摘要 在发育过程中,视网膜祖细胞在复杂的命运决定环境中前行,以产生正常视觉所必需的主要细胞类别。转录调控对于在这些主要细胞类别中产生多样性至关重要。在这里,我们旨在提供所需的资源和技术,以识别产生和维持光感受器亚型多样性所必需的转录因子,这对视觉至关重要。首先,我们生成一个关键资源:成年斑马鱼中每种光感受器亚型的高质量深度转录组谱。我们使此资源公开可访问、易于探索,并将其与其他当前可用的光感受器转录组数据集集成在一起。其次,利用我们的转录组谱,我们得出了光感受器中转录因子表达的深度图谱。第三,我们使用高效的基于 CRISPR-Cas9 的诱变技术筛选 F0 幼虫中的无效表型(F0 筛选),这是一种快速、高效且通用的技术,用于评估候选转录因子在光感受器亚型生成中的参与程度。我们首先表明,使用此方法可以轻松复制已知表型:foxq2 突变体中 S 锥体的丢失和 nr2e3 突变体中视杆体的丢失。然后,我们确定了转录因子 Tbx2 的新功能,表明它在控制视网膜内所有光感受器亚型的生成方面发挥着不同的作用。我们的研究提供了发现参与此过程的其他因子的路线图。此外,我们探索了四种功能未知的转录因子(Skor1a、Sall1a、Lrrfip1a 和 Xbp1),没有发现它们参与光感受器亚型生成的证据。该数据集和筛选方法将成为探索涉及光感受器生物学许多其他重要方面的基因的有效方法。
已知通过调节动力蛋白进行睫状运动的光响应性调节,但该机理尚未完全了解。在这里,我们报告了一个两头f/i1内臂动力蛋白的新型亚基,名为Dyblup,在动物精子中,单细胞绿色藻类。该亚基包含一个BLUF(使用FAD的蓝光传感器)域,该结构域似乎会直接调节Dynein活性,以响应光。Dyblup(Div>与Dynein相关的BLUF蛋白)介导了F/I1运动结构域与将电动机与Doublet微管联系起来的系带络合物之间的连接。缺乏染色的直系同源物的衣原体既表现出阳性和负面光,但是被适应并吸引了高强度的蓝光。这些结果表明,通过直接照相染料素来避免有毒的强光。
视紫红质基因 RHO 的突变是常染色体显性视网膜色素变性 (adRP) 的很大一部分原因。患者在临床上分为两类:一类是早发性全视网膜光感受器变性,另一类是病情缓慢进展的患者。后一类患者适合接受光感受器定向基因治疗,而前一类患者则适合将光反应蛋白递送至中间神经元或视网膜神经节细胞。RHO adRP 的基因治疗可能针对 DNA 或 RNA 水平的突变基因,而其他疗法则保留光感受器的活力而不解决潜在的突变。在动物模型中,纠正 RHO 基因和替换突变 RNA 显示出良好的前景,而维持可行的光感受器有可能延缓中央视力的丧失,并可能保留光感受器以进行基因定向治疗。
1。简单的视觉传感器在求解视觉任务方面有多有效?2。他们的设计在有效性中扮演什么角色?我们探索具有低至一对一像素的分辨率的简单传感器,代表单个光感受器。首先,我们证明,只有几个光感受器就足以求解不同的vi-sion任务,例如视觉导航和连续控制,即相当好,即,其性能明显优于盲人代理,并与高分辨率摄像头相当。第二,我们表明这些简单的视觉传感器的设计在提供有用信息并成功解决这些任务的能力中起着至关重要的作用。为了找到一个表现出色的设计,我们提出了一种计算设计优化算法,并评估了其在不同任务和域之间的有效性,显示出令人鼓舞的结果。最后,我们进行了一项人类调查,以评估人类手动手动设计的直觉设计的有效性,这表明在大多数情况下,计算设计的设计是最好的设计之一。
视网膜是专门用于视觉的中枢神经系统的一部分。遗传性视网膜疾病(IRD)是一组临床和遗传异质性疾病,导致渐进的视力障碍或失明。尽管每种疾病很少见,但IRD在全球多达550万个人中积累了失明。目前,IRD的病理生理机制尚不完全了解,并且可用的治疗选择有限。大多数IRD是由光敏感光体变性引起的。消除光感受器的结构和/或功能的遗传突变会导致视觉障碍,然后因失去感受器而导致失明。在健康的视网膜中,感光体在结构和功能上与视网膜色素上皮(RPE)和Müller胶质(MG)相互作用,以维持视网膜稳态。具有光感受器变性为主要表型的多个IRD是由RPE-和/或MG相关基因的突变引起的。最近的研究还表明,由无处不在表达的睫状基因突变引起的MG和RPE受损。因此,光感受器变性可能是基因突变的直接结果,/或可能是视网膜相互作用伴侣功能障碍的继发性。本综述总结了光感受器-RPE/mg相互作用在支持视网膜功能方面的机制,并讨论了这些过程的破坏如何导致光感受器变性,以提供IRD病原体和治疗范式的独特视角。我们将首先描述视网膜和IRD的生物学,然后讨论感光体与MG/RPE之间的相互作用,以及它们在疾病发病机理中的影响。最后,我们将总结针对MG和/或RPE的IRD治疗剂的最新进展。
脊椎动物视觉系统的光感受器的发展受复杂的转录调节网络控制。otx2在有丝分裂视网膜祖细胞(RPC)中表达,并控制感光体发生。由OTX2激活的CRX在细胞周期出口后在感光前体中表达。neurod1也存在于可以指定为杆和锥形光感受器亚型中的光感受器前体中。NRL,并调节包括孤儿核受体NR2E3在内的下游杆特异性基因,该基因进一步激活了杆特异性基因并同时抑制了锥体特异性基因。锥形亚型规范也受到诸如THRB和RXRG等几个转录因子的相互作用的调节。这些关键转录因子中的突变是出生时眼部缺陷的原因,例如微感染和遗传感受器疾病,例如Leber先天性症状(LCA),色素性视网膜炎(RP)和盟友性疾病。特别是,许多突变是以常染色体主导方式遗传的,包括CRX和NRL中的大多数错义突变。在这篇综述中,我们描述了与上述转录因子中突变相关的光感受器缺陷的光谱,并总结了当前对致病突变下的分子机制的知识。终于,我们考虑了理解基因型 - 表型相关性和轮廓途径的杰出差距,以实现对治疗策略的未来研究。
继承和与年龄相关的视网膜变性是大量异质疾病的标志,是当今无法治疗的失明的主要原因。遗传因素在视网膜DE世代中起着主要的致病作用,用于单基因疾病(例如色素性视网膜炎)和具有已建立的遗传危险因素(例如与年龄相关的黄斑变性)的复杂疾病。基因分型技术和眼睛成像背面的进展正在完成我们对这些疾病的理解及其在患有视网膜变性的患者流行病中的表现。很明显,无论遗传原因,视网膜疾病中的大多数视力丧失是由于光感受器功能的丧失而导致的。围绕光感受器功能丧失的时间和情况决定了每个患者使用的适当治疗方法。在这种方法中,基因治疗正迅速成为适用于诊所的治疗现实。我们从实验室工作到临床应用的巨大转变是由于我们在疾病遗传和机制,基因递送载体,基因编辑系统以及光感受器功能丧失的补偿策略中所取得的进步。在这里,我们根据患有遗传性视网膜退化的患者人群的需求提供了视网膜基因疗法现有方式及其相关性的概述。
荧光太阳灯的紫外线确实能抑制 CHS 的诱发,而窄带 UVB(3 1 1-312 um)却不能,尽管这两种光源都会导致尿刊酸的光异构化 [26]。因此,尿刊酸是否是皮肤中唯一的光感受器仍存在疑问。Kripke 等人的研究表明,DNA 也可能充当光感受器。这些研究使用了两种实验方法。Apple gate 等人观察到,在紫外线暴露后用光复活光照射有袋动物 Monodelphis domestica 可逆转紫外线引起的 CHS 抑制 [63]。因为用可见光照射 M. domestica 会激活修复嘧啶二聚体的光复活酶 [64],所以这些研究表明 DNA 是光感受器。第二种方法是利用脂质体将噬菌体切除修复酶 T4 核酸内切酶 V 引入小鼠体内 [64]。动物暴露在 UVR 下,然后将悬浮在水凝胶载体中的脂质体涂到小鼠皮肤上。当将含酶的脂质体涂抹到受辐射动物的皮肤上时,紫外线诱导的 CHS 和 DTH 抑制均受到抑制。当将含有热灭活酶制剂的对照脂质体涂抹到皮肤上时,没有观察到抑制的抑制。此外,
由CRX突变(LCA7)突变引起的Leber先天性amaurosis病例表现出早期形式,并显示出显着的光感受器功能障碍和最终损失的迹象。为了建立一种研究基于基因编辑疗法的体外模型系统,我们产生了LCA7视网膜类器官,该器官在CRX中具有主要的致病突变。我们的LCA7视网膜器官会产生未成熟和功能障碍感光细胞的迹象,为我们提供了可靠的体外模型,以概括LCA7。此外,我们进行了一项概念验证研究,在该研究中,我们利用基于等位基因的基因基因编辑来淘汰突变的CRX,并在我们的器官中看到了适度的光感受器表型。这项工作为治疗LCA7的有效方法提供了早期证据,可以更广泛地应用于其他主要的遗传疾病。