Riassunto analitico
I fotorecettori sono neuroni specializzati che si trovano nella retina. Esistono due tipi di fotorecettori: i bastoncelli e i coni. I bastoncelli sono coinvolti nella visione periferica e nella visione notturna, mentre i coni sono specializzati per la visione centrale e dettagliata in condizioni di luce diurna. La presenza di diversi tipi di coni permette la visione a colori. Il processo con cui i coni e i bastoncelli convertono lo stimolo luminoso in uno stimolo elettrico prende il nome di fototrasduzione. Il segnale viene trasmesso ad altri tipi di neuroni presenti nella retina e successivamente ad aree specializzate del cervello, dove l’informazione viene elaborata.
La Retinite Pigmentosa (RP) è una patologia ereditaria caratterizzata da variabilità d’espressione ed eterogeneità genetica: è causata da una vasta gamma di mutazioni genetiche che colpiscono soprattutto geni codificanti per proteine coinvolte nelle funzioni fisiologiche dei bastoncelli. In tutti i casi il risultato finale è la morte dei bastoncelli, inevitabilmente seguita dalla perdita dei coni, che altrimenti risulterebbero essere sani. Clinicamente, questo fenomeno porta alla perdita della visione notturna generalmente durante la prima adolescenza. I pazienti possono successivamente perdere la visione periferica e, in età avanzata, anche la visione centrale, fino ad una completa cecità.
In che modo avvenga esattamente la degenerazione dei fotorecettori non è del tutto chiaro. Recenti evidenze suggeriscono che la degenerazione dei bastoncelli non segua la via canonica di apoptosi dipendente da caspasi, che coinvolge l’attivazione delle caspasi 9 e 3 e il rilascio del citocromo c dai mitocondri. I fotorecettori potrebbero piuttosto seguire vie alternative di morte cellulare programmata (MCP), come l’apoptosi indipendente da caspasi, la necroptosi o l’autofagia. Queste vie di morte sono distinte in base a caratteristiche morfologiche, biochimiche e genetiche più o meno specifiche, ma tutte necessitano di un consumo di energia e dell’attivazione di uno specifico programma di espressione.
Le mutazioni che causano la RP non coinvolgono i coni, che quindi risultano sani. Diverse ipotesi sono state formulate per spiegare la connessione tra la perdita dei bastoncelli e la morte dei coni. Questo tipo di morte cellulare è definita “morte non autonoma” ed è dovuta al cosiddetto “bystander effect”. La perturbazione dell’ambiente cellulare nella retina durante la degenerazione, causata dalla morte dei bastoncelli, può determinare la morte dei coni. È stato ipotizzato che i bastoncelli producono e rilasciano fisiologicamente nello spazio extracellulare un fattore trofico indispensabile per la vitalità dei coni, RdCVF (rod-derived cone viability factor). Un altro meccanismo ipotizzato prevede che durante la degenerazione i bastoncelli producono e rilasciano uno o più fattori tossici, come ad esempio ossido nitrico, aminoacidi eccitatori, proteasi, citochine pro-infiammatorie o ioni, che potrebbero essere responsabili della morte dei coni. È stato ipotizzato anche il coinvolgimento dello stress ossidativo e della perdita del supporto strutturale, ma il meccanismo della morte dei coni non è stato ancora chiaramente spiegato. Sarebbe molto importante ottenere questa informazione: per i pazienti affetti da RP la lesione maggiormente invalidante è la perdita dei coni, e quindi la perdita della visione diurna. Lo scopo della mia tesi è la caratterizzazione di cambiamenti molecolari ed istologici alla base della morte dei coni nella retina in degenerazione. Ho utilizzato metodologie immunoistochimiche per caratterizzare i coni dopo la perdita dei bastoncelli ed ho analizzato l’espressione genica mediante RT-PCR e Western blotting.
|
Abstract
Photoreceptor cells are specialized neurons which reside in the retina. There are two types of photoreceptors: rods and cones. Rods mediate peripheral vision and dim-light vision, typically night vision, while cones are specialized for central vision and detailed vision in daylight. The presence of more than one type of cones in the retina allows color vision. The process necessary to rods and cones to convert light stimulus in an electric stimulus is called phototransduction. This signal is transmitted to the other classes of neurons present in the retina and then to specialized areas of the brain, where this information is elaborated.
Retinitis Pigmentosa (RP) is an inherited disease characterized by variable expressivity, and genetic heterogeneity. It is caused by a wide range of genetic mutations affecting mostly genes encoding for proteins involved in physiological functions of rod photoreceptors. In every case the final result is the death of rods, which is inevitably followed by the demise of otherwise healthy cones. Clinically, this phenomenon leads to loss of night vision, generally during the early teenage years. Patients can then lose side vision and,in later life, also central vision and become completely blind.
How this photoreceptors degeneration exactly occur is not completely clear. Recent evidences suggest that rods degeneration occurs not following the canonical caspase-dependent pathway of apoptosis, which involves the activation of caspase-9 and 3, and release of cytochrome c from mitochondria.Photoreceptors may rather follow alternative pathways of programmed cell death (PCD), such as caspase-independent apoptosis, necroptosis, or autophagy. These pathways are each characterized by more or less distinct morphological, biochemical, and genetic features, but all require a consumption of energy and a specific expression program.
Mutations causing RP never affect cones, which hence result to be healthy. Various hypotheses have been suggested to explain the connection between rod demise and cone death. This type of death is defined “non-cell-autonomous cell death” and is due to the so-called “bystander effect”. The perturbation of the cellular milieu in the degenerating retina,caused by rods death, may in turn lead cones to death. It has been hypothesized that rods physiologically produce and release in the extracellular space a trophic factor indispensable for cones viability, RdCVF (rod-derived cones viability factor). Another mechanism hypothesized foresees that during degeneration rods produce and release one or more toxic factors, such as nitric oxide, excitatory amino acids, proteases, pro-inflammatory cytokines, or ions, that could be responsible for cones death. Oxidative stress and loss of structural support have been considered too, but the mechanism of cones death hasn’t still been clearly explained. It would be very important to achieve this information: for RP patients the most invalidating lesion is the loss of cones, and thus the loss of day-light vision.
The aim of my thesis has been unraveling the molecular and histological events underlying cone cell death in the degenerating retina. To this purpose I used immunohistochemical analyses of cones after the death of rods and I analyzed gene expression by RT-PCR and Western blotting.
|
