Книга История зрения: путь от светочувствительности до глаза - Вадим Бондарь

Ген PAX6 оказался консервативным[8]: он был обнаружен у мух дрозофил, осьминогов и мышей, а схожие с ним гены у более древних животных, например медуз, выполняли похожие функции. У всех представителей животного мира ген PAX6 регулирует развитие глаза. Такая его консервативность указывает на то, что наши глаза имеют общих предков, которые миллионы лет назад выглядели совсем по-другому. Кроме того, эти предки дали жизнь потомкам, значительно отличающимся от нас. Этот ген возник очень давно – до образования современных классов живых существ.

Рис. 8. Глаз пациента с врожденной аниридией. Видно отсутствие радужки, хрусталик висит на связках, кусочки радужки – по краю

Головоногие (осьминоги) имеют пять вариантов гена PAX6, которых нет у позвоночных. Это говорит о том, что глаза позвоночных и головоногих в какой-то точке временной шкалы имели общих предков, но потом судьба разделила их. Когда и в какой последовательности это произошло, вопрос до сих пор неоднозначный.

У животных очень много общего. Все светочувствительные органы объединяют опсины – белковые комплексы, принимающие участие в формировании клеточного сигнала в ответ на попадание на них света. Опсины принадлежат к семейству фоточувствительных белков и делятся на девять групп, все они существуют сейчас в природе у различных животных. Структурная общность опсинов указывает на то, что они имеют общего предка, который в процессе эволюции менялся так, что появились разные оспины с разными функциями.

Наследство очень далекой бабушки

Ген PAX6

PAX6 – ген, ответственный за большинство случаев врожденной аниридии. Это состояние, при котором с рождения отсутствует радужка.

В норме она образует зрачок, его сокращение регулирует поток света в глаз и уменьшает световые аберрации, что делает видимое изображение четче. Кроме того, радужка отвечает за цвет глаз. Родители не сразу замечают, что у новорожденного ребенка нет радужки, и сначала обращают внимание на неестественное движение глаз – нистагмы, на задержку слежения, на то, что глазки необычно черного цвета, и только потом – на аниридию.

PAX6 регулирует работу других генов и работает во многих органах и тканях.

Большинство случаев аниридии – вновь возникающие. PАХ6 – один из самых известных консервативных генов. Кроме глаз его активность замечена в других органах. По-видимому, для нормального развития глаза необходимо, чтобы две копии гена PAX6 были рабочими. При мутации только в одном из генов развивается полная клиническая картина врожденной аниридии. Случаи мутации в двух генах сразу не описаны, возможно, из-за того, что такой плод не развивается и беременность просто невозможна. Нормальная работа гена PAX6 необходима для того, чтобы глаз был сформирован как положено во время эмбриогенеза. После рождения ген PAX6 также принимает важное участие в работе глаза и других органов, поэтому при мутации этого гена могут возникать новые проявления патологии, кроме тех, которые уже есть на момент рождения.

Роговица

Роговица – передняя прозрачная оболочка глаза – один из важных органов, который поражается при врожденной аниридии. Такое поражение роговицы офтальмологи называют кератопатией. Само слово «кератопатия» не уточняет, какая именно патология роговицы имеется. Обычно так называют любую невоспалительную патологию роговицы, как правило, генетической природы. Кератопатию при аниридии часто называют ассоциированной с аниридией. Этот пример интересен для обсуждения строения и регенерации роговицы в норме. Его будет полезно вспомнить, когда коснемся темы стволовых клеток в главе «Офтальмология будущего».

Роговица покрыта слоем клеток – эпителием, он покрывает органы снаружи (например, есть эпителий кожи, кишечника и т. д.). Эпителиальные клетки выполняют разные функции в организме человека и потому отличаются друг от друга. Роговичный эпителий состоит из нескольких слоев, он гладок, прозрачен, в меру непроницаем и прочен. Это очень активно живущий слой роговицы, постоянно обновляющийся. Поверхностные клетки отмирают, а новые, из глубоких слоев, начинают активно делиться, чтобы вовремя заполнять брешь. У человека продолжительность жизни клетки эпителия роговицы составляет примерно 10 дней. Самый край роговицы – лимб, здесь находится зона, где делятся полипотентные клетки. Из них потом формируются клетки роговицы и создается запас необходимых стволовых клеток, которые могут понадобиться при ускоренном клеточном обновлении.

Кератопатия при аниридии выражается в том, что в зоне лимба не образуется достаточное количество стволовых клеток, которые могут восполнять естественную и неестественную потерю клеток. В результате постепенно накапливаются повреждения: сначала появляются едва заметные изменения эпителия роговицы, а в дальнейшем они могут перерастать в грубые изменения ее структуры. Это связано с тем, что для полноценного формирования стволовых клеток лимбального эпителия необходимо нормальное функционирование гена PAX6. При его недостаточности не происходит нормальной дифференциации кератоцитов.

В начальной стадии кератопатии изменения в роговице едва заметны или, возможно, не видны совсем. Однако они могут какое-то время не давать видимой картины. Особенно их сложно заметить, если осмотр ребенка затруднен.

При аниридии можно встретить сосуды врожденной кровеносной системы на поверхности хрусталика.

Нарушение дифференциации клеток приводит к тому, что меняется само окружение для вновь создаваемого эпителия роговицы, и структура его уже такова, что нарастание нормального эпителия почти невозможно. Так происходит, если кератопатия продолжает прогрессировать – примером служит последняя иллюстрация.

Рис. 9. Инфракрасная фотография глаза пациента с врожденной аниридией. Виден очень тонкий, едва заметный при осмотре, частокол из сосудов по краю роговицы – проявление кератопатии при врожденной аниридии

Рис. 10. Язва роговицы у взрослой женщины с врожденной аниридией на фоне кератопатии (помутнение роговицы глаза)

PAX6 в кинематографе

В этой книге постоянно идет речь о гене PAX6. Интересно, что он упоминается как ключевой в развитии зрения в художественном фильме «Я начало» (I Origins. USA, 2014). В фильме не столько важна биологическая точность, сколько художественный замысел, чтобы зрителя не отпускал действительно интересный сюжет.