El modelo de ratón RP59 de retinitis pigmentosa muestra características bioquímicas y de diagnóstico clave de la enfermedad humana

Stephen Beitler, Ph.D.La degeneración de la retina en la retinitis pigmentosa es causada por una familia de mutaciones genéticas que lentamente conducen a la ceguera durante años o décadas. Un modelo de ratón de una de estas formas de retinitis pigmentosa, RP59, muestra características bioquímicas y de diagnóstico clave del RP59 humano, investigadores de la Universidad de Alabama en Birmingham un informe En la revista Muerte celular y enfermedad.

«Además, mostramos déficits funcionales estructurales e intrínsecos de la retina en el modelo de ratón K42E, lo que es consistente con una transmisión sináptica alterada entre los fotorreceptores de la retina y las células bipolares», dijo Steven Beitler, Ph.D., líder de investigación de la UAB. «Esta investigación puede proporcionar nuevos conocimientos sobre el mecanismo de la enfermedad de RP59 que guiarán las pruebas futuras de intervenciones terapéuticas para retardar o detener la progresión de este trastorno que causa ceguera».

RP59 es causada por una mutación de un aminoácido en una enzima llamada DHDDS que forma parte de un complejo enzimático implicado en la degradación de proteínas. El modelo de ratón K42E replica esta mutación cambiando el mismo aminoácido en la enzima del ratón, de lisina a ácido glutámico. Beutler y sus colegas del Departamento de Optometría y Ciencias de la Visión de la UAB y otras instituciones informaron por primera vez sobre el modelo de ratón en 2020, y el estudio inicial no mostró degeneración profunda de la retina ni defectos de N-glicosilación de proteínas.

Su estudio actual proporciona ahora un informe detallado sobre la patología de la retina interna y la transmisión sináptica defectuosa causada por esta mutación recesiva homocigótica.

El complejo enzimático que contiene DHDDS cataliza la adición gradual de unidades de isopreno de cinco carbonos para alargar una cadena de poliprenil difosfato que posteriormente se convierte en dolicol, el compuesto orgánico de cadena larga necesario para la N-glicosilación de proteínas. En los tejidos y fluidos corporales humanos normales, la cepa predominante de dolicol contiene 19 unidades de isopreno. En pacientes humanos con RP59, la longitud del dolicol cambia a 18 o 17 unidades de isopreno, lo que es diagnóstico de RP59.

Los investigadores de la UAB descubrieron que en el modelo de ratón K42E, las especies de dolicol en la retina, el hígado y el cerebro también estaban acortadas, de forma similar a RP59.

El análisis transcripcional de las neuronas de la retina reveló que 68 genes se expresaban diferencialmente en ratones K42E en comparación con los controles de tipo salvaje: 54 genes regulados positivamente y 14 genes regulados negativamente. Debido a que muchos de estos genes regulados diferencialmente están involucrados en la generación de sinapsis, los sitios de los impulsos nerviosos eléctricos entre dos células nerviosas, y en la función de las sinapsis, los investigadores observaron más de cerca la estructura y función de las neuronas intrínsecas y extrínsecas. Retinas en ratones K42E.

El modelo puede proporcionar nuevos conocimientos sobre el mecanismo de la enfermedad de RP59 que guiarán las pruebas futuras de intervenciones terapéuticas.La retina contiene 10 capas distintas de células nerviosas interconectadas por sinapsis. Las señales neuronales se generan en células que detectan la luz y luego pasan a través de sucesivas capas de neuronas que procesan las señales y luego envían esa información a través del nervio óptico a la corteza visual del cerebro. Las mediciones detalladas del grosor de la capa de células de la retina en ratones K42E revelaron una reducción significativa en una de las capas neurales, la capa nuclear interna, así como una ligera reducción en el grosor general de la retina. Este adelgazamiento comienza 2 meses después del nacimiento y aumenta gradualmente a lo largo de los 18 meses después del nacimiento.

El estudio microscópico reveló pérdida de células en la capa nuclear interna, alteración de la capa plexiforme externa, infiltración de núcleos fotorreceptores en la capa plexiforme externa y retracción aparente de las puntas de los fotorreceptores en la capa nuclear externa. También hubo evidencia de una muerte lenta de las neuronas de la retina, que comienza un mes después del nacimiento.

Los investigadores de la UAB utilizaron la electrorretinografía, en la que un electrodo colocado en la superficie del ojo mide las respuestas eléctricas de las neuronas de la retina a los destellos de luz, para identificar qué capas de neuronas de la retina estaban defectuosas. La primera respuesta eléctrica, llamada onda A, refleja la salud de las células fotorreceptoras en la retina externa que detectan fotones. La segunda respuesta, la onda b, refleja la salud de las capas internas de la retina, que se encuentran debajo de las células fotorreceptoras.

Los investigadores descubrieron que los ratones K42E tenían una amplitud reducida de la onda b que comenzó 1 mes después del nacimiento y luego disminuyó gradualmente durante 18 meses después del nacimiento, sin una atenuación significativa de la onda a.

«Nuestros resultados sugieren que la causa subyacente de las enfermedades de la retina RP59 que dependen de las variantes DHDDS K42E es un defecto en la transmisión sináptica desde la retina externa a la interna», dijo Beutler.

Co-primeros autores de Estancia, “El modelo de ratón Dhdds K42E RP59 muestra patología interna de la retina y transmisión sináptica defectuosa”, Hma May N. Nguyen y Dibyendu Chakraborty, Departamento de Optometría y Ciencias de la Visión de la UAB.

Otros coautores además de Beitler, Nguyen y Chakraborty son Sriganesh Ramachandra Rao y Stephen J. Flessler, del Sistema de Atención Médica de Virginia Occidental en Nueva York y la Universidad de Buffalo, Buffalo, Nueva York; Agnieszka Oneszek, Mariusz Radkiewicz, Llijana Surmach y Ewa Świeszewska, Academia Polaca de Ciencias, Varsovia, Polonia; Eric Soberand y Tariq Akhtar, Universidad de Guelph, Guelph, Ontario, Canadá; Timothy W. Kraft, Departamento de Optometría y Ciencias de la Visión de la UAB; y David M. Sherry, Centro de Ciencias de la Salud de la Universidad de Oklahoma, Oklahoma City, Oklahoma.

El apoyo provino de las subvenciones EY029341, EY003039 y EY032764 de los Institutos Nacionales de Salud; Beca para estudiantes de verano Fight for Sight; una beca de investigación para jóvenes de la Knights Templar Eye Foundation; y la subvención UMO-2019/35/B/NZ1/03794 del Centro Nacional de Ciencias de Polonia.

Optometría y Ciencias de la Visión es un departamento de la Facultad de Optometría de la UAB, y Beitler es director del Centro de Investigación en Ciencias de la Visión, también en la Facultad de Optometría.