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光への曝露と網膜細胞のストレス:新しい発見

研究がLEDライトが網膜のストレス反応に与える影響を明らかにした。

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目次

網膜変性(RD)は、目の機能に影響を与え、視力の喪失を引き起こす病気です。この状態は、光受容体という特別な細胞が死んでしまうことを含むさまざまな理由で発生します。これらの細胞は、光を脳が理解できる信号に変換するのに重要です。光受容体が死ぬと、見る能力が低下します。

網膜変性に寄与する重要な要因の一つは、光への曝露です。目には自然光を含む過剰な光から守るための防御機能があります。しかし、特に発光ダイオード(LED)からの人工照明の増加により、私たちはこれまで以上に多くの光にさらされています。LEDは家庭、街灯、コンピュータやスマートフォンなどの電子機器に一般的です。エネルギーとお金を節約する一方で、視力に害を及ぼす可能性のある青色光を多く発します。

網膜は目の中で非常に活発で、たくさんの酸素を必要とします。光や環境からのストレスに対して損傷を受けやすい脂肪がたくさんあります。ストレス下では、網膜は反応性酸素種(ROS)という有害な分子を生成します。ROSは細胞機能に必要ですが、過剰になると細胞のDNAやタンパク質などを傷つけることがあります。

研究者たちは、低レベルのLED光への曝露が網膜に与える影響を調査しています。ラットを使った実験では、連続して低強度のLED光に曝露したわずか数日後に、特定の網膜層でROSの生成が増加したことが分かりました。また、光受容体細胞を健康に保つために必要な脂肪であるドコサヘキサエン酸(DHA)の減少も見られました。さらに、1週間の曝露後には光受容体細胞の重大な喪失が観察され、これらの重要な眼の細胞が損傷を受けていることが示されました。

面白いことに、多くの光受容体が損傷を受けた一方で、網膜の他の細胞、特に網膜神経節細胞(RGC)や内核層(INL)の細胞はほとんど無傷でした。しかし、視覚に関連する特定のタンパク質に変化が見られ、これらの細胞もストレスを経験していることを示唆しています。これは、異なる種類の網膜細胞が光の損傷に対する抵抗力のレベルが異なることを示唆しています。

細胞がストレスを受けると、統合ストレス応答(ISR)という生存プログラムを活性化することがあります。このプログラムは、損傷に対処するのを助けます。しかし、ストレスが過度であったり、長期間続いたりすると、細胞死を引き起こす可能性があります。ISRの重要な部分は、全体のタンパク質生成を停止させることで、ストレス顆粒(SG)の形成を促します。これらの顆粒は重要な分子を集め、細胞のストレスと生存を管理する役割を果たします。

SGの形成は活発な研究分野です。SGには、タンパク質を作るための遺伝的指示を保存するmRNAや、細胞シグナルに関与するタンパク質など、さまざまな要素が含まれています。SGはこれらの分子のハブとして機能し、細胞がストレスにどのように応答するかに影響を与える可能性があります。研究によれば、SGは有害な経路を抑制し、過剰なROSレベルを減少させることで、細胞死を防ぐのに役立つかもしれません。

この研究では、SGが網膜でどのように形成され、光への曝露がその存在にどのように影響するかを調査することが目的でした。これを実現するために、ラットを使った複数の実験を行い、すべての手順が動物研究の倫理ガイドラインに従っていることを確認しました。

実験方法

この研究には、定期的な明暗サイクルに従うことができる条件で飼育された雄のアルビノウィスターラットが使用されました。研究者たちは、ラットを特定の強度のLED光に異なる期間曝露させ、網膜の反応を調べました。そして、SG形成の兆候を探すために網膜を調べました。

網膜のSGを可視化するために、研究者たちは免疫組織化学(IHC)を使用しました。この技術は、SGに関連するタンパク質をターゲットとする抗体を使用することを含みます。また、SG内のmRNAをチェックするために、蛍光 in situ ハイブリダイゼーション(FISH)という方法も使用しました。これらの技術を組み合わせることで、網膜組織内のSGの存在を確認できました。

光に曝露されたラットの網膜を調べるだけでなく、個々の網膜細胞を分離し、ナトリウムアルセニトなどの異なるストレッサーに対する反応を調べました。

重要な発見

研究の結果、ラットを48時間LED光に曝露した後、網膜にSGが存在することが分かりました。特に、SGはRGCで最も観察され、INLや外核層(ONL)でもまれに見られました。

研究者たちがナトリウムアルセニトを使用して分離した網膜細胞でSG形成を誘導したところ、未処理の対照細胞に比べてはるかに多くのSGが観察されました。この発見は、ナトリウムアルセニトがSG形成を効果的に刺激することを確認し、SGが細胞のストレス対処に役立つという考えを支持しています。

さらに、LED光への短時間の曝露がSG形成を引き起こすかどうかの探求も行いました。短い曝露後でもSGが見つかりましたが、さまざまな時間点での数の違いは統計的に有意ではありませんでした。

2日から8日間、ラットを一定のLED光に曝露する網膜変性モデルでは、異なる網膜層でSGの数を評価しました。データは、RGCがINLやONL細胞よりも有意に多くのSGを示し、特に長期間の光曝露中に顕著であることを明らかにしました。これは、RGCが光によるストレスに対処するためにSGをより効果的に活用している可能性を示唆しています。

結論

この研究は、哺乳類の網膜におけるSGの存在を強調し、過剰なLED光曝露とSG形成との関係を示しています。SGはRGCやINL細胞などの特定の網膜細胞に保護機能を提供する可能性がありますが、ストレス下でより死亡する可能性の高い光受容体細胞ではあまり見られません。これは、SGの細胞生存における役割と変性状態の発展における潜在的な関与について疑問を投げかけます。

将来の研究は、SGと網膜細胞の健康との関係、特に継続的な光曝露の文脈での関係をさらに明確にする必要があります。この関係の理解は、光損傷に関連する網膜疾患を予防または治療するための洞察を提供するかもしれません。

補足情報

この研究を支持する追加の資料やデータは、方法論や結果に関する詳細情報を参照することができます。この研究は、光が網膜の健康に与える影響や、視力を保護するための細胞応答の役割に関する知識の増加に寄与します。

オリジナルソース

タイトル: Stress granule induction in rat retinas damaged by constant LED light.

概要: ObjectivesStress granules (SGs) are cytoplasmic biocondensates formed in response to various cellular stressors, contributing to cell survival. While implicated in diverse pathologies, their role in retinal degeneration (RD) remain unclear. We aimed to investigate SG formation in the retina and its induction by excessive LED light in a RD model. MethodsRat retinas were immunohistochemically analyzed for SG markers G3BP1 and eIF3, and SGs were also visualized by RNA FISH. Additionally, SGs were induced in primary retinal cell and eyeball cultures using sodium arsenite. Light exposure experiments utilized LED lamps with a color temperature of 5,500 K and 200 lux intensity for short-term or 2-8-day exposures. ResultsSGs were predominantly detected in retinal ganglion cells (RGCs) and inner nuclear layer (INL) cells, confirmed by sodium arsenite induction. SG abundance was higher in animals exposed to light for 2-8 days compared to light/dark cycle controls. RGCs consistently exhibited more SGs than INL cells, and INL cells more than outer nuclear layer cells (Scheirer-Ray-Hare test: H 13.2, p = 0.0103 for light condition, and H 278.2, p < 0.00001 for retinal layer). These observations were consistent across four independent experiments, each with three animals per light condition. ConclusionsThis study identifies SGs in the mammalian retina for the first time, with increased prevalence following excessive LED light exposure. RGCs and INL cells showed heightened SG formation, suggesting a potential protective mechanism against photodamage. Further investigations are warranted to elucidate SGs role in shielding against light stress and their implications in retinopathies.

著者: Eduardo Garbarino-Pico, M. M. Benedetto, M. Malcolm, M. G. Bruera, L. G. Penazzi, M. E. Guido, M. A. Contin

最終更新: 2024-04-29 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.26.591385

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.26.591385.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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