Hranic, v Buněčné Neurovědy

Úvod

Retinálních gangliových buněk (RGCs) relé související vizuální informace z oka do mozku prostřednictvím svých axonů, které společně tvoří zrakový nerv (Laha et al., 2017). Poranění zrakového nervu vyvolaná traumatem, glaukomem nebo neurodegenerativními chorobami často vedou ke ztrátě zrakových funkcí a nakonec ke slepotě. Strategie podporující přežití RGC a regeneraci zrakového nervu jsou aktivně sledovány k opravě nervového poškození a obnovení zrakových funkcí. Jako centrální nervový systém (CNS) neuronů, zralý RGCs mají výrazně sníženou vlastní schopnost jejich regeneraci axonů po traumatickém poranění nebo neurodegenerace, nakonec vést ke ztrátě zraku (Chun a Cestari, 2017; Laha et al., 2017). Také, na rozdíl od neurony v periferním nervovém systému (PNS), různé vnější inhibiční molekuly zákona omezit axon regenerace v CNS, včetně míchy a zrakových nervů (Geoffroy a Zheng, 2014). Předchozí studie ukázaly, že odstranění extracelulárních inhibičních faktorů, jako je Nogo a jeho receptory, by mohlo vyvolat mírnou regeneraci zrakového nervu (Fischer et al ., 2004; Su et al., 2008, 2009; Dickendesher et al., 2012). V kontrastu, odstranění fosfatázy a tensin homolog (Pten) v RGCs, který posílil vnitřní axon schopnost regenerace, povýšen robustní zrakového nervu je regenerace, což naznačuje slibné nové možnosti pro posílení CNS, axon regenerace (Park et al., 2008). Během posledních deseti let, manipulací několika genů v RGCs bylo prokázáno, že výrazně zvýšit vnitřní axon schopnost regenerace zralé RGCs, jako Klf4/9 (Moore et al., 2009; Apara et al., 2017), Socs3 (Smith et al., 2009), B-RAF (O ‚ Donovan et al., 2014), c-myc (Belin et al., 2015), GSK3ß (Guo et al., 2016; Miao a kol., 2016), Lin28 (Wang et al., 2018) a P53 (Ma et al., 2019). Ačkoli se ukázalo, že tyto geny regulují regeneraci zrakového nervu, téměř žádný z nich sám nemohl být manipulován tak, aby indukoval opětovný růst axonů na dlouhé vzdálenosti in vivo. K vyřešení tohoto problému byly zkoušeny kombinatorické strategie pro prodloužení délky regeneračních axonů. Synergické nebo aditivní účinky Více nezávislých cest na regeneraci axonu RGC byly skutečně dramatičtější a udržitelnější, jako je delece Zymosan/cAMP/Pten (Kurimoto et al., 2010), CNTF / Pten-delece / Socs3-delece (Sun et al., 2011), c-Myc / CNTF/Pten-delece / Socs3-delece (Belin et al., 2015) a Lin28 / Pten-delece (Wang et al., 2018). V několika studiích bylo oznámeno, že regenerační RGC axony by mohl dosáhnout na dlouhé vzdálenosti, přes chiasma opticum a vstupující do mozku (Kurimoto et al., 2010; Sun a kol., 2011; de Lima a kol., 2012; Lim et al., 2016).

další krok po dlouhé-vzdálenost optického nervu regenerace by mělo být zkoumání, jak vizuální funkce mohla být obnovena s řádnou axon pokyny, synaptogenesis, a nervová činnost převodovka. K dnešnímu dni se de novo regenerace optického nervu napříč chiasmem jeví jako překážka pro regeneraci axonů RGC pro vstup do mozku. Proto, pouze několik studií pomocí kombinatorické přístupy byly hlášeny velmi omezené přepojení mezi zraněn zrakového nervu axony a jejich cíle v mozku, jako je suprachiasmatické jádro (SCN), boční geniculate nucleus (LGN), superior colliculus (SC), a další vizuální oblasti se buď delší dobu po úrazu (de Lima et al., 2012; Bei et al., 2016; Lim et al., 2016) nebo provedení zranění v pre-chiasmu (Li et al., 2015) nebo optic tract (Bei et al., 2016). I když další potvrzení těchto studií je stále zapotřebí, výsledky poskytla nějaký důkaz-v-princip důkazů, že vizuální funkce obnovení je možné po zrakového nervu zranění, pokud každý krok axon opětovný růst, poradenství, synaptogenesis, a remyelination by mohlo být dosaženo. Zde bychom přezkoumat nedávný pokrok při dosahování přepojení z očí do mozku cesty a diskutovat o možných budoucích strategií pro přepojování vizuální obvodů po zrakového nervu zranění.

Dlouhý-Vzdálenost Axon Regenerace Může Být Dosaženo prostřednictvím Kombinační Manipulace Více Genů/Drah

obnovit vidění po zrakového nervu zranění, zraněn axony musí regenerovat celé délce oka-k-mozek cesty, na vzdálenost větší než 8 mm z místa zranění do LGN a SC u myší (Obrázek 1). Dlouho-vzdálenosti axon regenerace, jako první krok z očí do mozku opětovné připojení, je rozhodující při obnově zrakových funkcí po zrakového nervu zranění. K dnešnímu dni podmíněné vyřazení Pten samotného v RGCs vedlo k pravděpodobně nejdelší regeneraci zrakového nervu 2 týdny po poranění (až 3 mm distálně od místa léze; Park et al. , 2008). Manipulace jiných genů, jak je uvedeno v Tabulce 1, byly uvedeny na podporu skromný regeneraci RGC axony dosažení střední oblasti optického nervu po úrazu (Tabulka 1). Kromě manipulace s genovou expresí v RGCs, uvolňování CNTF zprostředkované ne RGC (Leaver et al ., 2006), onkomodulin v reakci na zánět (Yin et al., 2006) nebo amakrinově specifická Lin28 zprostředkovaná potenciace IGF1 (Zhang et al ., 2019), bylo prokázáno, že všechny stimulují regeneraci zrakového nervu, buď samostatně, nebo společně s dalšími faktory. Navíc bylo prokázáno, že zvýšená hladina zinku v amakrinních buňkách po poškození zrakového nervu přispívá k buněčné smrti RGC a neúspěšné regeneraci pomalým přenosem do RGCs (Li et al ., 2017). Výsledkem je, že transportér zinku ZnT-3 (kódovaný genem slc30a3) knockout zlepšil přežití a regeneraci RGC. Dále bylo prokázáno, že zvýšená hladina cAMP zvyšuje regeneraci optického nervu indukovanou onkomodulinem (Kurimoto et al ., 2010). A konečně, podtyp RGCs ukázaly, produkovat vylučován fosforylovaný glykoprotein, osteopontin (OPN), který působí společně s IGF1 nebo BDNF, ke zvýšení optického nervu regenerace (Duan et al., 2015).

ačkoli bylo prokázáno, že několik přístupů podporuje podstatnou regeneraci in vivo, opětovný růst dostatečného počtu axonů celou optickou cestou zůstává hlavní výzvou. Proto, nedávné pokroky v RGC axon regeneraci nejen zaměřena na identifikaci nových genů a drah, ale také ukázal, že kombinační léčba s odlišnými základními mechanismy za následek aditivní nebo dokonce synergické účinky (Tabulka 2). Až do dnešního dne, delece Pten, spolu s manipulací jiné RGC geny nebo extracelulární faktory, byly dominantní kombinační strategie pro podporu na dlouhou vzdálenost zrakového nervu regeneraci. Například odstranění Socs3 (Sun et al., 2011), B-RAF activation (O ‚ Donovan et al., 2014), C-Myc overexpression (Belin et al., 2015), DCLK2 overexpression (Nawabi et al., 2015), HIL-6 (Leibinger et al., 2016), STAT3 / mek aktivace (Luo et al., 2016), chelatace zinku (Li et al., 2017), nebo Lin28 nadměrná exprese (Wang et al., 2018), bylo prokázáno, že každý má synergické / aditivní účinky s delecí Pten na regeneraci optického nervu. Také extracelulární faktory popsané výše byly kombinovány s genetickou manipulací RGC, jako je camp/onkomodulin / Pten-delece (Kurimoto et al ., 2010), CNTF / Pten-delece / Socs3-delece (Sun et al., 2011). Kromě toho, aditivní nebo synergické účinky jiných kombinačních strategií bylo také prokázáno, jako Klf9 poražený v kombinaci s Zinek chelation (Trakhtenberg et al., 2018) a konstitutivně aktivní CRMP2 v kombinaci se zvýšenou aktivitou GSK3 (Leibinger et al., 2017). Předpokládá se, že takové kombinační účinky jsou způsobeny různými signálními drahami za těmito geny a faktory. Na základě předchozích studií bylo prokázáno, že několik signálních drah hraje důležitou roli při přenosu podpůrných účinků těchto genů / faktorů. Například signalizace GSK3/mTOR související s růstovým faktorem je aktivována po deleci Pten (Park et al ., 2008; Leibinger a kol., 2019), osteopontin (Duan et al., 2015), melanopsin (Li et al., 2016), Akt (Guo et al., 2016; Miao a kol., 2016), nebo Lin28 (Wang et al., 2018). Také cesta MAPK po proudu od B-RAF (O ‚ Donovan et al., 2014) nebo MEK (Luo et al., 2016) se podílel. Kromě toho by signalizace cytokinů Jak-Stat mohla být aktivována za CNTF (Müller et al ., 2007), odstranění Socs3 (Smith et al., 2009), nebo klf4 delece (Qin et al., 2013). Navíc, nedávné studie odhalily několik nových signalizačních drah fungování na podporu zrakového nervu regeneraci, jako je fosfatidových kyselé fosfatázy (PAP) Lipin1, že vyvolané regenerace prostřednictvím regulace glycerollipid metabolismu (Yang et al., 2020), trombospondin-1, který se váže na syndecan, aby podpořil regeneraci optického nervu (Bray et al ., 2019) a protein LIM aktinového křížového linkerového svalu (Levin et al., 2019). Je třeba poznamenat, že mnoho regulačních genů regenerace zrakového nervu může současně regulovat více následných cest a bylo také prokázáno, že se signální dráhy po proudu vzájemně přesahují.

Kolektivně, je dobře známo, že kombinace molekul s různými navazujících drah by mělo za následek delší vzdálenost axon regeneraci. Identifikace nových faktorů s novými signálními drahami, zejména faktory, které mohou regulovat více cest, by tedy měla být stále jednou z cílených oblastí v terénu. Kromě toho je také velmi důležité prozkoumat optimální kombinaci více faktorů na základě jejich regulačních mechanismů. Nakonec je třeba poznamenat, že většina (>80%) RGC zemře několik týdnů po poranění optického nervu (Wang et al ., 2018; Tran a kol., 2019), což činí přežití RGC hlavní překážkou pro dostatečný počet regeneračních axonů nezbytných pro obnovu zrakových funkcí. Zajímavé je, že několik podtypů RGC se liší svou schopností přežít nebo regenerovat axony po poškození zrakového nervu (Duan et al ., 2015; Norsworthy et al., 2017; Bray et al., 2019). Nedávno systematická studie pomocí jednobuněčné RNA-seq odhalila selektivní zranitelnost podtypů RGC po axonálním poškození a poskytla důkaz, že neuroprotektivní strategie specifické pro typ mohou být kritické pro intervenci (Tran et al ., 2019). Stejně důležité je tedy identifikovat geny/cesty, které chrání RGC nebo podtypy před buněčnou smrtí.

Správné Vodítko pro Regenerující Axony Kolem Chiasma opticum a Vstupující Do Mozku,

i když kombinatorické přístupy po zrakového nervu zranění by mohlo mít za následek podstatné dlouhé vzdálenosti-optic probíhá regenerace nervů, chiasma opticum je vznikající být hlavní překážkou pro regenerující axony, aby do mozku a dosáhnout jejich původní cílené jádra. Analýzou regenerace axonu v pozdějších časových bodech po poranění nervu (tj. 4-10 týdnů), v několika studiích používajících kombinační přístupy regenerační axony mohly dosáhnout a dokonce překročit optický chiasm. Například, když byl Pten / Socs3 dvojitý knockout kombinován s CNTF, 4 týdny (Sun et al ., 2011) nebo 10 týdnů (Luo et al., 2013) po poranění nervů mnoho regeneračních axonů mohlo dosáhnout proximálního konce chiasmu, ale přestalo růst. Když byla do kombinace přidána exprese c-Myc, více axonů překročilo chiasmus a rostlo do optických traktů (Belin et al ., 2015). Podobně i jiné kombinační přístupy, jako je cAMP/Zymosan / Pten-delece (de Lima et al., 2012; Luo a kol., 2013), Lipin1-delece / CNTF (Yang et al., 2020) a Pten-delece/MEK / STAT3 (Luo et al., 2016), může také vyvolat regeneraci optického nervu poblíž nebo přes optický chiasm.

Jeden zajímavý postřeh od některé z těchto studií bylo, že mnoho regenerujících axonů se obrátil zpět na chiasma nebo vykolejil od optického traktu po překročení chiasma. Toto pozorování naznačuje, že optický chiasmus představuje inhibiční hranici a v optickém traktu dochází k nesprávnému vedení axonů. Ve skutečnosti, jak bylo uvedeno výše, odstranění Nogo a jeho receptorů ve vizuálním systému vedlo k mírné regeneraci zrakového nervu, což naznačuje inhibiční povahu zralého vizuálního systému. V rané studii (Pernet et al., 2013a), pomocí tkáně zúčtování přístup a konfokální zobrazovací celé mount zrakového nervu, studie zjistila, že mnoho regenerujících axonů vyvolané CNTF ukázal nepravidelné trajektorie, s mnoha zvratům v rámci zrakového nervu. V pozdější studii ze stejné laboratoře (Pernet et al., 2013b), regenerační RGC axony indukované aktivním STAT3 také vykazovaly putující trajektorie s častými u-obraty. Když však byly optické nervy dodatečně ošetřeny inhibitorem Rho kinázy Y27632, regenerační axony indukované Stat3 se narovnaly a rychlost U byla výrazně snížena. Protože Rho kináz je dobře známo, že znepřátelit inhibiční účinky myelinu na bázi inhibitoru (tj. Nogo, MAG), tyto výsledky potvrdila přítomnost extracelulární inhibiční molekuly v zrakového nervu. Na podporu, pomocí čištění tkání a pokročilé fluorescenční mikroskopie světelného listu (LSFM), tři studie (Luo et al., 2013; Yungher a kol., 2015; Bray et al., 2017) provedl 3D zobrazování s vysokým rozlišením a detailní axonální morfologické analýzy na úrovni jednoho axonu. Konkrétně, výsledky zjištěno, že v rámci zrakového nervu nejvíce regenerující axony měl klikatící se cestu a mnoho z nich se ostré zatáčky. Pro axony dosažení chiasma, některé axony se otočil zpátky na chiasma a zadejte naproti nezraněn zrakového nervu, což potvrzuje chiasma jako inhibiční bariéru. Pro axony, které se podařilo přes chiasma, více axony byly pozorovány na ipsilaterální zrakového ústrojí, než v kontralaterální traktu, což naznačuje, axon mylné. Několik axonů bylo identifikováno v SCN umístěném přímo nad chiasmem a žádný axon nebyl pozorován ve vzdálenějších vizuálních cílech, LGN nebo SC. V souladu s těmito zjištěními naše nedávná studie využívající čištění tkání a 3D zobrazování (Wang et al ., 2018) ukázal, že Lin28 zvýšená exprese indukované regenerační RGC axony také ukázal, že řada U-otočí do zrakového nervu, který byl snížen, když Lin28 výraz byl v kombinaci s Pten poražený. Navíc naše nejnovější studie (Wang et al., 2020) ukázalo, že vyřazení myosinu IIA / B pouze v RGCs vedlo k významné regeneraci zrakového nervu. Je zajímavé, že když axon trajektorie byly zkoumány s tkání zúčtování a 3D zobrazení, divoký typ myši se automaticky regeneruje v krátké axony následovalo putování trajektorie s mnoha zvratům, vzhledem k tomu, že v myosin IIA/B knockout myší regenerující axony byly mnohem rovnější s výrazně sníží obrat. Ještě důležitější je, že kombinace nadměrné exprese Lin28 s knockoutem myosin IIA / B vedla k regeneraci optického nervu na dlouhé vzdálenosti během 2 týdnů po poranění nervu(až 4, 5 mm od místa poranění). Protože naše předchozí studie (Hur et al., 2011) ukázal, že odstranění myosin IIA/B povoleno axon růst přes dvě hlavní inhibiční substráty, myelin trosky, a CSPGs, nové výsledky poskytly důkaz, že překonání inhibiční signály do zrakového nervu byl slibný přístup pro efektivnější na dlouhé vzdálenosti zrakového nervu regeneraci.

a konečně, abychom lépe prozkoumali, jak se regenerační axony chovaly při optickém chiasmu, jedna studie (Li et al., 2015) používá pre-chiasma zranění modelu, ve kterém regenerující axony pouze potřeba, aby růst na krátkou vzdálenost dosáhnout chiasma. Studie prokázaly, že po 4 týdnech po poranění nervu, mnoho axonů vstoupil a prošel chiasma, z nichž většina obsadila ipsilaterální straně hypotalamu, včetně SCN. Po 8 týdnech bylo v SCN nalezeno více axonů. Jedním z důležitých zjištění bylo, že i po 4 měsících po poranění nervu, téměř žádné regenerující axony dosáhl mozek cíle dále od optické chiasma, jako je na OPN a SC. Tato studie dále potvrdila, že bez řádných pokynů je pro regenerační axony obtížné reinervovat hlubší mozkové cíle.

V souhrnu tyto studie naznačují, že řádné axon pokyny mechanismy jsou nezbytné pro regeneraci RGC axony dosáhnout jejich původní cílené jádra v mozku a následné vizuální funkční zotavení. Nové experimentální techniky, jako jsou přístupy k čištění tkání (3DISCO, CLARITY atd.) a pokročilé 3D zobrazovací systémy (multiphotonová mikroskopie, LSFM, fMOST atd.), se objevují jako užitečné nástroje pro podrobnou analýzu axonové trajektorie v mozku.

Axon Regenerace z Oka do Mozku Záchranu Částečné Vizuální Chování

Po regenerující axony dosáhnout jejich původní mozku, cíle, další výzvou je dosáhnout nového synaptogenesis, remyelination, a následné funkční obnovy vidění. K dnešnímu dni pouze několik studií uvádělo funkční opětovné spojení s mozkovými jádry po rozdrcení optického nervu. Rané studie ukázaly, že kombinací delece Pten s Zymosan a tábora vyústil v dlouho-vzdálenosti axon regenerace přes chiasma opticum a do mozkových struktur, včetně SCN, dLGN, a SC, 10 týdnů po zrakového nervu zranění. Histologické důkazy prokázaly, že regenerační axonové terminály zřejmě vytvářejí synapse v cílených jádrech. V důsledku toho bylo částečně obnoveno několik vrozených vizuálních chování,jako je vnímání hloubky, optomotorická odpověď a cirkadiánní vzorce aktivity (de Lima et al., 2012). V pozdější studii, ve které byl použit stejný kombinatorický přístup (Luo et al., 2013), whole-mount tkáně zúčtování a 3D zobrazování, analýzu, s LSFM ukázal, že regenerující axony byly skutečně pozorovány do a nad chiasma opticum. Na rozdíl od výše uvedené studie (de Lima et al ., 2012) byly pozorovány pouze některé axony dosahující SCN a nebyly nalezeny žádné regenerační axony za SCN. Mnoho axonů bylo pozorováno na místech, která nebyla spojena s optickou dráhou, což naznačuje nesprávné vedení axonu. Ve stejné studii byly socs3/Pten double knockout spolu s CNTF použity k indukci regenerace axonu na dlouhé vzdálenosti. Podobně, regenerační axony by mohly dosáhnout a překročit optický chiasmus a za SCN nebyly nalezeny žádné axony. Aby se vyloučila možnost, že by postup čištění tkáně mohl vybělit signál CTB traceru, byly zkoumány pravidelné koronální části mozku. Podobně, regenerační axony označené CTB byly nalezeny hlavně v oblasti hypotalamu, včetně SCN, a ve vzdálenějších cílech nebyly identifikovány žádné axony, LGN a SC.

V nedávné studii, posílením RGC nervové činnosti a aktivaci mTOR signalizace (Rheb1 zvýšená exprese) dlouho-vzdálenosti axon regeneraci a správné navádění do všech hlavních vizuální cíle byly pozorovány již 3 týdny po zrakového nervu zranění (Lim et al., 2016). Konkrétně, u myší léčených vizuální stimulace a Rheb1 zvýšená exprese léčba, nově vytvořené připojení se mohla částečně obnovit optomotor reakce optokinetický reflex analýzy (OKR), vzhledem k tomu, že se nepodařilo zachránit žák reakce, vnímání hloubky, a vizuální reakce na strach (Lim et al., 2016). Studie naznačila, že takové částečné funkční zotavení může odrážet defekty v tvorbě synapse, nedostatečný počet regeneračních axonů a / nebo nízká přesnost hledání cesty v rámci cíle. Společně k dnešnímu dni existuje jen velmi málo studií (de Lima et al ., 2012; Lim et al., 2016) uvádí, dlouhé vzdálenosti-optic regenerace nervu s částečnou vizuální funkce zotavení, mezi které jedné studie nelze opakovat v jiné studii (Luo et al., 2013). Tak, další studie jsou nutné k potvrzení, pokud se po intraorbitální zrakového nervu zranění regenerační RGC axony mohou být správně vedeni k dosažení jejich původní innervating cíle v mozku.

i Přes významné pokroky v podpoře RGC axony mimo optického nervu do mozku, po zrakového nervu zranění, je obtížné, aby prozkoumala axon pathfinding přes chiasma a následné cíl reinnervation vzhledem k omezenému počtu regenerující axony dosažení mozku. K vyřešení takového problému, jak je uvedeno výše v jedné studii (Li et al., 2015) bylo provedeno poškození optického nervu před chiasmem, aby více axonů mohlo dosáhnout a překročit optický chiasm. V této studii, sériové sekce odhalily, že po delší době lze v jádrové oblasti SCN identifikovat více regeneračních axonů. Se zaměřením na SCN, studie použity protilátky proti oběma pre-synaptické marker vezikulární glutamate transporter 2 (VgluT2) a postsynaptické denzitě marker Homer1 k označení nové synapse formace. Mnoho triple označené (CTB, VgluT2, Homer1) tečky byly identifikovány, což naznačuje excitační synaptické stránek na regenerační CTB pozitivní regenerující axony. Další experimenty s použitím viru pseudo-vztekliny kódující GFP poskytly důkaz, že regenerační axony RGC vytvořily spojení se stávajícími obvody mozku. A konečně, pomocí světelné pulzní stimulace zraněného oka byla v SCN po léčbě pozorována exprese genu c-Fos, což naznačuje funkční synapse reformované v SCN. Navíc celobuněčné záplatové svorky SCN neuronů se stimulací optického nervu vykazovaly evokované Epsc, potvrzující reformované excitační synaptické spojení. Na základě stejného zdůvodnění, další nedávná studie (Bei et al., 2016) přijal model transekce optického traktu (proximální k SC), který výrazně snížil vzdálenost mezi regeneračními axony a SC. V této studii, a to buď kombinace Pten/Socs3 co-delece s CNTF/BCL2 nebo co-zvýšená exprese OPN/IGF1/CNTF, vyvolané retinocollicular axon regenerace a funkční synapse formace po zrakového ústrojí přetnutí. Regenerační axony však vykazovaly špatné elektrické vedení, a proto se nepodařilo obnovit významnou vizuální funkci. Jeden potenciální důvod selhání je pravděpodobně spojen s nedostatkem myelinizace. Napěťově řízené blokátory draslíkových kanálů (4-AP nebo 4-AP-3-Me) byly použity ke zlepšení vedení u de-myelinizovaných axonů pacientů s roztroušenou sklerózou. Jak se očekávalo, akutní aplikace 4-AP významně zvýšila elektrické vedení, což nakonec vedlo k významnému obnovení zrakové funkce. Společně tyto dvě studie s axon zranění blízkosti jejich innervating cíle dispozici klíčové důkazy, že při dostatečné regeneraci axonů by mohl dosáhnout jejich mozek cíle synapse tvorba a vizuální funkce obnovení jsou možné.

stručně řečeno, existující data aktuální podporu, že: (1) s kombinatorickými přístupy, je možné vyvolat dlouhodobé vzdálenost axon regenerace vstoupit do mozku; a (2) s řádnou axon vedení a remyelination, vizuální funkce mohla být obnovena (Obrázek 2). Oko-mozek cesta obsahuje více cílových struktur, které jsou spojeny s různými visual související funkce, jako celé zvíře fyziologický stav, vizuálně-řízený reflexivní chování, a kódování komplexní vizuální vlastnosti (Dhande et al., 2015). Proto je optimální řešení pro funkční zotavení po zrakového nervu poranění vyžaduje dlouho-vzdálenosti axon regenerace z poranění, do mozku, správné axon pokyny k dosažení konkrétních centrálních jader, reformace funkční synapse s odpovídající cíle, a remyelination umožnit přenos elektrických impulsů.

budoucí vyhlídky

navzdory významnému pokroku v regeneraci RGC za poslední desetiletí má funkční Oprava vizuální dráhy ještě dlouhou cestu. Na základě výše popsaných studií je důležitou otázkou, kam bychom měli brzy jít. Za prvé, i když jsme identifikovali mnoho genů, s nimiž lze manipulovat, aby se zvýšila regenerace optického nervu, naše chápání buněčných a molekulárních mechanismů, kterými je regulována regenerace axonů, zůstává fragmentováno. Například během zrání neuronů jaké jsou klíčové kroky a základní regulátory, které postupně vypínají schopnost růstu axonu? Jaké jsou klíčové rozdíly mezi neurony v CNS, které téměř trvale ztratily svou schopnost podporovat regeneraci axonů ve srovnání s těmi v PNS, které mohou reaktivovat svou vnitřní kapacitu? Ze všech neuronů ve stejné tkáni mají všichni stejnou schopnost podporovat regeneraci axonu? Jak jiné buňky v sítnici, jako jsou Müllerovy buňky, amakrinní buňky, přispívají ke ztrátě regenerační schopnosti axonu RGC během zrání a neúspěšné regenerace po úrazech? Nedávno vyvinuté multiomics přístup, jako RNA-, ATAC, a Hi-C sekvenování, a to buď v sypké nebo jednobuněčné úrovni, podporovány pokročilé bioinformatiky analýzy, bude velmi užitečné nástroje k řešení těchto otázek (Tran et al., 2019). Na druhé straně rychle aktualizované systémy CRISPR / CAS9-dCAS9 (Liu et al., 2018; Tian et al., 2019) se stávají vyspělými a spolehlivými technikami, které lze použít pro vysoce výkonnou funkční obrazovku nových genů regulujících přežití a regeneraci RGC. Aplikace těchto nových technik se nejen nám pomůže lépe objasnit molekulární mechanizmy regenerace axonu, ale také vést nás k objevování nových genů a drah regulujících RGC přežití a regeneraci.

za Druhé, po dlouho-vzdálenosti axon regeneraci, další výzvou je vodítko pro regenerující axony, aby dosáhli svých specifických cílů v mozku, tvoří funkční synapse, remyelinate správné axony, a získat konkrétní zrakové funkce. Bohužel aktuální výzkum v této oblasti zůstává velmi omezený. Ačkoli několik studií prokázalo regeneraci axonů zrakového nervu na dálku zpět do všech mozkových jader a obnovení některých vizuálních funkcí, k potvrzení těchto zjištění je zapotřebí dalších studií. Několik předchozích studií (Luo et al., 2013; Yungher a kol., 2015; Wang a kol., 2020) jasně ukázaly, že 3D zobrazování s vysokým rozlišením na úrovni jednoho axonu je optimálním přístupem ke sledování trajektorií regeneračních axonů v mozku.

za třetí, současným nejpoužívanějším zvířecím modelem zrakového poškození je rozdrcení zrakového nervu, které je chirurgicky snadné a reprodukovatelné. Mnoho klinicky relevantních onemocnění však vede k poškození zrakového nervu, jako je glaukom, optická neuritida, optická neuropatie a atrofie zrakového nervu. Protože různá onemocnění mohou vyvolat různé buněčné odpovědi, měly by být před potenciální translační aplikací použity různé zvířecí modely napodobující každou chorobu.

Autor Příspěvků

S-GY, C-ML, a F-QZ navržen tak, napsal, revidované, a dokončila rukopis. C-PL upravil rukopis. X-QP navrhl postavy. Z-QT poskytl konstruktivní komentáře. Všichni autoři přečetli a schválili konečnou verzi rukopisu.

financování

pro tuto práci byla F-QZ podpořena granty od NIH (National Eye Institute; Národní Institut Neurologických nepořádků a Mrtvice; R01NS085176, R01EY027347, R01EY030883), Craig H. Neilsen Foundation (259450), a vyřešit každý Zaměření Nadace (G2017037). C-ML byla podpořena granty od Strategické Priority Program Výzkumu Čínské Akademie Věd (XDA16010302), Národní Klíčové Programu Výzkumu a Vývoje Číny Projektu (2016YFA0101402), a National Science Foundation of China (91753140). S-GY byl podpořen grantem Národní vědecké nadace Číny (81370051).

střet zájmů

autoři prohlašují, že výzkum byl proveden bez jakýchkoli obchodních nebo finančních vztahů, které by mohly být vykládány jako potenciální střet zájmů.