맹인 쥐가 유전자 삽입 후 시력 회복

맹인 쥐가 유전자 삽입 후 시력 회복과학자들은 맹인 쥐의 눈에 녹색 빛 수용체에 대한 유전자를 삽입했으며, 한 달 후, 쥐는 시력 장애가없는 마우스만큼 쉽게 장애물 주위를 항해하고있었습니다.

마우스는 동작, 밝기가 수천 배 이상 변화하며 문자를 구분하기에 iPad에서 세부 사항을 볼 수 있습니다.

연구자들은 3 년 내에, 비활성 바이러스를 통해 전달 된 유전자 치료가 망막 변성으로 인해 시력을 잃은 인간을 대상으로 테스트를 진행할 수 있다고 말하면서 이상적으로 주위를 돌아보고 잠재적으로 복원 할 수있는 충분한 비전을 제시했다. 비디오를 읽거나 볼 수있는 능력.

캘리포니아 대학교 버클리 (Berkeley) 대학의 분자 생물학 교수이자 세포 생물학 교수 인 에훗 이사 코프 (Ehud Isacoff)는 "이 바이러스를 사람의 눈에 주사하고 몇 달 후 뭔가를 볼 것"이라며 헬렌 위즈 (Helen Wills) 신경 과학 연구소.

"... 시각 장애인들이 표준 컴퓨터 모니터를 읽고 비디오로 의사 소통하며 영화를 볼 수있는 능력을 회복하는 것이 얼마나 훌륭한가."

"망막의 신경 퇴행성 질환으로 종종 모든 사람들이 더 많은 퇴행을 멈추거나 늦추기 위해 노력합니다. 그러나 몇 달 안에 이미지를 복원하는 것 - 생각해 보면 놀라운 것입니다. "

170에 관하여 전세계의 백만 명이 10의 나이에 55 사람에게서 1 개를 공격하는 나이 관련 황반변성에 감염되며, 전세계의 1.7 만 명이 상실한 실명, 색소 성 망막염을 앓고 있습니다. 40.

"시력 검사가없는 친구가 있고, 그들의 생활 방식은 심장 마비입니다."라고 시력 측정 학부 교수 인 분자 생물학 교수 인 존 플래너 리 (John Flannery)는 말한다.

"그들은 사람들이 당연한 것으로 생각한 것을 고려해야한다. 예를 들어, 호텔에 갈 때마다 각 방의 레이아웃은 조금씩 다르며, 3D 맵을 머리에 짓는 동안 누군가 방을 걸어 다닐 필요가 있습니다. 낮은 커피 테이블과 같은 일상적인 물건은 떨어지는 위험이 될 수 있습니다. 심각하고 장애가되는 시력 손실을 가진 사람들에게는 질병의 부담이 엄청나 다. 이런 종류의 치료를받는 첫 번째 후보가 될 수있다. "

맹인 쥐가 유전자 삽입 후 시력 회복새로운 치료법은 유전자를 신경절 세포에 직접 운반하기 위해 유리질에 불 활성화 된 바이러스를 주입하는 것입니다. 이전 버전의 바이러스 요법에서는 망막 아래에 바이러스를 주입해야했습니다 (하단). (제공 : John Flannery)

현재 그러한 환자를위한 옵션은 한 쌍의 안경에 앉아있는 비디오 카메라에 꽂혀있는 전자식 안구 삽입물 인 망막에 이미지를 생성하는 어색하고 침입 적이면서 값 비싼 설정으로 제한됩니다. 현재는 수 백에 이릅니다. 픽셀. 보통의 선명한 시야에는 수백만 픽셀이 필요합니다.

망막 변성을 담당하는 유전 적 결함을 교정하는 것은 직접적이지 않습니다. 망막 색소 침착만을 일으키는 250 이상의 다른 유전자 변이가 있기 때문입니다. 90에 관해서는 망막의 광 수용체 세포 (희미한 빛에 민감한 막대)와 원추 (cones)를 일광 컬러 인식에 사용하는 백분율이 있습니다. 그러나 망막 변성은 전형적으로 양극성 망막과 망막 신경절 세포를 포함하여 망막 세포의 다른 층을 보호하는데, 사람들은 완전히 장님이 된 후 수십 년 동안 빛에 무감각해도 건강 할 수 있습니다.

마우스에서의 실험에서 연구자들은 신경절 세포의 90 퍼센트를 빛에 민감하게 만드는 데 성공했다.

간단한 시스템

이 생쥐에서 실명을 역전시키기 위해 연구진은 망막 신경절 세포를 표적으로하는 바이러스를 설계하고 빛에 민감한 수용체 인 녹색 (중간 파장) 콘 옵신 유전자를 삽입했다. 일반적으로 원뿔 광 수용체 세포 만이 옵신을 발현하고 녹색 황색 광에 민감합니다. 연구진이 그것을 눈에 주사했을 때, 바이러스는 유전자를 빛에 민감하지 않은 신경절 세포로 옮겼으며, 빛에 민감하고 두뇌에 신호를 보내 광경으로 해석했다.

"우리가 마우스를 테스트 할 수있는 한도 내에서, 특수 장비없이 일반 생쥐와 optogenetically - 치료 마우스의 행동을 말할 수 없다"Flannery는 말합니다. "그것은 환자가 번역하는 것을보아야한다."

생쥐에서 연구자들은 망막의 대부분의 신경절 세포에 옵신을 전달했다. 인간을 치료하기 위해서는 인간의 눈에는 마우스 눈보다 수천 배 많은 신경절 세포가 있기 때문에 더 많은 바이러스 입자를 주입해야합니다. 그러나 팀은 바이러스 전달을 향상시키는 수단을 개발했으며 카메라의 매우 높은 픽셀 수와 동일한 양의 신경절 세포와 비슷한 비율로 새로운 광 센서를 삽입하기를 희망합니다.

맹인 쥐가 유전자 삽입 후 시력 회복주황색 선은 연구자가 이상한 새장에 넣은 후 처음 1 분 동안 생쥐의 움직임을 추적합니다. 블라인드 마우스 (위)는 조심스럽게 모서리와 측면을 유지하며, 처리 된 마우스 (가운데)는 정상적인 시력을 가진 마우스와 거의 같은 정도로 케이지를 탐험합니다 (하단). (제공 : Ehud Isacoff / John Flannery)

Isacoff와 Flannery는 살아있는 망막 세포에 유전자 조작 신경 전달 물질 수용체와 빛에 민감한 화학 스위치의 조합을 삽입하는 것을 포함하여보다 복잡한 계획을 시도한 지 10 년이 넘는 간단한 수정 작업을 수행했습니다. 이것들은 효과가 있었지만 정상적인 시력의 감수성을 얻지는 못했습니다. 다른 곳에서 테스트 한 미생물 유래 Opsins도 감도가 낮으므로 광 증폭 고글을 사용해야합니다.

연구진은 자연 시력의 고감도를 포착하기 위해 광 수용체 세포의 빛 수용체 옵신 (optical receptor opsins)을 연구했다. 신경절 세포에 자연적으로 감염되는 아데노 관련 바이러스를 사용하여 신경절 세포의 게놈에 망막 옵신 유전자를 성공적으로 전달했습니다. 이전에 맹인 쥐들은 일생 동안 지속 된 시력을 획득했습니다.

Isacoff는 "이 시스템이 작동한다는 것은 실제로 매우 만족 스럽습니다. 부분적으로도 매우 간단하기 때문입니다. "아이러니 컬하게도, 20 년 전에 이것을 할 수있었습니다."

연구진은 유전자 치료를 3 년 안에 인간의 재판으로 가져갈 기금을 모으고있다. 유사한 AAV 전달 시스템은 퇴행성 망막 질환이 있거나 의학적인 대안이없는 안구 질환에 대해 FDA의 승인을 받았습니다.

확률 무시

Flannery와 Isacoff에 따르면, 시력 분야의 대부분의 사람들은 옵신이 그들의 특유의 막대와 콘 감광 수용체 세포 밖에서 작용할 수 있는지 의문을 제기합니다. 광 수용체의 표면은 막대기로 옵신 - 로돕신 (opsins-rhodopsin), 원추형으로는 적색, 녹색, 파란색 옵신으로 장식되어 있으며, 복잡한 분자 기계에 내장되어 있습니다. 우리가 빛의 단일 광자를 검출 할 수 있도록 신호를 효과적으로 증폭시키는 분자 릴레이 -G 단백질 결합 수용체 신호 전달.

효소 시스템은 옵신이 광자를 탐지하고 표백 될 때 옵신을 재충전합니다. 피드백 조절은 시스템을 매우 다른 배경 밝기로 적응시킵니다. 특수 이온 채널은 강력한 전압 신호를 생성합니다. 이 시스템 전체를 이식하지 않으면 옵신이 효과가 없을 것이라고 의심하는 것이 합리적입니다.

맹인 쥐가 유전자 삽입 후 시력 회복정상적인 망막에서 광 수용체 - 막대 (파란색)와 원뿔 (녹색) -은 빛을 감지하고 눈의 다른 층으로 신호를 중계하며 뇌의 시각 중심과 직접 대화하는 신경절 세포 (보라색)로 끝납니다. (제공 : UC 버클리)

그러나 신경계에서 G 단백질 결합 수용체를 전문으로 연구하는 Isacoff는 이러한 많은 부분이 모든 세포에 존재한다는 것을 알고있었습니다. 그는 옵신이 망막 신경절 세포의 신호 시스템에 자동으로 연결될 것으로 의심했다. 함께 그는 Flannery와 처음에 rhodopsin을 시도했는데, 이는 cone opsins보다 빛에 더 민감합니다.

그들의 기쁨으로, 막대와 원뿔이 완전히 퇴화 된 쥐의 신경절 세포에 로돕신 (rhodopsin)을 넣었을 때, 결국 맹인 인 맹인 인 동물은 암흑을 빛으로부터 - 심지어 희미한 실내 빛까지도 알려주는 능력을 되찾았습니다. 그러나 rhodopsin은 너무 느리고 이미지와 물체 인식에 실패했습니다.

그들은 녹색 콘 옵신 (rhinops opsin)을 시험해 보았는데 로돕신보다 10 배 빠른 반응을 보였다. 놀랍게도, 마우스는 평행선을 수평선과 구별 할 수 있었고, 선은 밀접하게 간격을두고 넓은 간격 (표준 인간의 시력 작업), 움직이는 선 대 고정 선을 구별 할 수있었습니다. 복원 된 비전은 매우 민감하여 훨씬 더 밝은 LED가 아닌 iPad를 시각적 디스플레이에 사용할 수있었습니다.

"이것은 강력하게 메시지를 집으로 가져왔다"라고 Isacoff는 말한다. "결국 시각 장애인들이 표준 컴퓨터 모니터를 읽고 비디오로 의사 소통하며 영화를 볼 수있는 능력을 되 찾는 것이 얼마나 훌륭한가."

이러한 성공은 Isacoff와 Flannery가 한 발 더 나아가서 복원 된 시야로 동물들이 세계를 항해 할 수 있는지 알아 내고자했습니다. 눈에 띄게, 여기에서도 녹색 콘 옵신이 성공했습니다. 시각 장애인 인 쥐는 3 차원 물체를 인식하고 탐색하는 가장 자연스러운 행동 중 하나를 수행 할 수있는 능력을 되찾았습니다.

그런 다음 그들은 회복 된 시력을 가진 사람이 옥외에서 밝은 빛을 띠게되면 어떻게 될까요? 그들은 빛에 의해 눈이 멀게 될 것인가? "여기서 시스템의 또 다른 주목할만한 특징이 나타났습니다. Isacoff는 다음과 같이 말했습니다 : 녹색 콘 옵신 신호 전달 경로가 적응합니다. 이전에는 밝기 변화에 따라 눈이 어두워 진 동물이 발견되어 동물뿐만 아니라 작업을 수행 할 수있었습니다. 이 적응은 약 실내 조명과 실외 조명 사이의 차이 인 약 1,000 배 범위에서 작동했습니다.

Flannery는 "모든 사람이 절대로 작동하지 않을 것이고 당신이 미쳤다고 말하면 일반적으로 당신이 뭔가를 얻고 있다는 것을 의미합니다. 사실, 그 무엇인가는 LCD 컴퓨터 스크린을 사용하여 패턴 화 된 비전을 최초로 성공적으로 복원하는 것입니다. 처음으로 주변 광의 변화에 ​​적응하고 최초로 자연물 비전을 복원합니다.

연구 결과는 자연 통신. 팀은 현재 색안을 복원하고 시력과 적응력을 더 향상시킬 수있는 테마의 변형을 테스트 중입니다. National Institutes of Health의 국립 안구 연구소, 생물 기능의 광학 제어를위한 나노 의약 개발 센터, 실명 퇴치 재단, 비전 재단의 희망, Lowy Medical Research Institute가 연구를 지원했습니다.

출처: UC 버클리

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