно, спасти то, что уже было потеряно».Это исследование финансировалось за счет гранта Национального института здравоохранения, предоставленного Мукерджи.
Чен Лян, докторант кафедры биологических наук Технологического колледжа штата Вирджиния, и Алисия Керр, докторант программы магистратуры по биологии, медицине и здоровью штата Вирджиния, являются соавторами статьи.Среди других участников — Янфэнчжун Цю, нынешний студент первого курса Технологического института Вирджинии, который посещал среднюю школу Кейв Спринг в Роаноке во время учебы в лаборатории Мукерджи; Франческа Кристофоли, докторант Центра генетики человека при университетской больнице Лёвена в Бельгии; и Хильде Ван Эш, педиатр Центра генетики человека при университетской больнице Лёвена в Бельгии.