Оценка состояния гематоретинального барьера при развитии признаков возрастной макулярной дегенерации у крыс OXYS

Возрастная макулярная дегенерация (ВМД) – многофакторное нейродегенеративное заболевание, которое становится основной причиной необратимой потери зрения людьми старше 55 лет. Развитие влажной формы ВМД связывают с нарушением проницаемости гематоретинального барьера (ГРБ). Недавно было показано, что сухая форма ГРБ также cопровождается изменениями ГРБ, хотя ранее и считалось, что этого не происходит, однако информация о механизмах этих изменений на разных стадиях заболевания, тем более доклинических, ограничена. Целью настоящего исследования явилась оценка возможного вклада изменений проницаемости ГРБ в развитие признаков ВМД у крыс OXYS – модели сухой формы заболевания. В период, когда клинические признаки ВМД у крыс OXYS отсутствуют (возраст 20 сут), а также в периоды их манифестации (~5 мес.) и прогрессии в 12 и 18 мес.) оценивали проницаемость ГРБ для красителя Эванса синего и содержание в сетчатке белков плотных контактов окклюдина, клаудина-5 и zonula occludens-1 (ZO-1). Контролем служили одновозрастные крысы Вистар. У крыс OXYS выявлено снижение проницаемости ГРБ, следствием которого может быть нарушение трофического обеспечения сетчатки, а также повышение уровня окклюдина в период прогрессии признаков ВМД. Уровень ZO-1 снижался с возрастом, но межлинейных различий не выявлено. Анализ транскриптомов сетчатки (данных RNA-seq) показал, что у крыс обеих линий изменения экспрессии генов, входящих (согласно Kyoto enciclopedia of genes and genoms – KEGG) в категорию плотных контактов, максимальны в период с возраста 20 сут до 3 мес. По сравнению с крысами Вистар у крыс OXYS в возрасте 3 мес. изменена экспрессия генов Dlg1, Cd1d1, Map3k5 и Arhgef2, а в возрасте 18 мес. – Crb3, F11r, Cgn, Cd1d1 и Rap2c. Такие изменения экспрессии генов в сетчатке крыс OXYS по мере развития признаков ВМД свидетельствуют об активации компенсаторных механизмов.

1. Fields M.A., Del Priore L.V., Adelman R.A., Rizzolo L.J. Interactions of the choroid, Bruch’s membrane, retinal pigment epithelium, and neurosensory retina collaborate to form the outer blood-retinal-barrier. Prog. Retin. Eye Res. 2020;76:100803.

2. Campbell M., Humphries P. The blood-retina barrier: tight junctions and barrier modulation. Adv. Exp. Med. Biol. 2012;763:70–84.

3. Naylor A., Hopkins A., Hudson N., Campbell M. Tight junctions of the outer blood retina barrier. Int. J. Mol. Sci. 2019;21(1):211.

4. Díaz-Coránguez M., Ramos C., Antonetti D.A. The inner blood-retinal barrier: сellular basis and development. Vision Res. 2017;139:123–137.

5. Vermette D., Hu P., Canarie M.F., Funaro M., Glover J., Pierce R.W. Tight junction structure, function, and assessment in the critically ill: a systematic review. Intensive Care Med. Exp. 2018;6(1):37.

6. O’Leary F., Campbell M. The blood-retina barrier in health and disease. FEBS J. 2023;290(4):878–891.

7. Фурсова А.Ж., Дербенева А.С., Васильева М.А., Никулич И.Ф., Тарасов М.С., Гамза Ю.А., Чубарь Н.В., Гусаревич О.Г., Дмитриева Е.И., Кожевникова О.С., Колосова Н.Г., Елизарова А.А. Новые данные о патогенетических механизмах развития возрастной макулярной дегенерации. Вестн. офтальмол. 2022;138(2):120–130.

8. Kozhevnikova O.S., Fursova A.Z., Derbeneva A.S., Nikulich I.F., Tarasov M.S., Devyatkin V.A., Rumyantseva Y.V., Telegina D.V., Kolosova N.G. Association between polymorphisms in CFH, ARMS2, CFI, and C3 Genes and response to anti-VEGF treatment in neovascular age-related macular degeneration. Biomedicines. 2022;10(7):1658.

9. Kozhevnikova O.S., Telegina D.V., Tyumentsev M.A., Kolosova N.G. Disruptions of Autophagy in the rat retina with age during the development of age-related-maculardegeneration-like Retinopathy. Int. J. Mol. Sci. 2019;20(19):4804.

10. Kozhevnikova O.S., Telegina D.V., Devyatkin V.A., Kolosova N.G. Involvement of the autophagic pathway in the progression of AMD-like retinopathy in senescence-accelerated OXYS rats. Biogerontology. 2018;19(3):223–235.

11. Telegina D.V., Kozhevnikova O.S., Bayborodin S.I., Kolosova N.G. Contributions of age-related alterations of the retinal pigment epithelium and of glia to the AMD-like pathology in OXYS rats. Sci. Rep. 2017;7(1):41533.

12. Kolosova N.G., Kozhevnikova O.S., Muraleva N.A., Rudnitskaya E.A., Rumyantseva Y.V., Stefanova N.A., Telegina D.V., Tyumentsev M.A., Fursova A.Zh. SkQ1 as a Tool for controlling accelerated senescence program: experiments with OXYS rats. Biochemistry (Mosc.). 2022;87(12):1552–1562.

13. Kelley K.A. Transport of mouse lines by shipment of live embryos. Methods enzymology. Guide to techniques in mouse development, part A: Mice, embryos, and cells, 2nd edition, vol. 476. Eds. P.M. Wassarman and P.M. Soriano. Academic Press; 2010:25–36.

14. Goldim M.P. de S., Della Giustina A., Petronilho F. Using Evans blue dye to determine blood-brain barrier integrity in rodents. Curr. Protoc. Immunol. 2019;126(1):e83.

15. Kim Y., Lee S., Zhang H., Lee S., Kim H., Kim Y., Won M.H., Kim Y.M., Kwon Y.G. CLEC14A deficiency exacerbates neuronal loss by increasing blood-brain barrier permeability and inflammation. J. Neuroinflammation. 2020;17(1):48.

16. Perfusion of Mouse – Bridges Lab Protocols [Электронный ресурс]. URL: http://bridgeslab.sph.umich.edu/protocols/index.php?title=Perfusion_of_Mouse&mobileaction=toggle_view_mobile (дата обращения: 17.01.2023).

17. Wang H.L., Lai T.W. Optimization of Evans blue quantitation in limited rat tissue samples. Sci. Rep. 2014;4(1):6588.

18. Kozhevnikova O.S., Korbolina E.E., Ershov N.I., Kolosova N.G. Rat retinal transcriptome: effects of aging and AMD-like retinopathy. Cell Cycle. 2013;12(11):1745–1761.

19. Telegina D.V., Korbolina E.E., Ershov N.I., Kolosova N.G., Kozhevnikova O.S. Identification of functional networks associated with cell death in the retina of OXYS rats during the development of retinopathy. Cell Cycle. 2015;14(22):3544–3556.

20. Cunha-Vaz J. The blood-retinal barrier in the management of retinal disease: EURETINA award lecture. Ophthalmologica. 2017;237(1):1–10.

21. Ivanova E., Alam N.M., Prusky G.T., Sagdullaev B.T. Blood-retina barrier failure and vision loss in neuron-specific degeneration. JCI Insight. 2019;4(8):e126747.

22. Shu D.Y., Butcher E., Saint-Geniez M. EMT and EndMT: Emerging roles in age-related macular degeneration. Int. J. Mol. Sci. 2020;21(12):4271.

23. Telegina D.V., Kozhevnikova O.S., Fursova A.Z., Kolosova N.G. Autophagy as a target for the retinoprotective effects of the mitochondria-targeted antioxidant SkQ1. Biochemistry (Mosc.). 2020;85(12):1640–1649.

24. Rizzolo L.J. Development and role of tight junctions in the retinal pigment epithelium. Int. Rev. Cytol. 2007;258:195–234.

25. Rizzolo L.J., Peng S., Luo Y., Xiao W. Integration of tight junctions and claudins with the barrier functions of the retinal pigment epithelium. Prog. Retin. Eye Res. 2011;30(5):296–323.

26. Markovets A.M., Saprunova V.B., Zhdankina A.A., Fursova A.Zh., Bakeeva L.E., Kolosova N.G. Alterations of retinal pigment epithelium cause AMD-like retinopathy in senescence-accelerated OXYS rats. Aging (Albany N.Y.). 2010;3(1):44–54.

27. Xu Q., Qaum T., Adamis A.P. Sensitive bloodretinal barrier breakdown quantitation using Evans blue. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2001;42(3):789–794.

28. Kozhevnikova O.S., Fursova A.Z., Markovets A.M., Telegina D.V., Muraleva N.A., Kolosova N.G. VEGF and PEDF levels in the rat retina: effects of aging and AMD-like retinopathy. Adv. Gerontol. 2018;31(3):339–344. 29. Barber A.J., Antonetti D.A., Gardner T.W. Altered expression of retinal occludin and glial fibrillary acidic protein in experimental diabetes. The Penn State Retina Research Group. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2000;41(11):3561–3568.

29. Liu X., Dreffs A., Díaz-Coránguez M., Runkle E.A., Gardner T.W., Chiodo V.A., Hauswirth W.W., Antonetti D.A. Occludin S490 phosphorylation regulates vascular endothelial growth factor-induced retinal neovascularization. Am. J. Pathol. 2016;186(9):2486–2499.

30. Edwards M.M., McLeod D.S., Bhutto I.A., Grebe R., Duffy M., Lutty G.A. Subretinal glial membranes in eyes with geographic atrophy. Invest. Ophthalmol. Vis. Sci. 2017;58(3):1352–1367.

31. Cho C., Wang Y., Smallwood P. M., Williams J., Nathans J. Dlg1 activates beta-catenin signaling to regulate retinal angiogenesis and the blood-retina and blood-brain barriers. eLife. 2019;8:e45542.

32. Zhang S., Li X., Liu W., Zhang X., Huang L., Li S., Yang M., Zhao P., Yang J., Fei P., Zhu X., Yang Z. Wholeexome sequencing identified DLG1 as a candidate gene for familial exudative vitreoretinopathy. Genet. Test Mol. Biomarkers. 2021;25(5):309–316.