Сетчатка глаза — настоящий энергетический вампир для организма. Во многом это связано с работой фоторецепторов — особых клеток, которые улавливают свет и передают зрительную информацию в мозг. Гибель этих клеток приводит к потере зрения при многих болезнях сетчатки, и пока нет по-настоящему эффективных методов их спасти.

Исследователи из Мичиганского университета решили разобраться, насколько фоторецепторы зависят от аминокислоты глутамина. Их работа, опубликованная в журнале eLife, показала: чтобы эти клетки оставались здоровыми, очень важно поддерживать баланс аминокислот.

Почему это так важно? Фоторецепторы потребляют уйму энергии, поэтому даже небольшие сбои в их метаболизме для них фатальны. Раньше ученые в основном изучали глюкозу как главный источник энергии для этих клеток. Сейчас даже идет клиническое испытание терапии, построенной на этой зависимости, для пациентов с дегенерацией сетчатки.

Фоторецепторы — одни из самых «прожорливых» клеток в теле. Мы задумались: может быть, им нужно что-то еще, кроме глюкозы? — говорит Томас Вуббен, доктор медицины и философии, доцент офтальмологии и визуальных наук. — Мы взяли глутамин, потому что это самая распространенная аминокислота в крови.

Что делает глутамин в клетке? Он служит сырьем для множества процессов:

• Помогает создавать другие аминокислоты, например, глутамат и аспартат.
• Участвует в производстве белков и ДНК.

Чтобы проверить роль глутамина, ученые взяли мышей, у которых не было фермента глутаминазы. Этот фермент расщепляет глутамин до глутамата. Сравнив их с обычными мышами, исследователи увидели разницу: у мышей без глутаминазы сетчатка быстро истончалась, фоторецепторы гибли и переставали работать.

Чтобы понять причину, команда измерила уровни разных молекул у обеих групп мышей. Оказалось, что у мышей без фермента было меньше глутамата и аспартата. А без этих аминокислот клетки не могут строить белки, необходимые для работы фоторецепторов.

Более того, снижение уровня аминокислот запускало в клетках комплексную стрессовую реакцию. Если она работает слишком долго, это неизбежно ведет к гибели клетки. Когда ученые подавили эту реакцию, толщина сетчатки у мышей увеличилась.

Сейчас мы хотим понять, какие именно пути зависят от глутамина и можно ли на них влиять с помощью лекарств или добавок, — объясняет Вуббен. — Превращение глутамина в глутамат нарушено в моделях человеческих болезней сетчатки. Вполне возможно, что если мы сможем «перенастроить» метаболизм, это поможет сохранить зрение и избежать слепоты.

Реальная польза этого исследования — в смене парадигмы. Вместо узкого фокуса на глюкозе мы получаем более полную картину метаболических потребностей фоторецепторов. Это открывает новые мишени для терапии. Например, можно разрабатывать:

1. Нейропротекторные препараты, которые будут поддерживать баланс аминокислот в сетчатке.
2. Пищевые добавки или специализированное питание для пациентов из групп риска.
3. Комбинированные терапии, воздействующие и на глюкозный, и на аминокислотный обмен одновременно, что может повысить эффективность лечения дегенеративных заболеваний сетчатки.

Основное слабое место исследования — его проведение на модели генетически модифицированных мышей с полным отсутствием одного фермента. В реальных человеческих болезнях, таких как возрастная макулодистрофия или пигментный ретинит, метаболические нарушения обычно менее радикальны и развиваются годами. Не факт, что столь же драматический эффект будет наблюдаться при частичном дефиците глутаминазы или на поздних стадиях заболевания. Необходимы исследования на других, более близких к человеку моделях.

Ранее ученые нашли у бактерий фоторецептор, ответственный за цветное зрение.