Гени кольору очей мають вирішальне значення для здоров'я сітківки

Метаболічні шляхи складаються з низки біохімічних реакцій у клітинах, які перетворюють вихідний компонент на інші продукти. З’являється все більше доказів того, що метаболічні шляхи в поєднанні з зовнішніми факторами стресу впливають на здоров’я клітин і тканин. Багато захворювань людини, включаючи захворювання сітківки або нейродегенеративні захворювання, пов’язані з дисбалансом метаболічних шляхів.

Елізабет Кнуст очолює групу дослідників з Інституту молекулярної клітинної біології та генетики Макса Планка (MPI-CBG) у Дрездені, Німеччина, які описують важливу роль одного з таких метаболічних шляхів у підтримці здоров’я сітківки в умовах стресу. Вони вивчали класичні гени дрозофіли: кіновар, кардинал, білий і червоний, спочатку охарактеризовані кілька десятиліть тому і названі завдяки їх ролі в пігментації кольору очей, зокрема у формуванні коричневого пігменту ока мухи. Ці гени кодують компоненти кінуренінового шляху, активність якого перетворює амінокислоту триптофан різними етапами в інші продукти. У цьому дослідженні автори підкреслили функцію цього метаболічного шляху в здоров’ї сітківки, незалежно від його ролі в утворенні пігменту.

Кінуреніновий шлях — це еволюційно збережений метаболічний шлях, який регулює різноманітні біологічні процеси. Його порушення може призвести до накопичення токсичних або захисних біомолекул або метаболітів, що може погіршити або покращити, відповідно, здоров’я мозку, включаючи сітківку. Знання про цей важливий метаболічний шлях нещодавно розширила дослідницька група під керівництвом Елізабет Кнуст, почесного директора MPI-CBG, у своїй публікації в журналі «Plos Genetics». Усвідомлюючи дивовижну збереженість цього метаболічного шляху та генів, які його регулюють, вони використали мух як модельну систему, щоб розгадати роль окремих метаболітів у здоров’ї сітківки. Дослідники розглянули чотири гени — кіноварі, кардинала, білого та червоного — названий на честь аномального кольору очей після їх втрати у мух. «Оскільки шлях кінуреніну зберігається від мух до людей, ми запитали, чи регулюють ці гени здоров’я сітківки ока незалежно від їх ролі в утворенні пігменту», — каже Саріта Хеббар, один із провідних авторів дослідження.

Щоб з’ясувати це, вчені використали комбінацію генетичних втручань, дієтичних змін і біохімічного аналізу метаболітів для вивчення різних мутацій плодової мушки Drosophila melanogaster. Софія Трайкова, співавтор, розробила метод біохімічного аналізу метаболітів кінуренінового шляху. Це дозволило дослідникам пов’язати різні рівні метаболітів зі станом здоров’я сітківки. Вони виявили, що один метаболіт, 3-гідроксікінуренін (3OH-K), пошкоджує сітківку. Що ще важливіше, вони можуть показати, що на ступінь дегенерації впливає баланс між токсичним 3OH-K і захисними метаболітами, такими як кінуренова кислота (KYNA), а не тільки їх абсолютні кількості. Саріта продовжує:

Ми також годували двома з цих метаболітів нормальних (не мутантних) мух і виявили, що 3OH-K посилює пошкодження сітківки, викликане стресом, тоді як KYNA захищає сітківку від пошкоджень, пов’язаних зі стресом.

На додаток, націлившись на ці чотири гени та, отже, на чотири окремі етапи шляху, дослідники змогли продемонструвати, що не лише накопичення 3OH-K як такого, але й його розташування в клітині та, отже, його доступність у подальших реакціях важливі для здоров'я сітківки.

Ця робота показує, що шлях кінуреніну важливий не лише для утворення пігменту, але й те, що рівень окремих метаболітів відіграє важливу роль у підтримці здоров’я сітківки,

— каже Елізабет Кнуст, яка керувала дослідженням. Вона робить висновок:

У майбутньому співвідношення різних метаболітів і специфічні місця їх накопичення та активності слід враховувати в терапевтичних стратегіях захворювань із порушенням функції кінуренінового шляху, що спостерігається при різних нейродегенеративних станах.

ДЖЕРЕЛО: https://www.sciencedaily.com/