Retrograad getransporteerde factoren als nieuwe neuroprotectieve strategie in glaucoom

Eén van onze meest waardevolle zintuigen, het zicht, is het eindresultaat van een opmerkelijk samenspel tussen onze ogen en hersenen. Schade aan de connectie die beide structuren verbindt—i.e., de oogzenuw—leidt tot verlies van het gezichtsvermogen. Oogziekten die gekenmerkt worden door een beschadiging van de oogzenuw worden gegroepeerd onder de term “optische neuropathieën”, waarvan glaucoom een gekend voorbeeld is. Glaucoom is de meest voorkomende oorzaak van onomkeerbare blindheid en helaas is er nog steeds een enorme vraag naar nieuwe glaucoomtherapieën. De doeltreffendheid van de huidige therapieën is eerder laag omdat deze gericht zijn op een symptomatische verlichting, maar de onderliggende oorzaak niet behandelen, i.e., het verlies van retinale ganglion cellen (RGC’s). Ondanks jaren van uitgebreid onderzoek is er nog steeds geen klinische vooruitgang van nieuwe glaucoomtherapieën. De reden hiervoor is op zijn minst tweeledig: er is momenteel geen krachtig preklinisch glaucoommodel en ten tweede, de pathofysiologie is nog niet volledig gekarakteriseerd. Glaucoom wordt gecategoriseerd als een multifactoriële ziekte, waarbij verschillende pathologische mechanismen parallel lopen, of samenwerken. De initiële oorzaak, alsook de opeenvolging en wisselwerking tussen de verschillende pathologische factoren staan nog steeds ter discussie.

In dit doctoraatsproefschrift trachtten we beide hindernissen in het glaucoomonderzoek te verbeteren door (i) het optimaliseren en karakteriseren van een wijdverspreid experimenteel glaucoommodel—i.e., het microbead occlusiemodel—en (ii) het ontrafelen van de moleculaire handtekening die aan de basis ligt van een bekende theorie die de glaucoompathologie tracht te verklaren—i.e., de neurotrofe factor deprivatietheorie. Deze theorie stelt dat RGC’s niet beschermd zijn tegen apoptose in glaucoom door een verstoord retrograad transport van target-derived neurotrofe factoren. We toonden eerder aan dat RGC neuroprotectie kon worden bereikt door de activiteit van target neuronen te verhogen via optogenetica in een acuut glaucoommodel. Om de translationele waarde van deze bevindingen te verhogen, optimaliseerden we een chronischere proefopzet door optogenetica te vervangen door chemogenetica en het acute glaucoommodel door een meer chronisch en mild model. Het microbead occlusiemodel induceert een mild fenotype, wat zeer goed de pathologie in patiënten nabootst, maar helaas ook proof-of-concept drug studies compliceert. We focusten ons daarom op de evaluatie van een aantal benaderingen om dit te verbeteren. Noch protocol aanpassingen, noch het gebruik van verschillende muisstammen konden de omvang van RGC verlies verbeteren, al bleek de beoordeling van RGC schade en toekomstige neuroprotectie wel makkelijker na een verfijning van evaluatie-instrumenten. Wij stellen dan ook voor om dieptemetingen van de voorste kamer en scotopic threshold result metingen toe te voegen aan het repertoire van evaluatie-instrumenten om modelinductie en ziekteprogressie zeer eenvoudig en efficiënt te beoordelen in vivo. Daarnaast toonden we aan dat een analyse van de dendrietenboom of het gebruik van onze nieuw ontwikkelde geautomatiseerde deep learning tool (RGCode) ook twee waardevolle post-mortem analyses zijn in glaucoomonderzoek.

Omdat glaucoom een chronische ziekte is, kozen we ervoor om de chemogenetische DREADD (Designer Receptors Exclusively Activated by Designer Drugs) platform te optimaliseren voor het chronisch, in vivo gebruik in het retinocolliculair systeem en voerden we een bulk RNA-sequencing studie uit op colliculaire, chronisch DREADD-gestimuleerde lysaten en geïsoleerde RGC’s van dezelfde glaucomateuze muizen om de moleculaire onderbouw te evalueren in onze proefopzet. De transcriptoomanalyse bevestigde de voorspelde pro-survival stimulans van chemogenetische activatie in de gestimuleerde superior colliculus, evenals in de niet-gestimuleerde projecterende RGC’s. Verrassend genoeg resulteerde deze pro-survival stimulans echter niet in een verbeterde gezondheid van de RGC’s, ondanks dat de overeenstemming met eerdere onderzoeksresultaten en voorspellingen in verband met neuroprotectie. Onze resultaten vormen dan ook een waardevolle waarschuwing dat zowel chronische chemogenetica als de signalering van groeifactoren zeer complex is, met vele invalshoeken die overwogen moeten worden. Ter conclusie, wij stellen in dit proefschrift een aantal methodologische wijzigingen voor om het gebruik van het microbead occlusiemodel in glaucoomonderzoek te stimuleren; alsook een aantal moleculaire aanwijzingen betreffende de neurotrofe factor deprivatietheorie. We hopen dat deze resultaten gedeeltelijk helpen bij het overbruggen van de kloof tussen preklinisch en klinisch glaucoom onderzoek en bijdragen aan neurodegeneratief onderzoek.