網膜神経節細胞の発現とONバイポーラ細胞ターゲティングとの間のAAV媒介のオプトジェニック視力回復の比較

Comparison of AAV-Mediated Optogenetic Vision Restoration between Retinal Ganglion Cell Expression and ON Bipolar Cell Targeting.

• Qi Lu
• Tushar H Ganjawala
• Andrea Krstevski
• Gary W Abrams
• Zhuo-Hua Pan

抄録

網膜変性疾患患者の光受容体の喪失は、部分的または完全な失明につながる。光遺伝学的治療は、失明者の視力を回復させるための有望なアプローチである。遺伝的にコードされた光センサー、特にチャネルロドプシンを、動物モデルで生き残った網膜ニューロンに標的にすることにより、複数の戦略が採用されてきた。特に、網膜双極細胞を標的とする戦略は、一般的に、網膜神経節細胞におけるユビキタス発現よりも良好な視力をもたらすと期待されてきた。しかし、これら2つの戦略の間でチャネルロドプシンが回復した視力を直接比較することは行われていませんでした。ここでは、盲目マウスモデルにおいて、アデノ随伴ウイルス（AAV）を介したチャネルロドプシンのON型双極細胞および網膜神経節細胞における発現を、それぞれ改良型mGluR6プロモーターおよびCAGプロモーターにより駆動した場合の電気生理学的記録および行動評価を行い、回復した視覚機能を比較した。その結果、ユビキタス網膜神経節細胞を発現させた場合には、ON型双極細胞を標的とした戦略に比べて、光感受性と視力に基づく視力回復効果がはるかに高いことが判明した。本研究は、少なくとも現在利用可能な遺伝子導入技術に基づいて、網膜神経節細胞における遺伝的にコードされた光センサーの発現が、視機能回復のための実用的で有利な戦略である可能性を示唆している。

The loss of photoreceptors in individuals with retinal degenerative diseases leads to partial or complete blindness. Optogenetic therapy is a promising approach for restoring vision to the blind. Multiple strategies have been employed by targeting genetically encoded light sensors, particularly channelrhodopsins, to surviving retinal neurons in animal models. In particular, the strategy of targeting retinal bipolar cells has commonly been expected to result in better vision than ubiquitous expression in retinal ganglion cells. However, a direct comparison of the channelrhodopsin-restored vision between these two strategies has not been performed. Here, we compared the restored visual functions achieved by adeno-associated virus (AAV)-mediated expression of a channelrhodopsin in ON-type bipolar cells and retinal ganglion cells driven by an improved mGluR6 promoter and a CAG promoter, respectively, in a blind mouse model by performing electrophysiological recordings and behavioral assessments. Unexpectedly, the efficacy of the restored vision based on light sensitivity and visual acuity was much higher following ubiquitous retinal ganglion cell expression than that of the strategy targeting ON-type bipolar cells. Our study suggests that, at least based on currently available gene delivery techniques, the expression of genetically encoded light sensors in retinal ganglion cells is likely a practical and advantageous strategy for optogenetic vision restoration.

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