Il targeting dell'asse Cochlin/SFRP1/CaMKII nel polo posteriore oculare previene la progressione della miopia non patologica

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 884 (2023) Citare questo articolo

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La miopia è un grave problema di salute pubblica. Tuttavia, le modalità di intervento per la miopia non patologica sono limitate a causa della sua complicata patogenesi e della mancanza di obiettivi precisi. Qui, mostriamo che nei modelli di miopia priva di forma (FDM) e di miopia indotta da lenti (LIM) della cavia, l'inizio precoce, la correlazione fenotipica e il mantenimento stabile della sovraregolazione della proteina Cochlin all'interfaccia tra i fotorecettori retinici e l'epitelio pigmentato retinico ( RPE) viene identificato mediante un'analisi proteomica dei tessuti del polo posteriore oculare. Quindi, un'analisi di microarray rivela che Cochlin sovraregola l'espressione del gene secreto della proteina 1 correlata al frizzled (SFRP1) nelle cellule RPE umane. Inoltre, SFRP-1 aumenta la concentrazione intracellulare di Ca2+ e attiva la segnalazione della proteina chinasi II Ca2+/calmodulina-dipendente (CaMKII) in una linea cellulare endoteliale vascolare coroidale scimmiesca e provoca disfunzione delle cellule endoteliali vascolari. Inoltre, il knockdown genetico del gene Cochlin e il blocco farmacologico di SFRP1 annullano la ridotta perfusione sanguigna coroideale e prevengono la progressione della miopia nel modello FDM. Collettivamente, questo studio identifica un nuovo asse di segnalazione che può coinvolgere Cochlin nella retina, SFRP1 nell'RPE e CaMKII nelle cellule endoteliali vascolari coroidali e contribuire alla patogenesi della miopia non patologica, implicando il potenziale di Cochlin e SFRP1 come bersagli interventistici della miopia.

La miopia è diventata un grave problema di salute pubblica, in particolare per i bambini e gli adolescenti. In Asia, la prevalenza della miopia giovanile è dell'80–90%, tra cui la miopia elevata (HM, errori di rifrazione > −6,00 diottrie) rappresenta il 10–20%1. Inoltre, si prevede che quasi il 50% della popolazione mondiale soffrirà di miopia entro il 2050, di cui il 10% avrà una miopia elevata2. Senza un controllo efficace, la miopia progredirà rapidamente verso l'HM, che può causare lesioni patologiche irreversibili nel fondo3; se ciò si verifica, la miopia viene definita miopia patologica (PM). Sebbene siano disponibili agenti medicinali e procedure chirurgiche per combattere la PM, i loro effetti terapeutici rimangono insoddisfacenti, in parte a causa della natura irreversibile delle patologie associate alla PM, quindi i pazienti con PM soffrono di gravi disturbi della vista o addirittura di cecità legale4. Poiché la PM progredisce da una miopia non patologica, e la maggior parte della miopia giovanile appartiene alla miopia non patologica5, sarebbe importante trovare modalità di intervento per rallentare o arrestare la progressione della miopia non patologica, in particolare nei bambini e negli adolescenti la cui visione può essere recuperata mediante interventi di chirurgia refrattiva dopo la crescita. se nel fondo non si forma alcuna patologia irreversibile. Tuttavia, le attuali modalità di intervento per la miopia non patologica, come l'uso di occhiali6 o lenti per ortocheratologia7, la somministrazione di atropina a basso dosaggio8 e gli interventi di chirurgia refrattiva basati su laser9, sono essenzialmente trattamenti sintomatici, con la possibilità di incorrere in effetti collaterali. Questo scenario indica la complessità della patogenesi della miopia e l’attuale scarsità di bersagli molecolari precisi per l’intervento miopico.

Sulla base di diverse teorie, come il controllo locale della retina10, la defocus11 e le teorie dell'ipossia sclerale12, che sono state proposte per la patogenesi della miopia, nonché le osservazioni cliniche di soggetti giovani con miopia non patologica13, i ricercatori sul campo hanno iniziato a rendersi conto che le immagini sfocate nell'immagine retina e la ridotta perfusione sanguigna nei vasi coroidali sono cruciali per l'incidenza della miopia non patologica14,15. Tuttavia, l’asse di segnalazione che risponde alle immagini sfocate nella retina e quindi porta a una ridotta perfusione sanguigna coroideale rimane sconosciuto. Per accertare questo asse di segnalazione, abbiamo analizzato i tessuti del polo posteriore oculare dei modelli di miopia indotta da lenti di cavia (LIM) e di miopia priva di forma (FDM) utilizzando la proteomica ad alto rendimento e abbiamo identificato la cochlina, la molecola proteica con la sovraregolazione più drammatica e la massima significatività statistica. Cochlin è una proteina secretiva della matrice extracellulare (ECM) codificata dal gene COCH e contiene 550 aminoacidi16. Bhattacharya e colleghi hanno riferito che questa proteina ECM ha mostrato una sovraregolazione tempo-dipendente nella rete trabecolare (TM) sia di un modello murino di glaucoma cronico17 che di pazienti con glaucoma primario ad angolo aperto18, con conseguente depositi di cochlin legati all'età e diminuzione del collagene nella TM18. Questi rapporti indicano la possibile patogenicità della Cochlin nelle malattie degli occhi. Inoltre, i nostri risultati immunoistochimici hanno rivelato la sua posizione nei fotorecettori retinici e la sua vicinanza all'epitelio pigmentato retinico (RPE); pertanto, ipotizziamo che Cochlin possa fungere da segnale molecolare retinico in risposta all'immagine sfocata rilevata dai fotorecettori e trasmettere informazioni miopigeniche all'RPE.

0.05, Fig. 1a). At 2 w, 4 w, and 6 w following FDM induction, the right eye refraction in the FDM group was decreased 110.17%, 170.62%, and 211.14%, respectively, compared to that before induction, showing a trend of time-dependent reduction (Fig. 1a). Furthermore, the right eye refraction in the FDM group was significantly decreased in comparison to that of normal controls at each time point (all P < 0.01, NOR vs FDM, at 2, 4, 6 w, Fig. 1a). On the other hand, the changes in axial length (AL) paralleled those in refraction in this myopia model, demonstrating a time-dependent AL elongation (all P < 0.001, for FDM group, 0 w vs 2 w, 0 w vs 4 w, 0 w vs 6 w, Fig. 1c) and a greater AL in myopic animals than normal animals (all P < 0.001, NOR vs FDM, at 2, 4, 6 w, Fig. 1c). In contrast, the corneal curvature of the right eye did not change significantly at any time point following FDM induction (all P > 0.05, NOR vs FDM, at 2, 4, 6 w, Fig. 1e)./p> 1) was set as the only criterion for differentially expressed genes (DEGs). Compared to the normal controls, 114 and 147 DEGs were identified in the FDM and LIM groups, respectively, whereas 112 DEGs were found when the 2 myopic groups were compared with each other (Fig. 2a). Thereafter, both fold change and statistical significance (log2 |fold change|> 1 and P < 0.05) were set as the criteria, and the expression patterns of the top 25 DEGs were displayed by a heatmap of hierarchical clustering analysis (Fig. 2b). Moreover, volcano plots showed 38 DEGs between the LIM and normal groups, among which 24 were upregulated and 14 were downregulated (Fig. 2c); 26 DEGs between the FDM and normal groups, of which 23 were upregulated and 3 were downregulated (Fig. 2d); and 38 DEGs between the LIM and FDM groups, of which 16 were upregulated and 22 were downregulated (Fig. 2e). It is worth mentioning that the Coch gene, encoding the cochlin protein, ranked 1st among the top 10 DEGs between the FDM and normal groups, with its protein abundance in FDM being 3.78-fold greater than that in normal controls (Supplementary Table 1). In addition, cochlin protein expression was also upregulated in the LIM model compared with normal controls (Fig. 2c), and its trend of expression paralleled the myopia severity among the experimental groups (Figs. 1a, b and 2c, d). Therefore, cochlin was selected as the potential molecular cue in the retina for expression validation./p> 0.05, Normal vs SFRP-1 + WAY, Normal vs SFRP-1 + Wnt3a, Fig. 5d, e) but not by DMSO and PBS (both P < 0.05, normal vs SFRP-1 + DMSO, normal vs SFRP-1 + PBS; SFRP-1 + WAY vs SFRP-1 + DMSO; P < 0.001, SFRP-1 + Wnt3a vs SFRP-1 + PBS, Fig. 5d, e). The CM of cochlin-treated ARPE-19 cells had comparable effects on RF-6A cells (Supplementary Fig. 3d, e)./p>

0.05, FDM vs shRNA, FDM vs WAY 316606 for 1 w, Fig. 6b). At 6 w following the induction, compared to the normal controls, the AL in the FDM group extended 102.71% (P < 0.001, FDM vs NOR for 6 w, Fig. 6b), which was precluded by intravitreal administration of either the shRNA or WAY 316606 (P < 0.05, FDM vs shRNA, FDM vs WAY 316606 for 6 w, Fig. 6b). When the bilateral AL differences were used for analysis, the trends and statistical significance among the experimental groups were comparable to those using the data of the right eyes (Fig. 6d)./p> 0.05, FDM vs Scr at 1 w and 6 w, FDM vs DMSO at 1 w and 6 w; P < 0.01, shRNA vs Scr at 1 w; all P < 0.001, shRNA vs Scr at 6 w, WAY vs DMSO at 1 w and 6 w; Fig. 6g, h)./p> 0.05, Fig. 7h, l)./p>

1./p>