Siatkówka oka charakteryzuje się dużym zapotrzebowaniem energetycznym, częściowo ze względu na aktywność fotoreceptorów – wyspecjalizowanych komórek odpowiedzialnych za odbieranie światła i przekazywanie informacji wzrokowej do mózgu.
Śmierć fotoreceptorów jest główną przyczyną utraty wzroku w wielu chorobach siatkówki, a dotychczas nie opracowano skutecznych terapii, które poprawiałyby ich przeżywalność.
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie eLife naukowcy z Uniwersytetu Michigan przeanalizowali zależność fotoreceptorów od glutaminy – jednego z najobficiej występujących aminokwasów we krwi.
Uzyskane wyniki wskazują, że utrzymanie równowagi aminokwasów w tych komórkach jest kluczowe dla ich zdrowia. Wysokie zapotrzebowanie energetyczne sprawia, że fotoreceptory są szczególnie wrażliwe na niewielkie zmiany w metabolizmie.
Dotychczasowe badania koncentrowały się głównie na glukozie jako głównym źródle energii dla fotoreceptorów. Obecnie prowadzone są badania kliniczne nad terapią wykorzystującą tę zależność u pacjentów z postępującą degeneracją siatkówki.
„Fotoreceptory to jedne z najbardziej metabolicznie aktywnych komórek w organizmie, co skłoniło nas do pytania, czy nie zależą one także od innych źródeł energii niż glukoza,” wyjaśnia dr Thomas Wubben, adiunkt w Katedrze Okulistyki i Nauk Wzrokowych Uniwersytetu Michigan.
„Zainteresowaliśmy się glutaminą, ponieważ jest to najobficiej występujący aminokwas we krwi.”
Glutamina uczestniczy w wielu szlakach metabolicznych, umożliwiając komórkom syntezę innych aminokwasów (takich jak glutaminian i asparaginian), a także białek i DNA.
Aby potwierdzić rolę glutaminy w widzeniu, badacze wykorzystali myszy pozbawione enzymu glutaminazy, który przekształca glutaminę w glutaminian. Porównano je z myszami kontrolnymi, mierząc grubość ich siatkówek. Zwierzęta bez glutaminazy wykazywały szybki spadek grubości siatkówki, a także liczby i funkcji fotoreceptorów.
Glutamina odgrywa rolę w wielu procesach komórkowych. Aby wyjaśnić, dlaczego jest tak istotna dla przeżycia fotoreceptorów, zespół zmierzył poziomy różnych cząsteczek u myszy kontrolnych i tych bez glutaminazy. U tych drugich stwierdzono niższy poziom glutaminianu i asparaginianu – aminokwasów niezbędnych do syntezy białek kluczowych dla funkcjonowania fotoreceptorów.
Dodatkowo odkryto, że spadek poziomu aminokwasów aktywuje zintegrowaną odpowiedź stresową (ISR), która w przypadku przewlekłej aktywacji może prowadzić do śmierci komórek. Kiedy naukowcy zablokowali tę odpowiedź stresową, zauważyli wzrost grubości siatkówki.
„Skupiamy się teraz na zrozumieniu, które szlaki metaboliczne zależą od glutaminy i czy można na nie wpływać za pomocą leków lub suplementów,” dodaje dr Wubben.
W modelach ludzkich chorób siatkówki wykazano, że szlaki konwersji glutaminy do glutaminianu są zaburzone. Zespół sugeruje, że „resetowanie” metabolizmu może stanowić nową drogę do zapobiegania utracie wzroku i ślepocie.
Źródło: eLife, Glutamine catabolism supports amino acid biosynthesis and suppresses the integrated stress response to promote photoreceptor survival
DOI: http://dx.doi.org/10.7554/eLife.100747.3
