Выпадение диска

Отторжение диска — это процесс обновления фоторецепторных клеток сетчатки. Дисковые образования внешнего сегмента фоторецепторов, содержащие светочувствительные опсины , полностью обновляются каждые десять дней.

Фоторецепторы

Сетчатка . типа фоторецепторов – палочки и колбочки содержит два Существует около 6-7 миллионов колбочек, обеспечивающих фотопическое зрение , и они сосредоточены в макуле в центре сетчатки. Существует около 120 миллионов палочек, которые более чувствительны, чем колбочки, и поэтому обеспечивают скотопическое зрение .

Фоторецепторы позвоночных делятся на три части:

внешний сегмент, содержащий светочувствительные опсины
внутренний сегмент, содержащий метаболические механизмы клетки ( эндоплазматический ретикулум , комплекс Гольджи , рибосомы , митохондрии )
синаптическое окончание, на котором осуществляются контакты с нейронами второго порядка сетчатки

Диски

Светочувствительный внешний сегмент состоит из ряда дискретных мембранных дисков. ^{[ 1 ]}

Находясь в стержне, эти диски лишены какой-либо прямой связи с поверхностной мембраной (за исключением нескольких недавно образовавшихся базальных дисков, сохраняющих непрерывность с поверхностью), светочувствительная мембрана колбочки непрерывна с поверхностной мембраной. Диски внешнего сегмента (OS) плотно упакованы родопсином, обеспечивающим высокочувствительное обнаружение света. ^{[ 2 ]} Эти диски полностью заменяются каждые десять дней, и это непрерывное обновление продолжается на протяжении всей жизни зрячего животного.

После опсинов синтеза они сливаются с плазматической мембраной, которая затем инвагинирует, образуя диски, отпочковывающиеся внутри, образуя плотно упакованные стопки дисков внешнего сегмента. От трансляции опсина до формирования дисков проходит всего пара часов.

Линька

Выпадение диска было впервые описано Р. У. Янгом в 1967 году. ^{[ 3 ]} Диски созревают вместе с их дистальной миграцией; старые диски отслаиваются на дистальном конце и поглощаются соседними клетками пигментного эпителия сетчатки (RPE) для деградации. ^{[ 2 ]}

Одно раннее исследование показало, что колбочки могут не опадать, как палочки, и могут обновляться путем индивидуальной замены молекулярных компонентов. ^{[ 3 ]} Однако другие исследования показывают, что по крайней мере у некоторых шишек млекопитающих происходит сбрасывание дисков, что является нормальным продолжающимся процессом. ^{[ 4 ]}

Каждый день теряется около одной десятой длины внешнего сегмента, так что через десять дней заменяется весь внешний сегмент. Регулирующие факторы участвуют на каждом этапе. Хотя сборка диска в основном контролируется генетически, отторжение диска и последующий фагоцитоз РПЭ , по-видимому, регулируются факторами окружающей среды, такими как свет и температура. ^{[ 5 ]}

Время выделения соответствует циркадному ритму в соответствии с нейромодуляторами , а именно дофамином и мелатонином. Мелатонин синтезируется фоторецепторами ночью и ингибируется светом и дофамином, что вызывает отторжение колбочек. Выработка дофамина стимулируется светом и подавляется темнотой и мелатонином, что вызывает отторжение конусных дисков. Важно отметить, что диски-стержни сбрасываются днем, а диски-конусы - ночью. ^{[ 6 ]}

Механизм

Традиционные теории

Одна серая зона во всем механизме отторжения дисков внешнего сегмента заключается в том, что именно вызывает отслоение дисков и как они транспортируются из OS и фагоцитируются клетками RPE.

Некоторые исследования показывают, что отслойка диска предшествует поглощению клетками РПЭ и что активный процесс во внешнем сегменте стержня разрывает диск. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Однако в других исследованиях наблюдалось вторжение клеточных процессов РПЭ в ОС во время отслойки диска. Эти отростки структурно сходны с отростками, образующимися макрофагами при фагоцитозе , и соответственно получили название псевдоподий . Исследование показало, что эти псевдоподии являются органеллами фагоцитоза и могут играть непосредственную роль в отслойке диска. ^{[ 7 ]}

Недавние исследования

В статье 2007 года предлагается третья теория, основанная на недавних данных, свидетельствующих о том, что у мышей с дефицитом родопсина не развивается OSS. ^{[ 8 ]}^{[ 9 ]} Исследователи из Корнелла выдвинули гипотезу, что родопсин сам по себе играет роль в биогенезе ОС в дополнение к своей роли рецептора фототрансдукции. ^{[ 2 ]} Хотя молекулярная основа, лежащая в основе участия родопсина в развитии ОС, неизвестна, новые данные позволяют предположить, что цитоплазматический С-концевой хвост родопсина несет «адресный сигнал» для его транспорта из места синтеза в теле палочки к ОС. ^{[ 10 ]}^{[ 11 ]}

Ссылки

^ Бешарс, Дж. К., и Пфеннингер, К. Х. (1980). «Сборка мембран в фоторецепторах сетчатки: I. Анализ замораживания-перелома цитоплазматических везикул в связи со сборкой диска», Журнал клеточной биологии, 87, 451-463.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Чуанг Дж., Чжао Ю. и Сун К. (2007). «SARA-регулируемое везикулярное нацеливание лежит в основе формирования светочувствительной органеллы в палочках млекопитающих», Cell, 130, 535-547.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Янг, RW (1967). «Обновление внешних сегментов фоторецепторов» . Журнал клеточной биологии . 33 (1): 61–72. дои : 10.1083/jcb.33.1.61 . ПМК 2107286 . ПМИД 6033942 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Андерсон Д.Х., Фишер С.К. и Стейнберг Р.Х. (1978). «Шишки млекопитающих: отторжение дисков, фагоцитоз и обновление», Investigative Ophthalmology & Visual Science, 17 (2), 117-33.
^ Нгуен-Легрос, Дж., и Хикс, Д. (2000). «Обновление внешних сегментов фоторецепторов и их фагоцитоз пигментным эпителием сетчатки», International Review of Cytology, 196, 245-313.
^ ЛаВейл, ММ (1980). «Циркадный характер выпадения диска внешнего сегмента стержня у крысы», Investigative Ophthalmology & Vision Science, 19 (4), 407-411.
^ Бешарс, Джозеф К.; Спратт, Гвендолин; Форестнер, Донна М. (8 сентября 1986 г.). «Вызванное светом и каиновой кислотой отторжение диска стержневыми фоторецепторами: дифференциальная чувствительность к внеклеточному кальцию». Журнал сравнительной неврологии . 251 (2): 185–197. дои : 10.1002/cne.902510205 .
^ Хамфрис, М.М., Ранкурт, Д., Фаррар, Г.Дж., Кенна, П., Хейзел, М., Буш, Р.А. и др. (1997). « Ретинопатия , индуцированная у мышей целенаправленным нарушением гена родопсина», Nat. Генет., 15, 216–219.
^ Лем Дж., Красноперова Н.В., Калверт П.Д., Косарас Б., Кэмерон Д.А., Николо М. и др. (1999). «Морфологические, физиологические и биохимические изменения у мышей, нокаутных по родопсину», Тез. Натл. акад. наук. США, 96, 736–741.
^ Тай, А.В., Чуанг, Дж.-З., Боде, К., Вольфрум, У., и Сун, К.-Х. (1999). «Карбокси-концевой цитоплазматический хвост родопсина действует как мембранный рецептор для цитоплазматического динеина путем связывания с легкой цепью динеина Tctex-1», Cell, 95, 779-791.
^ Деретик, Д., Уильямс, А.Х., Рэнсом, Н., Морел, В., Харгрейв, Пенсильвания, и Арендт, А. (2005). «Конец родопсина C, место мутаций, вызывающих заболевание сетчатки, регулирует транспортировку путем связывания с фактором 4 ADP-рибозилирования (ARF4)», Proc. Натл. акад. наук. США, 102, 3301-3306.

[Besharse-1] Бешарс, Дж. К., и Пфеннингер, К. Х. (1980). «Сборка мембран в фоторецепторах сетчатки: I. Анализ замораживания-перелома цитоплазматических везикул в связи со сборкой диска», Журнал клеточной биологии, 87, 451-463.

[Chuang-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с Чуанг Дж., Чжао Ю. и Сун К. (2007). «SARA-регулируемое везикулярное нацеливание лежит в основе формирования светочувствительной органеллы в палочках млекопитающих», Cell, 130, 535-547.

[Young-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Янг, RW (1967). «Обновление внешних сегментов фоторецепторов» . Журнал клеточной биологии . 33 (1): 61–72. дои : 10.1083/jcb.33.1.61 . ПМК 2107286 . ПМИД 6033942 .

[Anderson_&_Fisher-4] Перейти обратно: ^а ^б Андерсон Д.Х., Фишер С.К. и Стейнберг Р.Х. (1978). «Шишки млекопитающих: отторжение дисков, фагоцитоз и обновление», Investigative Ophthalmology & Visual Science, 17 (2), 117-33.

[Nguyen-Legros-5] Нгуен-Легрос, Дж., и Хикс, Д. (2000). «Обновление внешних сегментов фоторецепторов и их фагоцитоз пигментным эпителием сетчатки», International Review of Cytology, 196, 245-313.

[LaVail-6] ЛаВейл, ММ (1980). «Циркадный характер выпадения диска внешнего сегмента стержня у крысы», Investigative Ophthalmology & Vision Science, 19 (4), 407-411.

[7] Бешарс, Джозеф К.; Спратт, Гвендолин; Форестнер, Донна М. (8 сентября 1986 г.). «Вызванное светом и каиновой кислотой отторжение диска стержневыми фоторецепторами: дифференциальная чувствительность к внеклеточному кальцию». Журнал сравнительной неврологии . 251 (2): 185–197. дои : 10.1002/cne.902510205 .

[Humphries_et_al.-8] Хамфрис, М.М., Ранкурт, Д., Фаррар, Г.Дж., Кенна, П., Хейзел, М., Буш, Р.А. и др. (1997). « Ретинопатия , индуцированная у мышей целенаправленным нарушением гена родопсина», Nat. Генет., 15, 216–219.

[Lem_et_al.-9] Лем Дж., Красноперова Н.В., Калверт П.Д., Косарас Б., Кэмерон Д.А., Николо М. и др. (1999). «Морфологические, физиологические и биохимические изменения у мышей, нокаутных по родопсину», Тез. Натл. акад. наук. США, 96, 736–741.

[Tai_et_al.-10] Тай, А.В., Чуанг, Дж.-З., Боде, К., Вольфрум, У., и Сун, К.-Х. (1999). «Карбокси-концевой цитоплазматический хвост родопсина действует как мембранный рецептор для цитоплазматического динеина путем связывания с легкой цепью динеина Tctex-1», Cell, 95, 779-791.

[Deretic_et_al.-11] Деретик, Д., Уильямс, А.Х., Рэнсом, Н., Морел, В., Харгрейв, Пенсильвания, и Арендт, А. (2005). «Конец родопсина C, место мутаций, вызывающих заболевание сетчатки, регулирует транспортировку путем связывания с фактором 4 ADP-рибозилирования (ARF4)», Proc. Натл. акад. наук. США, 102, 3301-3306.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]