Blue-light Induces the Selective Cell Death of Photoreceptors in Mouse Retina

Purpose: The study was conducted to determine that photoreceptors of mouse having pigment in RPE(retinal pigment epithelium) can be damaged by blue-light and apoptosis of specific cells among photoreceptors are induced by blue-light, and to assist the investigation of AMD(Age-related macular degeneration) mechanisms and development of AMD drugs. Methods: C57Black mice were injured by irradiating $2800{\pm}10lux$ of 463 nm LED for 6 hours after 24 hours dark adaptation and eyes were enucleated 1, 3, 7 days. Damage of retina induced by blue-light was determined by western blotting GFAP(Glial fibrillary acidic protein) expression. In the light-injured retina, cell death of photoreceptors was determined by TUNEL(Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling) assay. ERK(Extracellular signal-regulated kinases), JNK, and SRC(sarcoma) expression were assessed by western blotting to determine regulated pathway. Blue light-injured retina were immunostained with antibodies against Opsin and Rhodopsin as markers of photoreceptors to compared the damage cone cells with rod cells. Results: After 1, 3 and 7 days from exposure to blue-light, thickness of retina was more decreased than control, and more decreased at nuclear layer than at outer plexiform layer and GFAP expression was increased day 1 after blue-light injured. While phosphorylated ERK and SRC protein expressions at day 1 were increased after blue-light injured, phosphorylated c-JUN was decreased. Fluorescence intensity analysis showed that markers of cone and rod cells were decreased after blue-light injured and Opsin was more decreased than Rhodopsin. Conclusions: The study suggests possibilities that the blue-light promotes retinal damage and causes apoptotic cell death via ERK and SRC pathway in mouse retina, and blue-light retinal damage is more induced cone cells apoptosis than rod cells directly.

청색광에 의한 마우스 망막손상에서 선택적 광수용세포의 사멸

목적: 본 연구는 망막색소상피층에 색소가 존재하는 mouse에서 청색광으로 인해 광수용세포 손상이 일어날 수 있는지 확인하고, 광수용세포 중 특이적 세포에서 세포사멸이 유도되는지 조사하여 청색광에 의해 야기될 수 있는 연령관련 황반변성의 기전 규명과 치료제 개발에 도움이 되고자 진행되었다. 방법: C57black mice를 24시간 암순응 시켜 463 nm의 청색광을 $2800{\pm}10lux$로 조사한 후 1일, 3일, 7일째에 안구를 적출하였다. 청색광의 자극은 GFAP(Glial fibrillary acidic protein)단백질의 발현을 이용하여 확인하였고, 광수용세포의 세포사멸은 TUNEL(Terminal deoxynucleotidyl transferase dUTP nick end labeling)을 사용하여 분석하였다. Western blotting으로 ERK(Extracellular signal-regulated kinases), c-JUN, SRC(Sarcoma) 단백질 발현을 확인하였고, 막대세포와 원뿔세포의 손상 정도를 비교하기 위해 면역염색으로 분석하였다. 결과: 청색광을 조사한 후 1, 3, 7일이 지난 망막은 대조군 보다 전체적으로 두께가 감소하였고, 각 얼기층보다 핵층에서 두께 감소를 확인할 수 있었다. 또한 청색광을 조사한 후 1일 지난 Muller glia에서 GFAP 단백질이 증가하는 것을 확인하였다. TUNEL 염색에서는 청색광을 조사한 후 1일 지난 망막의 광수용세포에서 가장 많은 발현을 보였다. 세포사멸 기전 과정 중 하나임을 확인하기 위해 ERK, c-JUN, SRC 단백질 활성을 확인한 결과 청색광을 조사한 망막에서 phosphorylated ERK는 증가하였고 phosphorylated SRC는 조사 후 1일에서만 증가를 나타내었으며, 반대로 phosphorylated c-JUN은 조사 후 1일에서만 감소하였다. 청색광을 조사한 망막에서 막대세포 발색단인 로돕신과 원뿔세포의 발색단인 옵신이 감소하였으며, 옵신의 감소량은 로돕신의 감소량보다 큰 것을 확인하였다. 결론: 본 연구는 청색광이 망막에 손상자극을 주고, ERK와 SRC 신호전달과 관련하여 광수용세포의 세포사멸을 일으킬 수 있으며 청색광이 광수용세포 중 원뿔세포의 세포사멸을 직접적으로 유도하여 망막 손상을 야기할 수 있다는 가능성을 제시하였다.