Jaskiniowe ryby meksykańskie spędzają całe życie w ciemności. Bez potrzeby widzenia wielu z nich straciło funkcjonalne oczy. W ponad 30 odmianach meksykańskich jaskiniowców oczy przestają się rozwijać, gdy zarodki stają się larwami. Chociaż wciąż jest to ten sam gatunek, co widząca, żyjąca na powierzchni ryba (Astyanax mexicanus), odmiany zamieszkujące jaskinie niosą mutacje genetyczne, których naukowcy jeszcze nie odkryli.

W nowym badaniu prowadzonym przez naukowców z University of Maryland naukowcy odkryli, że mutacja genu beta-syntazy cystationiny „a” (cbsa) zapobiega przepływowi krwi do oczu podczas krytycznej fazy rozwoju. Brak krwi prowadzi do zwiędłych, słabo rozwiniętych oczu pokrytych skórą i tkanką łączną u wszystkich ślepych odmian meksykańskich jaskiniowców. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature Communications.

„Wiemy, że geny kontrolujące zwyrodnienie oka są rozproszone po całym genomie jaskiniowców” - powiedział William Jeffery, profesor biologii w UMD. „Może być zaangażowanych od 10 do 20 różnych genów, i po raz pierwszy udało nam się ustalić jeden konkretny gen i pokazać mechanizm działania”.

Gen cbsa jest znany z ludzkiej choroby zwanej homocystynurią, która powoduje wadę wzroku i może prowadzić do krwotoków, udarów, zawałów serca i przedwczesnej śmierci. Zrozumienie, jak ślepe ryby jaskiniowe rozwijają się ze zmutowanym cbsa, może pomóc naukowcom w opracowaniu metod leczenia homocystynurii w przyszłości.

Wcześniejsze badania przeprowadzone przez zespół Jeffery i innych zidentyfikowały wiele regionów w genomie jaskiniowych, które prawdopodobnie były gospodarzem genów odpowiedzialnych za zwyrodnienie oka podczas rozwoju. Każdy region zawiera do stu genów. Badanie wszystkich regionów jednocześnie nie jest praktyczne. Tak więc laboratorium Jeffery wraz ze współpracownikami National Institutes of Health i Stanford University pozyskało kandydatów, wybierając najmniejszy z obiecujących regionów i szukając genów, które zmieniają ekspresję podczas krytycznego okresu rozwoju jaskini - okresu, w którym następuje degeneracja oka.

Spośród czterech zidentyfikowanych genów kandydujących gen cbsa zmutowano we wszystkich ślepych odmianach jaskiniowych gatunku w porównaniu z obserwowaną różnorodnością powierzchniową. Co więcej, naukowcy zauważyli podobieństwa między ślepymi rybami jaskiniowymi a osobami z homocystynurią.

U pacjentów z homocystynurią występują problemy z widzeniem i krążeniem, w tym skrzepy krwi, krwotoki i tętniaki. Przez lata Jeffery i jego zespół zauważyli, że ślepe larwy jaskiniowe mają tętniaki i krwotoki w naczyniach krwionośnych oczu, gdy oczy zaczynają się degenerować. Naukowcy podejrzewali, że znaleźli gen docelowy.

Aby sprawdzić, czy mutacje cbsa były zaangażowane w degenerację oka jaskiniowego, naukowcy wykorzystali narzędzie do edycji genów CRISPR-Cas9 i inną metodę mutacji normalnego genu cbsa w jajach z obserwowanej, różnorodnej powierzchni ryby. Duża liczba tych jaj wyrosła na osoby dorosłe ze zmniejszonymi oczami lub bez oczu. Następnie naukowcy wykazali, że mogą odwrócić zwyrodnienie oka u jaskiniowców poprzez wstrzyknięcie normalnego materiału genetycznego cbsa do zarodków jaskiniowych.

Jeffery i jego koledzy uważają, że uszkodzenie układu naczyniowego wokół oczu spowodowane zmutowanym cbsa pozbawia rozwijające się oczy tlenu i prowadzi do ich śmierci. Ale mówią, że o tym procesie można dowiedzieć się znacznie więcej.

„Jest to tylko jeden z wielu genów odpowiedzialnych za zwyrodnienie oka”, powiedziała Li Ma, główna specjalistka w dziedzinie biologii i główna autorka badania. „Ale teraz, gdy udało nam się znaleźć pierwszą, wiemy, że możemy powtórzyć tę procedurę, aby poszukać innych”.

Ponadto wiedza o tym, w jaki sposób mutacje cbsa wpływają na zwyrodnienie oka u zdrowych ryb, może prowadzić do lepszego zrozumienia funkcji genu w układzie naczyniowym.

„Meksykańskie jaskiniowce żyją nie tylko z homocystynurią, ale również dobrze się rozwijają” - powiedział Jeffery. „Jedną rzeczą, którą możemy być w stanie zrozumieć, jest to, w jaki sposób te ryby wracają do zdrowia po krwotokach w oku, co może zapewnić wgląd w sposoby leczenia tej choroby u ludzi”.

Źródło: sciencedaily.com