RU2787071C2 - Compositions and methods for improvement of visual function - Google Patents

Compositions and methods for improvement of visual function Download PDF

Info

Publication number
RU2787071C2
RU2787071C2 RU2020119546A RU2020119546A RU2787071C2 RU 2787071 C2 RU2787071 C2 RU 2787071C2 RU 2020119546 A RU2020119546 A RU 2020119546A RU 2020119546 A RU2020119546 A RU 2020119546A RU 2787071 C2 RU2787071 C2 RU 2787071C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
opsin
promoter
light
retinal
amino acid
Prior art date
Application number
RU2020119546A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2020119546A (en
RU2020119546A3 (en
Inventor
Эхуд Й. ИСАКОФФ
Original Assignee
Те Риджентс Оф Те Юниверсити Оф Калифорния
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Те Риджентс Оф Те Юниверсити Оф Калифорния filed Critical Те Риджентс Оф Те Юниверсити Оф Калифорния
Priority claimed from PCT/US2018/060669 external-priority patent/WO2019094904A1/en
Publication of RU2020119546A publication Critical patent/RU2020119546A/en
Publication of RU2020119546A3 publication Critical patent/RU2020119546A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2787071C2 publication Critical patent/RU2787071C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: medicine; ophthalmology.
SUBSTANCE: invention relates to medicine, namely to ophthalmology; it can be used for restoration or improvement of a visual function in an individual with retinal degeneration. The method includes administration to the individual of at least one recombinant expression vector containing one or several of: i) a nucleotide sequence encoding MW-opsin; ii) a nucleotide sequence encoding LW-opsin; and iii) a nucleotide sequence encoding SW-opsin, where the specified nucleotide sequence is functionally connected to a promotor other than an opsin promotor, and it is expressed in a retinal cell in the individual, which is a retinal ganglion cell, an amacrine cell, a horizontal cell, or a bipolar cell.
EFFECT: method provides restoration or improvement of a visual function in an individual due to expression of the specified nucleic acid in retinal cells of this individual.
22 cl, 22 dwg, 1 ex

Description

Настоящая заявка испрашивает приоритет по предварительной заявке на патент США № 62/585237, поданной 13 ноября 2017 года, предварительной заявке на патент США № 62/589476, поданной 21 ноября 2017 года, и предварительной заявке на патент США № 62/641783, поданной 12 марта 2018 года, каждая из данных заявок включена в настоящий документ посредством ссылки во всей своей полноте.This application claims priority over U.S. Provisional Application No. 62/585,237 filed November 13, 2017, U.S. Provisional Application No. 62/589,476 filed November 21, 2017, and U.S. Provisional Application No. 62/641,783 filed November 12 March 2018, each of these applications is incorporated herein by reference in its entirety.

Заявление об исследовании, финансируемом из федерального бюджетаFederally funded research statement

Настоящее изобретение было выполнено при государственной поддержке в соответствии с EY018241, присужденным Национальными институтами здравоохранения. Правительство имеет определенные права на настоящее изобретение. The present invention was made with government support in accordance with EY018241 awarded by the National Institutes of Health. The government has certain rights to the present invention.

ВведениеIntroduction

Наследственные и связанные с возрастом дегенеративные заболевания сетчатки вызывают прогрессирующую потерю фоторецепторов палочек и колбочек, что приводит к полной слепоте. Несмотря на потерю чувствительных к свету клеток, необходимых для зрения, нижестоящие нейроны внутренней сетчатки выживают в функциональном состоянии, обеспечивая цель для оптогенетической терапии. На сегодняшний день, оптогенетические подходы столкнулись с определенными ограничениями, включая: а) очень низкую светочувствительность бактериальных опсинов и химически сконструированных рецепторов млекопитающих; b) очень медленную кинетику в опсинах сетчатки; и c) отсутствие механизмов адаптации, обеспечивающих естественное зрение с высокой чувствительностью в очень широком диапазоне уровней окружающего освещения.Hereditary and age-related degenerative diseases of the retina cause a progressive loss of rod and cone photoreceptors, leading to total blindness. Despite the loss of light-sensitive cells essential for vision, downstream neurons of the inner retina survive in a functional state, providing a target for optogenetic therapy. To date, optogenetic approaches have faced certain limitations, including: a) the very low photosensitivity of bacterial opsins and chemically engineered mammalian receptors; b) very slow kinetics in retinal opsins; and c) the lack of adaptation mechanisms to provide natural vision with high sensitivity over a very wide range of ambient light levels.

В данной области техники существует потребность в улучшенных подходах оптогенетики к лечению нарушений зрения.There is a need in the art for improved optogenetics approaches to the treatment of visual impairment.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В настоящем изобретении предложен способ восстановления или улучшения зрительной функции у индивидуума, причем способ включает введение индивидууму нуклеиновой кислоты, содержащей нуклеотидную последовательность, кодирующую один или более средневолновых конопсинов (MW-опсин), длинноволновых конопсинов (LW-опсин) и коротковолновых конопсинов (SW-опсин). Один или более из MW-опсина, LW-опсина и SW-опсина экспрессируется в клетке сетчатки у индивидуума, тем самым восстанавливая или улучшая зрительную функцию.The present invention provides a method for restoring or improving visual function in an individual, the method comprising administering to the individual a nucleic acid comprising a nucleotide sequence encoding one or more medium wavelength conopsins (MW-opsin), long wavelength conopsins (LW-opsin), and short wavelength conopsins (SW-opsin). opsin). One or more of MW opsin, LW opsin and SW opsin is expressed in a retinal cell in an individual, thereby restoring or improving visual function.

Краткое описание графических материаловBrief description of graphic materials

На фиг. 1А-1С продемонстрировано, что активация светом MW-опсина или родопсина активирует каналы GIRK для получения внутреннего фототока при отрицательных исходных потенциалах в высоком уровне внешнего калия.In FIG. 1A-1C demonstrate that light activation of MW-opsin or rhodopsin activates GIRK channels to generate internal photocurrent at negative initial potentials in high external potassium.

На фиг. 2A-2G продемонстрирована экспрессия белка и световые отклики в сетчатке, выделенной от мышей rd1, чьи палочки и колбочки дегенерировали. Продемонстрирована экспрессия MW-опсина в клетках сетчатки (фиг. 2A-2D), и продемонстрированы вызванные светом отклики, которые опосредованы MW-опсином (фиг. 2E-2G).In FIG. 2A-2G demonstrate protein expression and light responses in retinas isolated from rd1 mice whose rods and cones have degenerated. Demonstrated expression of MW-opsin in retinal cells (Fig. 2A-2D), and demonstrated light-induced responses that are mediated by MW-opsin (Fig. 2E-2G).

На фиг. 3A-3G изображено время светового отклика, размер и высокая чувствительность MW-опсина или родопсина в клетках сетчатки, выделенных от слепых мышей rd1.In FIG. 3A-3G depict the light response time, size, and high sensitivity of MW-opsin or rhodopsin in retinal cells isolated from blind rd1 mice.

На фиг. 4A-4I продемонстрированы поведенческие тесты, демонстрирующие одинаковую способность отличать свет от темноты, опосредованной MW-опсином и родопсином, в клетках сетчатки мышей rd1 (фиг. 4A-4C), но только MW-опсин позволяет животным различать мигающий и постоянный свет (фиг. 4D-4E), или различные световые пространственные паттерны (фиг. 4F-4G). MW-опсин также поддерживает дифференциацию линий на уровне массы между параллельными линиями с разным интервалом, которые отображаются как неподвижные изображения или в движении (фиг. 4H-4I).In FIG. 4A-4I show behavioral tests demonstrating the same MW-opsin and rhodopsin mediated light-to-dark ability in mouse rd1 retinal cells (FIGS. 4A-4C), but only MW-opsin allows animals to distinguish between flashing and steady light (Fig. 4D-4E), or various light spatial patterns (FIGS. 4F-4G). The MW opsin also supports line differentiation at the mass level between parallel lines at different intervals, which are displayed as still images or in motion (FIGS. 4H-4I).

На фиг. 5A-5F изображена опосредованная MW-опсином адаптация к свету у мышей rd1: в записях MEA на выделенной сетчатке (фиг. 5A-5C) и зрительно-опосредованное поведение (фиг. 5D-5F).In FIG. 5A-5F depict MW-opsin-mediated light adaptation in rd1 mice: in MEA recordings on exposed retina (FIGS. 5A-5C) and visually mediated behavior (FIGS. 5D-5F).

На фиг. 6 изображены поведенческие тесты, демонстрирующие восстановление способности различать параллельные линии на расстоянии 1 vs 6 см посредством MW-опсина, LW-опсина и SW-опсина.In FIG. 6 depicts behavioral tests demonstrating the restoration of the ability to distinguish between parallel lines at a distance of 1 vs 6 cm with MW opsin, LW opsin and SW opsin.

На фиг. 7 изображен пороговый отклик оптогенетических систем в слепых сетчатках по сравнению с нормальным зрением.In FIG. 7 depicts the threshold response of optogenetic systems in blind retinas compared to normal vision.

На фиг. 8А-8Е изображены зависимые от интенсивности кинетические отклики, опосредованные MW-опсином.In FIG. 8A-8E depict intensity dependent kinetic responses mediated by MW opsin.

На фиг. 9A-9G изображено поведение избегания света и наученного поведения распознавания паттернов.In FIG. 9A-9G depict light avoidance behavior and learned pattern recognition behavior.

На фиг. 10A-10G изображена адаптация к свету у мышей с удаленной сетчаткой и поведенческих мышей.In FIG. 10A-10G depict light adaptation in retinal and behavioral mice.

На фиг. 11 представлена таблица 1, в которой показана статистическая значимость избегания света и наученного зрительно-опосредованного поведения.In FIG. 11 is Table 1, which shows the statistical significance of light avoidance and learned visually mediated behavior.

На фиг. 12A-12B изображено выравнивание аминокислотных последовательностей SW-опсина человека (SEQ ID NO: 5) и SW-опсина мыши (SEQ ID NO: 6), а также приведен пример аминокислотной последовательности химерного SW-опсина человека/мыши (SEQ ID NO: 7). Трансмембранные (TM) домены SW-опсина человека и химерный SW-опсин человека/мыши подчеркнуты; внутриклеточные домены SW-опсина мыши и химерного SW-опсина человека/мыши подчеркнуты дважды. In FIG. 12A-12B depict an amino acid sequence alignment of a human SW opsin (SEQ ID NO: 5) and a mouse SW opsin (SEQ ID NO: 6), and an exemplary amino acid sequence of a chimeric human/mouse SW opsin (SEQ ID NO: 7). ). The transmembrane (TM) domains of the human SW opsin and the chimeric human/mouse SW opsin are underlined; intracellular domains of mouse SW opsin and chimeric human/mouse SW opsin are double underlined.

На фиг. 13A-13L изображено восстановление зрительно-опосредованного поведения с помощью MW-опсина.In FIG. 13A-13L depict the restoration of visually mediated behavior with MW opsin.

На фиг. 14А-14В изображена экспрессия MW-опсина в сетчатке мыши rd1.In FIG. 14A-14B depict MW-opsin expression in the rd1 mouse retina.

На фиг. 15А-15В изображена экспрессия родопсина в сетчатке мыши rd1.In FIG. 15A-15B depict rhodopsin expression in the rd1 mouse retina.

На фиг. 16A-16D изображена эффективность трансдукции MW-опсина в сетчатке rd1.In FIG. 16A-16D depict the transduction efficiency of MW-opsin in rd1 retina.

На фиг. 17A-17D изображена характеристика медленного компонента светового отклика в сетчатке rd1, экспрессирующей MW-опсин.In FIG. 17A-17D depict the characterization of the slow component of the light response in rd1 retina expressing MW opsin.

На фиг. 18A-18C изображено обнаружение контраста в выделенной сетчатке мыши, экспрессирующей MW-опсин мыши rd1.In FIG. 18A-18C depict contrast detection in isolated mouse retina expressing mouse MW opsin rd1.

На фиг. 19А-19Е изображен световой отклик in vivo в V1 мыши rd1, экспрессирующей MW-опсин. In FIG. 19A-19E depict the in vivo light response in a V1 mouse rd1 expressing MW opsin.

На фиг. 20А-20В изображено обнаружение контраста in vivo у мышей rd1, экспрессирующих MW-опсин.In FIG. 20A-20B depict in vivo contrast detection in rd1 mice expressing MW-opsin.

На фиг. 21A-21C изображены временные свойства откликов V1 in vivo у мышей rd1, экспрессирующих MW-опсин.In FIG. 21A-21C depict the temporal properties of in vivo V1 responses in rd1 mice expressing MW opsin.

На фиг. 22A-22B изображены предпочтения местоположения в заданиях на различение.In FIG. 22A-22B depict location preferences in discrimination tasks.

ОпределенияDefinitions

Термин «клетка сетчатки» может относиться в данном документе к любому из типов клеток, которые составляют сетчатку, таким как ганглиозные клетки сетчатки; амакринные клетки; горизонтальные клетки; биполярные клетки; и фоторецепторные клетки, включая палочки и колбочки.The term "retinal cell" may refer herein to any of the types of cells that make up the retina, such as retinal ganglion cells; amacrine cells; horizontal cells; bipolar cells; and photoreceptor cells, including rods and cones.

«Функционально связанный» относится к сопоставлению генетических элементов, при этом элементы находятся во взаимосвязи, позволяющей им функционировать ожидаемым образом. Например, промотор функционально связан с кодирующей областью, если промотор способствует инициировать транскрипцию кодирующей последовательности. Между промотором и кодирующей областью могут присутствовать промежуточные остатки при условии сохранения этой функциональной взаимосвязи."Operably linked" refers to the matching of genetic elements, where the elements are in a relationship that allows them to function in the expected way. For example, a promoter is operably linked to a coding region if the promoter helps initiate transcription of the coding sequence. Intermediate residues may be present between the promoter and the coding region, as long as this functional relationship is maintained.

«Вектор экспрессии» представляет собой вектор, содержащий область, которая кодирует представляющий интерес полипептид, и используется для осуществления экспрессии белка в предполагаемой клетке-мишени. Вектор экспрессии также содержит контрольные элементы, функционально связанные с кодирующей областью для облегчения экспрессии белка в мишени. Комбинация контрольных элементов и гена, или генов, с которыми они функционально связаны для экспрессии, иногда упоминается как «экспрессионная кассета», большое количество которых известно и доступно в данной области техники, или может быть легко сконструировано из компонентов, доступных в данной области техники.An "expression vector" is a vector containing a region that encodes a polypeptide of interest and is used to effect expression of a protein in the intended target cell. The expression vector also contains control elements operably linked to the coding region to facilitate protein expression in the target. The combination of control elements and the gene or genes to which they are operably linked for expression is sometimes referred to as an "expression cassette", a large number of which are known and available in the art, or can be easily constructed from components available in the art.

Термины «лечение», «процесс лечения» и тому подобное, в контексте данного документа, относится к получению желаемого фармакологического и/или физиологического эффекта. Эффект может быть профилактическим с точки зрения полного или частичного предотвращения заболевания или его симптома, и/или может быть терапевтическим с точки зрения частичного или полного излечения от заболевания и/или неблагоприятного воздействия, связанного с заболеванием. «Лечение», в контексте данного документа, охватывает любое лечение заболевания у млекопитающего, в частности у человека, и включает: (a) предотвращение возникновения заболевания у субъекта, который может быть предрасположен к заболеванию или подвержен риску приобретения заболевания, но еще не был диагностирован как имеющий заболевание; (b) подавление заболевания, то есть прекращение его развития; (c) облегчение заболевания, то есть вызывание регрессии заболевания; и (d) восполнение утраченной функции в результате заболевания.The terms "treatment", "process of treatment" and the like, in the context of this document, refers to obtaining the desired pharmacological and/or physiological effect. The effect may be prophylactic in terms of completely or partially preventing a disease or symptom thereof, and/or may be therapeutic in terms of partially or completely curing a disease and/or an adverse effect associated with the disease. "Treatment", in the context of this document, covers any treatment of a disease in a mammal, in particular a human, and includes: (a) preventing the onset of the disease in a subject who may be predisposed to the disease or at risk of acquiring the disease, but has not yet been diagnosed as having a disease; (b) the suppression of the disease, that is, the cessation of its development; (c) alleviating the disease, ie causing regression of the disease; and (d) replacement of lost function as a result of the disease.

Термины «индивидуум», «хозяин», «субъект» и «пациент» используются в данном документе взаимозаменяемо и относятся к млекопитающему, включая, но не ограничиваясь этим, человека и приматов, включая обезьян и людей; спортивные животные (например, лошади, верблюды и т.д.); сельскохозяйственные животные (например, овцы, козы, коровы и т.д.); домашние животные (собаки, кошки и т.д.); и грызуны (например, мыши, крысы и т.д.). В некоторых случаях индивидуум представляет собой человека.The terms "individual", "host", "subject" and "patient" are used interchangeably herein and refer to a mammal, including, but not limited to, humans and primates, including monkeys and humans; sports animals (eg horses, camels, etc.); farm animals (eg sheep, goats, cows, etc.); pets (dogs, cats, etc.); and rodents (eg mice, rats, etc.). In some cases, the individual is a human.

Прежде чем настоящее изобретение будет дополнительно описано, следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено конкретными описанными вариантами осуществления, поскольку они, как таковые, могут изменяться. Также следует понимать, что используемая в настоящем документе терминология предназначена только для описания конкретных вариантов осуществления и не предназначена для ограничения, поскольку объем настоящего изобретения будет ограничен только прилагаемой формулой изобретения.Before the present invention is further described, it should be understood that the present invention is not limited to the particular embodiments described, as they may, as such, be varied. It should also be understood that the terminology used herein is only intended to describe specific embodiments and is not intended to be limiting, as the scope of the present invention will only be limited by the appended claims.

Когда предоставляется диапазон значений, подразумевается, что каждое промежуточное значение, с точностью до десятой доли нижнего предела, если контекст явно не предписывает иное, между верхним и нижним пределом этого диапазона и любым другим указанным или промежуточным значением в указанном диапазоне, находится в пределах настоящего изобретения. Верхний и нижний пределы этих меньших диапазонов могут быть независимо включены в меньшие диапазоны и также охватываться настоящим изобретением, с учетом любого специально исключенного предела в указанном диапазоне. Если указанный диапазон включает одно или оба из пределов, диапазоны, исключающие один или оба из этих включенных пределов, также включаются в настоящее изобретение.When a range of values is provided, each intermediate value, to the nearest tenth of the lower limit, unless the context clearly dictates otherwise, between the upper and lower limits of that range and any other specified or intermediate value within the specified range, is intended to be within the scope of the present invention. . The upper and lower limits of these smaller ranges may be independently included in the smaller ranges and are also covered by the present invention, subject to any specifically excluded limit in the specified range. If the specified range includes one or both of the limits, ranges excluding one or both of these included limits are also included in the present invention.

Если не указано иное, все технические и научные термины, используемые в данном документе, имеют то же значение, которое обычно понимают специалисты в области техники, к которой относится настоящее изобретение. Хотя любые способы и материалы, подобные или эквивалентные тем, которые описаны в данном документе, также могут быть использованы при практическом применении или испытании настоящего изобретения, предпочтительные способы и материалы описываются далее. Все публикации, упомянутые в данном документе, включены в него посредством ссылки для раскрытия и описания способов и/или материалов, в связи с которыми цитируются публикации.Unless otherwise indicated, all technical and scientific terms used herein have the same meaning as generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Although any methods and materials similar or equivalent to those described herein can also be used in the practice or testing of the present invention, the preferred methods and materials are described below. All publications cited in this document are incorporated herein by reference to disclose and describe the methods and/or materials in connection with which the publications are cited.

Следует отметить, что используемые в настоящем документе и в прилагаемой формуле изобретения формы единственного числа, также предполагают включение множественного числа, если контекст явно не предписывает иное. Таким образом, например, ссылка на «полипептид MW-опсин» включает множество таких полипептидов, а ссылка на «относящийся к сетчатке глаза» включает ссылку на одну или более клеток сетчатки и их эквиваленты, известные специалистам в данной области техники, и так далее. Кроме того, следует отметить, что формула изобретения может быть составлена таким образом, чтобы исключить любой необязательный признак. Как таковое, это утверждение предназначено для того, чтобы служить предшествующей основой для использования такой исключительной терминологии, как «только» и т.п., в связи с перечислением признаков формулы изобретения или использованием «отрицательного» ограничения.It should be noted that the singular forms used herein and in the appended claims are also intended to include the plural, unless the context clearly dictates otherwise. Thus, for example, reference to "MW-opsin polypeptide" includes a plurality of such polypeptides, and reference to "retinal" includes reference to one or more retinal cells and their equivalents known to those skilled in the art, and so on. In addition, it should be noted that the claims may be drafted in such a way as to exclude any optional feature. As such, this statement is intended to serve as a foregoing basis for the use of such exclusive terminology as "only" and the like in connection with the enumeration of features of a claim or the use of a "negative" limitation.

Следует принимать во внимание, что определенные признаки изобретения, которые для ясности описаны в контексте отдельных вариантов осуществления, также могут быть предоставлены в качестве комбинации в одном варианте осуществления. И наоборот, различные признаки настоящего изобретения, которые для краткости описаны в контексте одного варианта осуществления, также могут быть предусмотрены отдельно или в любой подходящей комбинации. Все комбинации вариантов осуществления, принадлежащие настоящему изобретению, конкретно охватываются настоящим изобретением и раскрываются в данном документе так же, как если бы каждая комбинация была раскрыта индивидуально и в явном виде. Кроме того, все промежуточные комбинации различных вариантов осуществления и их элементов также конкретно охвачены настоящим изобретением и раскрыты в данном документе так же, как если бы каждое такое сочетание было индивидуально и явно раскрыто в данном документе.It should be appreciated that certain features of the invention, which are described in the context of separate embodiments for clarity, may also be provided as a combination in one embodiment. Conversely, various features of the present invention, which for brevity are described in the context of one embodiment, may also be provided separately or in any suitable combination. All combinations of embodiments pertaining to the present invention are specifically covered by the present invention and are disclosed herein as if each combination were disclosed individually and expressly. In addition, all intermediate combinations of various embodiments and elements thereof are also specifically covered by the present invention and are disclosed herein as if each such combination were individually and expressly disclosed herein.

Публикации, обсуждаемые в настоящем документе, предназначены исключительно для их раскрытия до даты подачи настоящей заявки. Ничто из содержащегося в настоящем документе не должно быть истолковано как признание того, что настоящее изобретение не имеет права предшествовать такой публикации в силу предшествующего изобретения. Кроме того, указанные даты публикации могут отличаться от фактических дат публикации, которые, возможно, потребуется подтвердить независимо.The publications discussed herein are solely for their disclosure prior to the filing date of this application. Nothing contained herein should be construed as an admission that the present invention is not entitled to precede such publication by virtue of prior invention. In addition, the dates of publication indicated may differ from the actual dates of publication, which may need to be confirmed independently.

Подробное описание сущности изобретенияDetailed Description of the Invention

В настоящем изобретении предложен способ восстановления или улучшения зрительной функции у индивидуума, причем способ включает введение индивидууму нуклеиновой кислоты, содержащей нуклеотидную последовательность, кодирующую один или более средневолновых конопсинов (MW-опсин), длинноволновых конопсинов (LW-опсин) и коротковолновых конопсинов (SW-опсин). Один или более из MW-опсина, LW-опсина и SW-опсина экспрессируется в клетке сетчатки у индивидуума, тем самым восстанавливая или улучшая зрительную функцию.The present invention provides a method for restoring or improving visual function in an individual, the method comprising administering to the individual a nucleic acid comprising a nucleotide sequence encoding one or more medium wavelength conopsins (MW-opsin), long wavelength conopsins (LW-opsin), and short wavelength conopsins (SW-opsin). opsin). One or more of MW opsin, LW opsin and SW opsin is expressed in a retinal cell in an individual, thereby restoring or improving visual function.

Полипептид MW-опсин может содержать аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% следующей аминокислотной последовательности MW-опсина человека:The MW-opsin polypeptide may contain an amino acid sequence that is at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the following amino acid. human MW opsin sequences:

maqqwslqrl agrhpqdsye dstqssifty tnsnstrgpf egpnyhiapr wvyhltsvwm ifvviasvft nglvlaatmk fkklrhplnw ilvnlavadl aetviastis vvnqvygyfv lghpmcvleg ytvslcgitg lwslaiiswe rwmvvckpfg nvrfdaklai vgiafswiwa avwtappifg wsrywphglk tscgpdvfsg ssypgvqsym ivlmvtccit plsiivlcyl qvwlairava kqqkesestq kaekevtrmv vvmvlafcfc wgpyaffacf aaanpgypfh plmaalpaff aksatiynpv iyvfmnrqfr ncilqlfgkk vddgselssa sktevssvss vspa (SEQ ID NO:1).maqqwslqrl agrhpqdsye dstqssifty tnsnstrgpf egpnyhiapr wvyhltsvwm ifvviasvft nglvlaatmk fkklrhplnw ilvnlavadl aetviastis vvnqvygyfv lghpmcvleg ytvslcgitg lwslaiiswe rwmvvckpfg nvrfdaklai vgiafswiwa avwtappifg wsrywphglk tscgpdvfsg ssypgvqsym ivlmvtccit plsiivlcyl qvwlairava kqqkesestq kaekevtrmv vvmvlafcfc wgpyaffacf aaanpgypfh plmaalpaff aksatiynpv iyvfmnrqfr ncilqlfgkk vddgselssa sktevssvss vspa (SEQ ID NO:1).

Полипептид MW-опсин может содержать аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% следующей аминокислотной последовательности MW-опсина мыши:The MW-opsin polypeptide may contain an amino acid sequence that is at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the following amino acid. mouse MW opsin sequences:

maqrltgeqt ldhyedstha siftytnsns tkgpfegpny hiaprwvyhl tstwmilvvv asvftnglvl aatmrfkklr hplnwilvnl avadlaetii astisvvnqi ygyfvlghpl cviegyivsl cgitglwsla iiswerwlvv ckpfgnvrfd aklatvgivf swvwaaiwta ppifgwsryw pyglktscgp dvfsgtsypg vqsymmvlmv tccifplsii vlcylqvwla iravakqqke sestqkaeke vtrmvvvmvf ayclcwgpyt ffacfatahp gyafhplvas lpsyfaksat iynpiiyvfm nrqfrncilh lfgkkvddss elsstsktev ssvssvspa (SEQ ID NO:8)maqrltgeqt ldhyedstha siftytnsns tkgpfegpny hiaprwvyhl tstwmilvvv asvftnglvl aatmrfkklr hplnwilvnl avadlaetii astisvvnqi ygyfvlghpl cviegyivsl cgitglwsla iiswerwlvv ckpfgnvrfd aklatvgivf swvwaaiwta ppifgwsryw pyglktscgp dvfsgtsypg vqsymmvlmv tccifplsii vlcylqvwla iravakqqke sestqkaeke vtrmvvvmvf ayclcwgpyt ffacfatahp gyafhplvas lpsyfaksat iynpiiyvfm nrqfrncilh lfgkkvddss elsstsktev ssvssvspa (SEQ ID NO:8)

Полипептид родопсин может содержать аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или 100% следующей аминокислотной последовательности родопсина:The rhodopsin polypeptide may contain an amino acid sequence that is at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the following amino acid sequence of rhodopsin:

mngtegpnfy vpfsnatgvv rspfeypqyy laepwqfsml aaymfllivl gfpinfltly vtvqhkklrt plnyillnla vadlfmvlgg ftstlytslh gyfvfgptgc nlegffatlg geialwslvv laieryvvvc kpmsnfrfge nhaimgvaft wvmalacaap plagwsryip eglqcscgid yytlkpevnn esfviymfvv hftipmiiif fcygqlvftv keaaaqqqes attqkaekev trmviimvia flicwvpyas vafyifthqg snfgpifmti paffaksaai ynpviyimmn kqfrncmltt iccgknplgd deasatvskt etsqvapa (SEQ ID NO:2).mngtegpnfy vpfsnatgvv rspfeypqyy laepwqfsml aaymfllivl gfpinfltly vtvqhkklrt plnyillnla vadlfmvlgg ftstlytslh gyfvfgptgc nlegffatlg geialwslvv laieryvvvc kpmsnfrfge nhaimgvaft wvmalacaap plagwsryip eglqcscgid yytlkpevnn esfviymfvv hftipmiiif fcygqlvftv keaaaqqqes attqkaekev trmviimvia flicwvpyas vafyifthqg snfgpifmti paffaksaai ynpviyimmn kqfrncmltt iccgknplgd deasatvskt etsqvapa (SEQ ID NO:2).

Полипептид канальный родопсин может содержать аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% следующей аминокислотной последовательности канального родопсина:The channel rhodopsin polypeptide may contain an amino acid sequence that is at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the following amino acid sequence channel rhodopsin:

MDYGGALSAVGRELLFVTNPVVVNGSVLVPEDQCYCAGWIESRGTNGAQTASNVLQ WLAAGFSILLLMFYAYQTWKSTCGWEEIYVCAIEMVKVILEFFFEFKNPSMLYLATGHRVQW LRYAEWLLTCPVILIHLSNLTGLSNDYSRRTMGLLVSDIGTIVWGATSAMATGYVKVIFFCLG LCYGANTFFHAAKAYIEGYHTVPKGRCRQVVTGMAWLFFVSWGMFPILFILGPEGFGVLSVY GSTVGHTIIDLMSKNCWGLLGHYLRVLIHEHILIHGDIRKTTKLNIGGTEIEVETLVEDEAEAG AVP (SEQ ID NO:3).MDYGGALSAVGRELLFVTNPVVVNGSVLVPEDQCYCAGWIESRGTNGAQTASNVLQ WLAAGFSILLLMFYAYQTWKSTCGWEEIYVCAIEMVKVILEFFFEFKNPSMLYLATGHRVQW LRYAEWLLTCPVILIHLSNLTGLSNDYSRRTMGLLVSDIGTIVWGATSAMATGYVKVIFFCLG LCYGANTFFHAAKAYIEGYHTVPKGRCRQVVTGMAWLFFVSWGMFPILFILGPEGFGVLSVY GSTVGHTIIDLMSKNCWGLLGHYLRVLIHEHILIHGDIRKTTKLNIGGTEIEVETLVEDEAEAG AVP (SEQ ID NO:3).

LW-опсин может содержать аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% следующей аминокислотной последовательности LW-опсина человека:The LW opsin may contain an amino acid sequence that is at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the following amino acid sequence Human LW opsin:

maqqwslqrl agrhpqdsye dstqssifty tnsnstrgpf egpnyhiapr wvyhltsvwm ifvvtasvft nglvlaatmk fkklrhplnw ilvnlavadl aetviastis ivnqvsgyfv lghpmcvleg ytvslcgitg lwslaiiswe rwmvvckpfg nvrfdaklai vgiafswiwa avwtappifg wsrywphglk tscgpdvfsg ssypgvqsym ivlmvtccii plaiimlcyl qvwlairava kqqkesestq kaekevtrmv vvmifaycvc wgpytffacf aaanpgyafh plmaalpayf aksatiynpv iyvfmnrqfr ncilqlfgkk vddgselssa sktevssvss vspa (SEQ ID NO:4).maqqwslqrl agrhpqdsye dstqssifty tnsnstrgpf egpnyhiapr wvyhltsvwm ifvvtasvft nglvlaatmk fkklrhplnw ilvnlavadl aetviastis ivnqvsgyfv lghpmcvleg ytvslcgitg lwslaiiswe rwmvvckpfg nvrfdaklai vgiafswiwa avwtappifg wsrywphglk tscgpdvfsg ssypgvqsym ivlmvtccii plaiimlcyl qvwlairava kqqkesestq kaekevtrmv vvmifaycvc wgpytffacf aaanpgyafh plmaalpayf aksatiynpv iyvfmnrqfr ncilqlfgkk vddgselssa sktevssvss vspa (SEQ ID NO:4).

LW-опсин может содержать аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% следующей аминокислотной последовательности LW-опсина мыши:The LW opsin may contain an amino acid sequence that is at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the following amino acid sequence mouse LW opsin:

mngtegpnfy vpfsnvtgvv rspfeqpqyy laepwqfsml aaymfllivl gfpinfltly vtvqhkklrt plnyillnla vadlfmvfgg ftttlytslh gyfvfgptgc nlegffatlg geialwslvv laieryvvvc kpmsnfrfge nhaimgvvft wimalacaap plvgwsryip egmqcscgid yytlkpevnn esfviymfvv hftipmivif fcygqlvftv keaaaqqqes attqkaekev trmviimvif flicwlpyas vafyifthqg snfgpifmtl paffaksssi ynpviyimln kqfrncmltt lccgknplgd ddasataskt etsqvapa (SEQ ID NO:9).mngtegpnfy vpfsnvtgvv rspfeqpqyy laepwqfsml aaymfllivl gfpinfltly vtvqhkklrt plnyillnla vadlfmvfgg ftttlytslh gyfvfgptgc nlegffatlg geialwslvv laieryvvvc kpmsnfrfge nhaimgvvft wimalacaap plvgwsryip egmqcscgid yytlkpevnn esfviymfvv hftipmivif fcygqlvftv keaaaqqqes attqkaekev trmviimvif flicwlpyas vafyifthqg snfgpifmtl paffaksssi ynpviyimln kqfrncmltt lccgknplgd ddasataskt etsqvapa (SEQ ID NO:9).

Полипептид SW-опсин может содержать аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или 100% следующей аминокислотной последовательности SW-опсина человека:The SW-opsin polypeptide may contain an amino acid sequence that is at least 85% identical, at least 87% identical, at least 90% identical, at least 95% identical, at least 98% identical, at least 99% identical. % or 100% of the following human SW-opsin amino acid sequence:

mrkmseeefy lfknissvgp wdgpqyhiap vwafylqaaf mgtvfligfp lnamvlvatl rykklrqpln yilvnvsfgg fllcifsvfp vfvascngyf vfgrhvcale gflgtvaglv tgwslaflaf eryivickpf gnfrfsskha ltvvlatwti gigvsippff gwsrfipegl qcscgpdwyt vgtkyrsesy twflfifcfi vplslicfsy tqllralkav aaqqqesatt qkaerevsrm vvvmvgsfcv cyvpyaafam ymvnnrnhgl dlrlvtipsf fsksaciynp iiycfmnkqf qacimkmvcg kamtdesdtc ssqktevstv sstqvgpn (SEQ ID NO:5). mrkmseeefy lfknissvgp wdgpqyhiap vwafylqaaf mgtvfligfp lnamvlvatl rykklrqpln yilvnvsfgg fllcifsvfp vfvascngyf vfgrhvcale gflgtvaglv tgwslaflaf eryivickpf gnfrfsskha ltvvlatwti gigvsippff gwsrfipegl qcscgpdwyt vgtkyrsesy twflfifcfi vplslicfsy tqllralkav aaqqqesatt qkaerevsrm vvvmvgsfcv cyvpyaafam ymvnnrnhgl dlrlvtipsf fsksaciynp iiycfmnkqf qacimkmvcg kamtdesdtc ssqktevstv sstqvgpn (SEQ ID NO:5).

В некоторых случаях SW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или 100% аминокислотной последовательности SW-опсина человека (SEQ ID NO: 5), реагирующую на свет в видимом диапазоне и проявляющую возбуждающую активность.In some cases, the SW opsin contains an amino acid sequence that is at least 87%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the amino acid sequence. SW-opsin human (SEQ ID NO: 5), responsive to light in the visible range and exhibiting excitatory activity.

Полипептид SW-опсин может содержать аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или 100% следующей аминокислотной последовательности SW-опсина мыши:The SW-opsin polypeptide may contain an amino acid sequence that is at least 87%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the following amino acid sequence mouse sw-opsin:

msgeddfylf qnissvgpwd gpqyhlapvw afrlqaafmg fvffvgtpln aivlvatlhy kklrqplnyi lvnvslggfl fcifsvftvf iaschgyflf grhvcaleaf lgsvaglvtg wslaflafer yvvickpfgs irfnskhalm vvlatwiigi gvsippffgw srfipeglqc scgpdwytvg tkyrseyytw flfifcfiip lslicfsysq llrtlravaa qqqesattqk aerevshmvv vmvgsfclcy vpyaalamym vnnrnhgldl rlvtipaffs ksscvynpii ycfmnkqfra cilemvcrkp madesdvsgs qktevstvss skvgph (SEQ ID NO:6). В некоторых случаях SW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или 100% аминокислотной последовательности SW-опсина мыши (SEQ ID NO: 6), реагирующий на свет в ультрафиолетовом диапазоне и проявляющий ингибирующую активность.msgeddfylf qnissvgpwd gpqyhlapvw afrlqaafmg fvffvgtpln aivlvatlhy kklrqplnyi lvnvslggfl fcifsvftvf iaschgyflf grhvcaleaf lgsvaglvtg wslaflafer yvvickpfgs irfnskhalm vvlatwiigi gvsippffgw srfipeglqc scgpdwytvg tkyrseyytw flfifcfiip lslicfsysq llrtlravaa qqqesattqk aerevshmvv vmvgsfclcy vpyaalamym vnnrnhgldl rlvtipaffs ksscvynpii ycfmnkqfra cilemvcrkp madesdvsgs qktevstvss skvgph (SEQ ID NO:6). In some cases, the SW opsin contains an amino acid sequence that is at least 87%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the amino acid sequence. Mouse SW-opsin (SEQ ID NO: 6) responsive to ultraviolet light and exhibiting inhibitory activity.

В некоторых случаях как SW-опсин человека, так и SW-опсин мыши продуцируются в клетке сетчатки у индивидуума. В некоторых случаях как SW-опсин человека, так и SW-опсин мыши (но не LW-опсин или MW-опсин) продуцируются в клетке сетчатки у индивидуума. В некоторых случаях как SW-опсин человека, так и SW-опсин мыши, а также LW-опсин (но не MW-опсин) продуцируются в клетке сетчатки у индивидуума. В некоторых случаях как SW-опсин человека, так и SW-опсин мыши, а также MW-опсин (но не LW-опсин) продуцируются в клетке сетчатки у индивидуума. В некоторых случаях как SW-опсин человека, так и SW-опсин мыши, а также LW-опсин и MW-опсин продуцируются в клетке сетчатки у индивидуума. Например, в некоторых случаях первый рекомбинантный вектор экспрессии, содержащий нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид SW-опсин, содержащий аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности SW-опсина человека (SEQ ID NO: 5); и второй рекомбинантный вектор экспрессии, содержащий нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид SW-опсин, содержащий аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности SW-опсина мыши (SEQ ID NO: 6) вводят в клетку сетчатки.In some cases, both human SW opsin and mouse SW opsin are produced in a retinal cell in an individual. In some cases, both human SW opsin and mouse SW opsin (but not LW opsin or MW opsin) are produced in a retinal cell in an individual. In some cases, both human SW opsin and mouse SW opsin, as well as LW opsin (but not MW opsin) are produced in a retinal cell in an individual. In some cases, both human SW opsin and mouse SW opsin, as well as MW opsin (but not LW opsin) are produced in a retinal cell in an individual. In some cases, both human SW opsin and mouse SW opsin, as well as LW opsin and MW opsin, are produced in a retinal cell in an individual. For example, in some cases, the first recombinant expression vector containing a nucleotide sequence encoding a SW-opsin polypeptide containing an amino acid sequence identical to at least 87%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% of the amino acid sequence of human SW-opsin (SEQ ID NO: 5); and a second recombinant expression vector containing a nucleotide sequence encoding a SW-opsin polypeptide containing an amino acid sequence that is at least 87%, at least 90%, at least 95%, at least 98% identical, according to at least 99% or 100% of the amino acid sequence of mouse SW-opsin (SEQ ID NO: 6) is introduced into the retinal cell.

В некоторых случаях и MW-опсин, и LW-опсин (но не SW-опсин) продуцируются в клетке сетчатки у индивидуума. В некоторых случаях и MW-опсин, и SW-опсин (но не LW-опсин) продуцируются в клетке сетчатки у индивидуума. В некоторых случаях MW-опсин, LW-опсин и SW-опсин экспрессируются в клетке сетчатки у индивидуума. In some cases, both MW opsin and LW opsin (but not SW opsin) are produced in a retinal cell in an individual. In some cases, both MW opsin and SW opsin (but not LW opsin) are produced in a retinal cell in an individual. In some cases, MW-opsin, LW-opsin and SW-opsin are expressed in a retinal cell in an individual.

В некоторых случаях подходящим опсином является химерный опсин, например, опсин, который содержит аминокислотную последовательность (последовательности) от первого вида и аминокислотную последовательность (последовательности) от второго вида. Например, в некоторых случаях химерный опсин содержит внутриклеточные участки SW-опсина мыши и трансмембранные участки SW-опсина человека. Пример подходящего химерного SW-опсина показан на фиг.12A-12B. In some cases, a suitable opsin is a chimeric opsin, for example an opsin that contains the amino acid sequence(s) from the first species and the amino acid sequence(s) from the second species. For example, in some cases, the chimeric opsin contains intracellular regions of mouse SW opsin and transmembrane regions of human SW opsin. An example of a suitable chimeric SW opsin is shown in FIGS. 12A-12B.

В некоторых случаях подходящий химерный SW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности химерного SW-опсина, изображенного на фиг. 12A-12B, причем химерный SW-опсин имеет следующую аминокислотную последовательность:In some instances, a suitable chimeric SW opsin contains an amino acid sequence that is at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the amino acid sequence of the chimeric SW opsin. shown in FIG. 12A-12B, with the chimeric SW opsin having the following amino acid sequence:

EDDFYLFQNISSVGPWDGPQYHLAPVWAFYLQAAFMGTVFLIGFPLNAMVLVATLHY KKLRQPLNYILVNVSFGGFLLCIFSVFPVFVASCNGYFVFGRHVCALEGFLGTVAGLVTGWSL AFLAFERYVVICKPFGSIRFNSKHALTVVLATWTIGIGVSIPPFFGWSRFIPEGLQCSCGPDWYT VGTKYRSESYTWFLFIFCFIVPLSLICFSYTQLLRALRAVAAQQQESATTQKAEREVSHMVVV MVGSFCVCYVPYAAFAMYMVNNRNHGLDLRLVTIPSFFSKSACIYNPIIYCFMNKQFRACILE MVCRKPMADESDVSGSQKTEVSTVSSSKVGPH (SEQ ID NO:7).EDDFYLFQNISSVGPWDGPQYHLAPVWAFYLQAAFMGTVFLIGFPLNAMVLVATLHY KKLRQPLNYILVNVSFGGFLLCIFSVFPVFVASCNGYFVFGRHVCALEGFLGTVAGLVTGWSL AFLAFERYVVICKPFGSIRFNSKHALTVVLATWTIGIGVSIPPFFGWSRFIPEGLQCSCGPDWYT VGTKYRSESYTWFLFIFCFIVPLSLICFSYTQLLRALRAVAAQQQESATTQKAEREVSHMVVV MVGSFCVCYVPYAAFAMYMVNNRNHGLDLRLVTIPSFFSKSACIYNPIIYCFMNKQFRACILE MVCRKPMADESDVSGSQKTEVSTVSSSKVGPH (SEQ ID NO:7).

MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин может быть использован в комбинации с гетерологичным опсином, например, опсином, не принадлежащем млекопитающему, такому как опсин водорослей, опсин простейших или их вариант. Подходящие гетерологичные опсины включают деполяризующие опсины, например, каналородопсин ChR2 (Zhang et al. (2007) Nature 446:633; GenBank ABO64386.1), выделенный из Chlamydomonas reinhardtii; ступенчато-функциональный опсин (SFO) (Berndt et al. (2009) Nat. Neurosci. 12:229) или стабилизированный ступенчато-функциональный опсин (SSFO) (WO 2010/056970; Yizhar et al. (2011) Nature 477:171); катион-переносящий канальный опсин, выделенный из Volvox carteri (VChR1 - NCBI Gene ID: 9619570; U.S. Patent No. 9,249,200); химерный белок C1V1, производное белка VChR1 Volvox carteri и белок ChR1, выделенный из Chlamydomonas reinhardtii (U.S. Patent No. 9,175,095); химерный белок C1C2, производное белка ChR1 и белка ChR2, выделенных из Chlamydomonas reinhardtii (Lin et al. (2009) Biophys. J. 96:1803); сдвинутый в красную область деполяризующий светочувствительный полипептид, выделенный из Chlamydomonas reinhardtii, где такие светочувствительные полипептиды упоминаются как “ReaChR” (Lin et al. (2013) Nat. Neurosci. 16:1499); CnChR2 (Genbank Accession No.: AHH02139), выделенный из Chlamydomonas noctigama; химерный белок CsChrimson, выделенный из CsChR (Genbank Accession No.: AHH02144; Klapoetke et al. (2014) Nature Methods 11:338) белок Chloromonas subdivisa; ShChR1 (Genbank Accession No.: AHH02106), выделенный из Stigeoclonium helveticum; опсин “ChETA” Gunaydin et al. (2010 Nat. Neurosci. 13:387) белок “SwiChR” (WO 2015/148974); белок “bReaChes” (WO/2017/048808); и тому подобное. Другие подходящие деполяризующие опсины известны в данной области техники; см., например, Zhang et al. (2011) Cell 147:1446; Deisseroth (2015) Nature Neurosci. 18:1213; Berndt and Deisseroth (2015) Science 349:590; и тому подобное. The MW opsin and/or the LW opsin and/or the SW opsin may be used in combination with a heterologous opsin, for example a non-mammalian opsin such as an algal opsin, a protozoan opsin, or a variant thereof. Suitable heterologous opsins include depolarizing opsins, for example ChR2 channelorrhodopsin (Zhang et al. (2007) Nature 446:633; GenBank ABO64386.1) isolated from Chlamydomonas reinhardtii; step-functional opsin (SFO) (Berndt et al. (2009) Nat. Neurosci. 12:229) or stabilized step-functional opsin (SSFO) (WO 2010/056970; Yizhar et al. (2011) Nature 477:171) ; cation transfer channel opsin isolated from Volvox carteri (VChR1 - NCBI Gene ID: 9619570; U.S. Patent No. 9,249,200); C1V1 chimeric protein, a derivative of Volvox carteri VChR1 protein and ChR1 protein isolated from Chlamydomonas reinhardtii (U.S. Patent No. 9,175,095); C1C2 chimeric protein derived from ChR1 protein and ChR2 protein isolated from Chlamydomonas reinhardtii (Lin et al. (2009) Biophys. J. 96:1803); a redshifted depolarizing photosensitive polypeptide isolated from Chlamydomonas reinhardtii, where such photosensitive polypeptides are referred to as "ReaChR" (Lin et al. (2013) Nat. Neurosci. 16:1499); CnChR2 (Genbank Accession No.: AHH02139) isolated from Chlamydomonas noctigama; CsChrimson chimeric protein isolated from CsChR (Genbank Accession No.: AHH02144; Klapoetke et al. (2014) Nature Methods 11:338) Chloromonas subdivisa protein; ShChR1 (Genbank Accession No.: AHH02106) isolated from Stigeoclonium helveticum; opsin “ChETA” Gunaydin et al. (2010 Nat. Neurosci. 13:387) “SwiChR” protein (WO 2015/148974); bReaChes protein (WO/2017/048808); etc. Other suitable depolarizing opsins are known in the art; see, for example, Zhang et al. (2011) Cell 147:1446; Deisseroth (2015) Nature Neurosci. 18:1213; Berndt and Deisseroth (2015) Science 349:590; etc.

Экспрессия полипептида MW-опсина, и/или полипептида LW-опсина, и/или полипептида SW-опсина в клетке сетчатки у индивидуума обеспечивает видение паттернов и распознавание изображения индивидуумом. Распознаваемое изображение может быть статическим изображением и/или движущимся изображением. Expression of the MW opsin polypeptide and/or the LW opsin polypeptide and/or the SW opsin polypeptide in a retinal cell of an individual provides for pattern vision and image recognition by the individual. The image to be recognized may be a static image and/or a moving image.

Экспрессия полипептида MW-опсина, и/или полипептида LW-опсина, и/или полипептида SW-опсина в клетке сетчатки у индивидуума обеспечивает распознавание изображения при интенсивности света от около 10-4 Вт/см2 до около 10 Вт/см2. Например, в некоторых случаях экспрессия полипептида MW-опсина, и/или полипептида LW-опсина, и/или полипептида SW-опсина в клетке сетчатки у индивидуума обеспечивает распознавание изображения при интенсивности света от около 10-2 Вт/см2 до около 10-4 Вт/см2, от около 10-4 Вт/см2 до около 1 Вт/см2, от около 10-4 Вт/см2 до около 10-1 Вт/см2 или от около 10-4 Вт/см2 до около 5×10-1 Вт/см2. В некоторых случаях экспрессия полипептида MW-опсина, и/или полипептида LW-опсина, и/или полипептида SW-опсина в клетке сетчатки у индивидуума обеспечивает распознавание изображения при интенсивности света от около 10-4 Вт/см2 до около 10-3 Вт/см2, от около 10-3 Вт/см2 до около 10-2 Вт/см2, от около 10-2 Вт/см2 до около 10-1 Вт/см2 или от около 10-1 Вт/см2 до около 1 Вт/см2. В некоторых случаях экспрессия полипептида MW-опсина, и/или полипептида LW-опсина, и/или полипептида SW-опсина в клетке сетчатки у индивидуума обеспечивает распознавание изображения при интенсивности света до 2 Вт/см2, до 3 Вт/см2, до 4 Вт/см2, до 5 Вт/см2 или до 10 Вт/см2. Экспрессия полипептида MW-опсина, и/или полипептида LW-опсина, и/или полипептида SW-опсина в клетке сетчатки у индивидуума обеспечивает распознавание изображения при интенсивности света менее чем 5 Вт/см2, менее чем 4 Вт/см2, менее чем 3 Вт/см2 или менее чем 2 Вт/см2. Expression of the MW opsin polypeptide and/or the LW opsin polypeptide and/or the SW opsin polypeptide in a retinal cell of an individual provides image recognition at a light intensity of about 10 -4 W/cm 2 to about 10 W/cm 2 . For example, in some instances, expression of an MW opsin polypeptide and/or an LW opsin polypeptide and/or an SW opsin polypeptide in a retinal cell in an individual provides image recognition at a light intensity of about 10 -2 W/cm 2 to about 10 - 4 W/cm 2 , from about 10 -4 W/cm 2 to about 1 W/cm 2 , from about 10 -4 W/cm 2 to about 10 -1 W/cm 2 or from about 10 -4 W/cm 2 to about 5×10 -1 W/cm 2 . In some instances, expression of an MW opsin polypeptide and/or an LW opsin polypeptide and/or an SW opsin polypeptide in a retinal cell of an individual provides image recognition at a light intensity of about 10 -4 W/cm 2 to about 10 -3 W /cm 2 , from about 10 -3 W/cm 2 to about 10 -2 W/cm 2 , from about 10 -2 W/cm 2 to about 10 -1 W/cm 2 or from about 10 -1 W/cm 2 to about 1 W/cm 2 . In some instances, expression of an MW opsin polypeptide and/or an LW opsin polypeptide and/or an SW opsin polypeptide in a retinal cell of an individual provides image recognition at light intensities up to 2 W/cm 2 , up to 3 W/cm 2 , up to 4 W/cm2, up to 5 W/cm2 or up to 10 W/cm2 . Expression of the MW-opsin polypeptide and/or the LW-opsin polypeptide and/or the SW-opsin polypeptide in a retinal cell of an individual provides image recognition at a light intensity of less than 5 W/cm 2 , less than 4 W/cm 2 , less than 3 W/cm 2 or less than 2 W/cm 2 .

Экспрессия полипептида MW-опсина, и/или полипептида LW-опсина, и/или полипептида SW-опсина в клетке сетчатки у индивидуума обеспечивает распознавание изображения индивидуумом при интенсивности света, которая по меньшей мере в 10 раз ниже, чем интенсивность света, необходимая для обеспечения распознавания изображения индивидуумом, экспрессирующим полипептид канальный родопсин (например, полипептид, содержащий аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 3) в клетке сетчатки. Например, экспрессия полипептида MW-опсина, и/или полипептида LW-опсина, и/или полипептида SW-опсина в клетке сетчатки у индивидуума обеспечивает распознавание изображения индивидуумом при интенсивности света, которая по меньшей мере в 10 ниже, по меньшей мере в 25 раз ниже, по меньшей мере в 50 раз ниже, по меньшей мере в 100 раз ниже, по меньшей мере в 150 раз ниже, по меньшей мере в 200 раз ниже, по меньшей мере в 300 раз ниже, по меньшей мере в 400 раз ниже или по меньшей мере в 500 раз ниже, чем интенсивность света, необходимая для обеспечения распознавания изображения индивидуумом, экспрессирующим полипептид канальный родопсин в клетке сетчатки. Expression of the MW opsin polypeptide and/or the LW opsin polypeptide and/or the SW opsin polypeptide in a retinal cell of an individual allows the individual to recognize an image at a light intensity that is at least 10 times lower than the light intensity needed to provide image recognition by an individual expressing a channel rhodopsin polypeptide (eg, a polypeptide comprising the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3) in a retinal cell. For example, expression of an MW opsin polypeptide and/or an LW opsin polypeptide and/or an SW opsin polypeptide in a retinal cell of an individual allows the individual to recognize an image at a light intensity that is at least 10 times lower, at least 25 times lower, at least 50 times lower, at least 100 times lower, at least 150 times lower, at least 200 times lower, at least 300 times lower, at least 400 times lower, or at least 500 times lower than the light intensity required to provide image recognition by an individual expressing the channel rhodopsin polypeptide in a retinal cell.

Экспрессия полипептида MW-опсина, и/или полипептида LW-опсина, и/или полипептида SW-опсина в клетке сетчатки обеспечивает кинетику, которая, по меньшей мере в 2 раза быстрее, чем кинетика, обеспечиваемая в клетке сетчатки родопсином (например, полипептид, содержащий аминокислотную последовательность, представленную в SEQ ID NO: 2). Например, экспрессия полипептида MW-опсина, и/или полипептида LW-опсина, и/или полипептида SW-опсина в клетке сетчатки обеспечивает кинетику, которая по меньшей мере в 2 раза, по меньшей мере в 5 раз, по меньшей мере в 10 раз, по меньшей мере в 15 раз, по меньшей мере в 20 раз, по меньшей мере в 25 раз, по меньшей мере в 30 раз, по меньшей мере в 50 раз, по меньшей мере в 100 раз или более чем в 100 раз быстрее кинетики, обеспечиваемой в клетке сетчатки полипептидом родопсином.Expression of an MW opsin polypeptide and/or an LW opsin polypeptide and/or an SW opsin polypeptide in a retinal cell provides a kinetic that is at least 2-fold faster than that provided in a retinal cell by rhodopsin (e.g., a polypeptide, containing the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2). For example, expression of an MW opsin polypeptide and/or an LW opsin polypeptide and/or an SW opsin polypeptide in a retinal cell provides kinetics that is at least 2-fold, at least 5-fold, at least 10-fold , at least 15 times, at least 20 times, at least 25 times, at least 30 times, at least 50 times, at least 100 times, or more than 100 times faster than the kinetics provided in the retinal cell by the polypeptide rhodopsin.

Способ по настоящему изобретению включает доставку в глаз индивидуума нуклеиновой кислоты, содержащей нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или полипептид LW-опсин, и/или SW-опсин. В некоторых случаях нуклеотидная последовательность функционально связана с элементом контроля транскрипции, который функционирует в клетке млекопитающего. В некоторых случаях нуклеотидная последовательность функционально связана с элементом контроля транскрипции, который обеспечивает экспрессию в клетке сетчатки, например, которая обеспечивает селективную экспрессию в клетке сетчатки. В некоторых случаях нуклеотидная последовательность функционально связана с промотором, который обеспечивает экспрессию в клетке сетчатки, например, который обеспечивает селективную экспрессию в клетке сетчатки. В некоторых случаях нуклеотидная последовательность функционально связана с промотором, который обычно обеспечивает экспрессию в клетке эукариот или клетке млекопитающего. The method of the present invention includes delivering to the eye of an individual a nucleic acid containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin polypeptide and/or an LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide. In some cases, the nucleotide sequence is operably linked to a transcriptional control element that functions in a mammalian cell. In some instances, the nucleotide sequence is operably linked to a transcriptional control element that allows for expression in a retinal cell, for example that allows for selective expression in a retinal cell. In some cases, the nucleotide sequence is operably linked to a promoter that allows for expression in a retinal cell, for example that allows for selective expression in a retinal cell. In some instances, the nucleotide sequence is operably linked to a promoter that typically allows expression in a eukaryotic or mammalian cell.

Подходящие промоторы включают, но не ограничиваются этим, промотор CAG (Miyazaki et al. (1989) Gene 79:269); промотор цитомегаловируса (CMV); промотор метаботропного глутаматного рецептора 6 (grm6) (Cronin et al. (2014) EMBO Mol. Med. 6:1175); промотор Pleiades (Portales-Casamar et al. (2010) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107:16589); промотор холинацетилтрансферазы (ChAT) (Misawa et al. (1992) J. Biol. Chem. 267:20392); промотор везикулярного глутаматного переносчика (V-glut) (Zhang et al. (2011) Brain Res. 1377:1); промотор глутаматдекарбоксилазы (GAD) (Rasmussen et al. (2007) Brain Res. 1144:19; Ritter et al. (2016) J. Gene Med. 18:27); промотор холецистокинина (CCK) (Ritter et al. (2016) J. Gene Med. 18:27); промотор парвальбумина (PV); промотор соматостатина (SST); промотор нейропептида Y (NPY); и промотор вазоактивного интестинального пептида (VIP). Подходящие промоторы включают, но не ограничиваются ими, промотор чувствительного к красному свету конопсина, промотор родопсина, промотор родопсинкиназы и промотор GluR (например, промотор GluR6; также упоминается как grm6). Подходящие промоторы включают, но не ограничиваются ими, промотор гена вителлиформной макулярной дистрофии 2 (VMD2) или промотор гена межфоторецепторного ретинол-связывающего белка (IRBP). Также подходящим для использования является промотор L7 (Oberdick et al. (1990) Science 248:223), промотор thy-1, промотор рековерина (Wiechmann and Howard (2003) Curr. Eye Res. 26:25); промотор кальбиндина; и промотор бета-актина. Подходящие промоторы включают синтетические (не встречающиеся в природе) комбинации промотор/энхансер.Suitable promoters include, but are not limited to, the CAG promoter (Miyazaki et al. (1989) Gene 79:269); cytomegalovirus (CMV) promoter; metabotropic glutamate receptor 6 (grm6) promoter (Cronin et al. (2014) EMBO Mol. Med. 6:1175); Pleiades promoter (Portales-Casamar et al. (2010) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107:16589); choline acetyltransferase (ChAT) promoter (Misawa et al. (1992) J. Biol. Chem. 267:20392); vesicular glutamate transporter (V-glut) promoter (Zhang et al. (2011) Brain Res. 1377:1); glutamate decarboxylase (GAD) promoter (Rasmussen et al. (2007) Brain Res. 1144:19; Ritter et al. (2016) J. Gene Med. 18:27); cholecystokinin (CCK) promoter (Ritter et al. (2016) J. Gene Med. 18:27); parvalbumin (PV) promoter; somatostatin promoter (SST); neuropeptide Y (NPY) promoter; and a vasoactive intestinal peptide (VIP) promoter. Suitable promoters include, but are not limited to, the red light sensitive conopsin promoter, the rhodopsin promoter, the rhodopsin kinase promoter, and the GluR promoter (eg, the GluR6 promoter; also referred to as grm6). Suitable promoters include, but are not limited to, the vitelliform macular degeneration 2 (VMD2) gene promoter or the interphotoreceptor retinol-binding protein (IRBP) gene promoter. Also suitable for use is the L7 promoter (Oberdick et al. (1990) Science 248:223), the thy-1 promoter, the recoverin promoter (Wiechmann and Howard (2003) Curr. Eye Res. 26:25); calbindin promoter; and a beta actin promoter. Suitable promoters include synthetic (non-naturally occurring) promoter/enhancer combinations.

В некоторых случаях нуклеиновая кислота, содержащая нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или полипептид LW-опсин, и/или полипептид SW-опсин, находится в рекомбинантном векторе экспрессии. Подходящие векторы экспрессии включают, но не ограничиваются ими, лентивирусный вектор, вектор вируса простого герпеса (HSV), вектор аденовируса, ретровирусный вектор, вектор аденоассоциированного вируса (AAV) и тому подобное. Таким образом, в некоторых случаях нуклеиновая кислота, содержащая нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или полипептид LW-опсин, и/или полипептид SW-опсин, представляет собой рекомбинантный лентивирусный вектор, рекомбинантный вектор HSV, рекомбинантный вектор аденовируса, рекомбинантный ретровирусный вектор или рекомбинантный вектор AAV. In some cases, a nucleic acid containing a nucleotide sequence encoding a MW-opsin polypeptide and/or an LW-opsin polypeptide and/or a SW-opsin polypeptide is present in a recombinant expression vector. Suitable expression vectors include, but are not limited to, a lentiviral vector, a herpes simplex virus (HSV) vector, an adenovirus vector, a retroviral vector, an adeno-associated virus (AAV) vector, and the like. Thus, in some cases, the nucleic acid containing the nucleotide sequence encoding the MW-opsin polypeptide and/or the LW-opsin polypeptide and/or the SW-opsin polypeptide is a recombinant lentiviral vector, a recombinant HSV vector, a recombinant adenovirus vector, a recombinant retroviral vector or recombinant AAV vector.

В некоторых случаях нуклеиновая кислота (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащая нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или полипептид LW-опсин, и/или полипептид SW-опсин, находится в комплексе с наночастицей. In some cases, a nucleic acid (eg, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin polypeptide and/or an LW-opsin polypeptide and/or a SW-opsin polypeptide is complexed with the nanoparticle.

В некоторых случаях нуклеиновая кислота, содержащая нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или полипептид LW-опсин, и/или SW-опсин, представляет собой рекомбинантный вектор AAV (rAAV). В некоторых случаях вектор rAAV содержит нуклеотидную последовательность, кодирующую вариантный белок капсида AAV, где вариантный белок капсида AAV обеспечивает инфекционность по отношению к клеткам сетчатки и/или способность пересекать внутреннюю ограничивающую мембрану (ILM) в глазу. See, e.g., Day et al. (2014) Adv. Exp. Med. Biol. 801:687; Boye et al. (2016) J. Virol. 90:4215; Vandenberghe and Auricchio (2012) Gene Therapy 19:162; Klimczak et al. (2009) PLoS One 4:e7467; патентная публикация США № 2012/0164106; и патентная публикация США № 2016/0017295. In some cases, the nucleic acid containing the nucleotide sequence encoding the MW-opsin polypeptide and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide is a recombinant AAV vector (rAAV). In some instances, the rAAV vector contains a nucleotide sequence encoding a variant AAV capsid protein, wherein the variant AAV capsid protein provides infectivity to retinal cells and/or ability to cross the inner limiting membrane (ILM) in the eye. See, e.g., Day et al. (2014) Adv. Exp. Med. Biol. 801:687; Boye et al. (2016) J. Virol. 90:4215; Vandenberghe and Auricchio (2012) Gene Therapy 19:162; Klimczak et al. (2009) PLoS One 4:e7467; US Patent Publication No. 2012/0164106; and US Patent Publication No. 2016/0017295.

Клетки сетчатки включают ганглиозные клетки сетчатки; амакринные клетки; горизонтальные клетки; биполярные клетки; и фоторецепторные клетки, включая палочки и колбочки. Retinal cells include retinal ganglion cells; amacrine cells; horizontal cells; bipolar cells; and photoreceptor cells, including rods and cones.

В некоторых случаях способ по настоящему изобретению включает введение нуждающемуся в этом индивидууму, фармацевтической композиции, содержащей: а) нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или полипептид SW-опсин; и b) фармацевтически приемлемое вспомогательное вещество.In some instances, the method of the present invention comprises administering to an individual in need thereof a pharmaceutical composition comprising: a) a nucleic acid (e.g., a recombinant expression vector) comprising a nucleotide sequence encoding a MW-opsin and/or LW-opsin polypeptide, and/or SW-opsin polypeptide; and b) a pharmaceutically acceptable excipient.

Фармацевтическая композиция, содержащую нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, может быть введена пациенту отдельно или в комбинации с другими дополнительными активными веществами. Фармацевтические композиции могут быть изготовлены с использованием любого из множества способов, включая, без ограничения, обычное смешивание, растворение, гранулирование, дражирование, растирание в порошок, эмульгирование, капсулирование, захватывание и лиофилизацию. Фармацевтическая композиция может принимать любую из множества форм, включая, без ограничения, стерильный раствор, суспензию, эмульсию, лиофилизат, таблетку, пилюлю, пеллету, капсулу, порошок, сироп, эликсир или любую другую лекарственную форму, подходящую для введения.A pharmaceutical composition containing a nucleic acid (for example, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide can be administered to a patient alone or in combination with other additional active substances. . Pharmaceutical compositions can be made using any of a variety of methods, including, without limitation, conventional mixing, dissolving, granulating, panning, triturating, emulsifying, encapsulating, trapping, and lyophilizing. The pharmaceutical composition may take any of a variety of forms, including, without limitation, a sterile solution, suspension, emulsion, lyophilisate, tablet, pill, pellet, capsule, powder, syrup, elixir, or any other dosage form suitable for administration.

Фармацевтическая композиция, содержащая нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или полипептид LW-опсин, и/или полипептид SW-опсин, может необязательно включать фармацевтически приемлемый носитель(и), который облегчает переработку активного ингредиента в фармацевтически приемлемые композиции. Термин «фармакологически приемлемый носитель», в контексте данного документа, относится к любому носителю, который практически не оказывает длительного или постоянного негативного воздействия при введении, и охватывает такие термины, как «фармакологически приемлемый носитель, стабилизатор, разбавитель, вспомогательное вещество или наполнитель». Такой носитель обычно смешивают с активным соединением (например, нуклеиновой кислотой по настоящему изобретению) или разбавляют, или заключают в него активное соединение, и такой носитель может быть твердым, полутвердым или жидким агентом. Понятно, что активные ингредиенты могут быть растворимыми или могут быть доставлены в виде суспензии в желаемом носителе или разбавителе. Может быть использован любой из множества фармацевтически приемлемых носителей, включая, без ограничения, водную среду, такую как, например, дистиллированная, деионизированная вода, физиологический раствор; растворители; дисперсионные среды; покрытия; антибактериальные и противогрибковые средства; изотонические и задерживающие абсорбцию агенты; или любое другое вспомогательное вещество. Выбор фармакологически приемлемого носителя может зависеть от способа введения. За исключением случаев, когда какой-либо фармакологически приемлемый носитель несовместим с активным ингредиентом, предполагается его использование в фармацевтически приемлемых композициях. Неограничивающие примеры конкретного использования таких фармацевтических носителей можно найти в “Pharmaceutical Dosage Forms and Drug Delivery Systems” (Howard C. Ansel et al., eds., Lippincott Williams & Wilkins Publishers, 7th ed. 1999); “Remington: The Science and Practice of Pharmacy” (Alfonso R. Gennaro ed., Lippincott, Williams & Wilkins, 20th 2000); “Goodman & Gilman’s The Pharmacological Basis of Therapeutics” Joel G. Hardman et al., eds., McGraw-Hill Professional, 10.sup.th ed. 2001); и “Handbook of Pharmaceutical Excipients” (Raymond C. Rowe et al., APhA Publications, 4th edition 2003).A pharmaceutical composition containing a nucleic acid (e.g., a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin polypeptide and/or an LW-opsin polypeptide and/or a SW-opsin polypeptide may optionally include a pharmaceutically acceptable carrier(s), which facilitates processing of the active ingredient into pharmaceutically acceptable compositions. The term "pharmacologically acceptable carrier", as used herein, refers to any carrier that has little or no lasting or permanent adverse effect when administered, and encompasses terms such as "pharmacologically acceptable carrier, stabilizer, diluent, excipient, or excipient". Such a carrier is usually admixed with the active compound (eg, the nucleic acid of the present invention) or diluted with or enclosed in the active compound, and such carrier may be a solid, semi-solid, or liquid agent. It is understood that the active ingredients may be soluble or may be delivered as a suspension in the desired carrier or diluent. Any of a variety of pharmaceutically acceptable carriers may be used, including, without limitation, an aqueous medium such as, for example, distilled, deionized water, saline; solvents; dispersion media; coatings; antibacterial and antifungal agents; isotonic and absorption delaying agents; or any other excipient. The choice of pharmacologically acceptable carrier may depend on the route of administration. Unless any pharmacologically acceptable carrier is incompatible with the active ingredient, it is intended to be used in pharmaceutically acceptable compositions. Non-limiting examples of the specific use of such pharmaceutical carriers can be found in "Pharmaceutical Dosage Forms and Drug Delivery Systems" (Howard C. Ansel et al., eds., Lippincott Williams & Wilkins Publishers, 7th ed . 1999); “Remington: The Science and Practice of Pharmacy” (Alfonso R. Gennaro ed., Lippincott, Williams & Wilkins , 20th 2000); “Goodman &Gilman's The Pharmacological Basis of Therapeutics” Joel G. Hardman et al., eds., McGraw-Hill Professional, 10.sup.th ed. 2001); and “Handbook of Pharmaceutical Excipients” (Raymond C. Rowe et al., APhA Publications, 4th edition 2003).

Фармацевтическая композиция может необязательно содержать, без ограничения, другие фармацевтически приемлемые компоненты, включая, без ограничения, буферы, консерванты, агенты, регулирующие тоничность, соли, антиоксиданты, физиологические растворы, вещества, влияющие на фармакологические свойства, наполнители, эмульгирующие агенты, смачивающие агенты, подсластители или ароматизаторы, и тому подобное. Различные буферные растворы и средства для регуляции рН могут быть использованы для приготовления фармацевтической композиции при условии, что полученный препарат является фармацевтически приемлемым. Такие буферы включают, без ограничения, ацетатные буферы, цитратные буферы, фосфатные буферы, нейтральный солевой буферный раствор, фосфатно-солевой буферный раствор и боратный буфер. Понятно, что кислоты или основания могут быть использованы для регуляции рН композиции по мере необходимости. Фармацевтически приемлемые антиоксиданты включают, без ограничения, метабисульфит натрия, тиосульфат натрия, ацетилцистеин, бутилированный гидроксианизол и бутилированный гидрокситолуол. Пригодные консерванты включают, без ограничения, хлорид бензалкония, хлорбутанол, тимеросал, ацетат фенилртути, нитрат фенилртути и стабилизированный оксихлор-комплекс, например, PURITE™. Агенты, регулирующие тоничность, подходящие для включения в фармацевтическую композицию, включают, без ограничения, соли, такие как, например, хлорид натрия, хлорид калия, маннит или глицерин, и другие фармацевтически приемлемые агенты, регулирующие тоничность. Понятно, что эти и другие вещества, известные в области фармакологии, могут быть включены в фармацевтическую композицию.The pharmaceutical composition may optionally contain, without limitation, other pharmaceutically acceptable ingredients, including, but not limited to, buffers, preservatives, tonicity agents, salts, antioxidants, saline solutions, pharmacological agents, excipients, emulsifying agents, wetting agents, sweeteners or flavorings, and the like. Various buffer solutions and pH adjusters can be used to prepare a pharmaceutical composition, provided that the resulting preparation is pharmaceutically acceptable. Such buffers include, without limitation, acetate buffers, citrate buffers, phosphate buffers, neutral saline buffer, phosphate buffered saline, and borate buffer. It is understood that acids or bases can be used to adjust the pH of the composition as needed. Pharmaceutically acceptable antioxidants include, without limitation, sodium metabisulphite, sodium thiosulfate, acetylcysteine, butylated hydroxyanisole, and butylated hydroxytoluene. Suitable preservatives include, without limitation, benzalkonium chloride, chlorobutanol, thimerosal, phenylmercuric acetate, phenylmercuric nitrate, and a stabilized oxychloro complex such as PURITE™. Tonicity agents suitable for inclusion in the pharmaceutical composition include, without limitation, salts such as, for example, sodium chloride, potassium chloride, mannitol or glycerin, and other pharmaceutically acceptable tonicity agents. It is clear that these and other substances known in the field of pharmacology, can be included in the pharmaceutical composition.

Некоторые примеры веществ, которые могут выступать как фармацевтически приемлемые носители, включают (1) сахара, такие как лактоза, глюкоза и сахароза; (2) крахмал, такой как кукурузный крахмал и картофельный крахмал; (3) целлюлоза и ее производные, такие как натрийкарбоксиметилцеллюлоза, этилцеллюлоза и ацетат целлюлозы; (4) порошкообразный трагакант; (5) солод; (6) желатин; (7) тальк; (8) наполнители, такие как масло какао и воски для суппозиториев; (9) масла, такие как арахисовое масло, хлопковое масло, сафлоровое масло, кунжутное масло, оливковое масло, кукурузное масло и соевое масло; (10) гликоли, такие как пропиленгликоль; (11) полиолы, такие как глицерин, сорбит, маннит и полиэтиленгликоль; (12) сложные эфиры, такие как этилолеат и этиллаурат; (13) агар; (14) буферные агенты, такие как гидроксид магния и гидроксид алюминия; (15) альгиновая кислота; (16) апирогенная вода; (17) изотонический солевой раствор; (18) раствор Рингера; (19) этиловый спирт; (20) рН-регулирующие буферные растворы; (21) сложные полиэфиры, поликарбонаты и/или полиангидриды; и (22) другие нетоксичные совместимые вещества, используемые в фармацевтических композициях. Some examples of substances that can act as pharmaceutically acceptable carriers include (1) sugars such as lactose, glucose and sucrose; (2) starch such as corn starch and potato starch; (3) cellulose and its derivatives such as sodium carboxymethyl cellulose, ethyl cellulose and cellulose acetate; (4) powdered tragacanth; (5) malt; (6) gelatin; (7) talc; (8) excipients such as cocoa butter and suppository waxes; (9) oils such as peanut oil, cottonseed oil, safflower oil, sesame oil, olive oil, corn oil and soybean oil; (10) glycols such as propylene glycol; (11) polyols such as glycerol, sorbitol, mannitol and polyethylene glycol; (12) esters such as ethyl oleate and ethyl laurate; (13) agar; (14) buffering agents such as magnesium hydroxide and aluminum hydroxide; (15) alginic acid; (16) pyrogen-free water; (17) isotonic saline solution; (18) Ringer's solution; (19) ethyl alcohol; (20) pH-adjusting buffer solutions; (21) polyesters, polycarbonates and/or polyanhydrides; and (22) other non-toxic compatible substances used in pharmaceutical compositions.

В некоторых случаях нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или полипептид LW-опсин, и/или полипептид SW-опсин, составляют с одним или более биосовместимыми полимерами. Подходящие биосовместимые полимеры включают, но не ограничиваются ими, полиамиды, поликарбонаты, полиалкилены, полиалкиленгликоли, полиалкиленоксиды, полиалкилентерефталаты, поливиниловые спирты, поливиниловые эфиры, поливиниловые эфиры, поливинилгалогениды, поли(винилпирролидон), полигликолиды, полисилоксаны, полиуретаны и их сополимеры, алкилцеллюлоза, гидроксиалкилцеллюлозы, простые эфиры целлюлозы, сложные эфиры целлюлозы, нитроцеллюлозы, полимеры акриловых и метакриловых эфиров, метилцеллюлоза, этилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, гидроксипропилметилцеллюлоза, гидроксибутилметилцеллюлоза, ацетат целлюлозы, пропионат целлюлозы, ацетатбутират целлюлозы, ацетатфталат целлюлозы, карбоксилэтилцеллюлоза, триацетат целлюлозы, натриевая соль сульфата целлюлозы, полиметилметакрилат), поли(этилметакрилат), поли(бутилметакрилат), поли(изобутилметакрилат\поли(гексилметакрилат), поли(изодецилметакрилат), поли(лаурилметакрилат), поли(фенилметакрилат), поли(метилакрилат), поли(изопропилакрилат), поли(изобутилакрилат), поли(октадецилакрилат), полиэтилен, полипропилен поли(этиленгликоль), поли(этиленоксид), поли(этилентерефталат), поливиниловые спирты, поливинилацетат, поливинилхлорид полистирол, поли(винилпирролидон), полигиалуроновые кислоты, казеин, желатин, глютин, полиангидриды, полиакриловая кислота, альгинат, хитозан, поли(метилметакрилаты), поли(этилметакрилаты), поли(бутилметакрилат), поли(изобутилметакрилат), поли(гексилметакрилат) поли(изодецилметакрилат), поли(лаурилметакрилат), поли(фенилметакрилат), поли(метилакрилат), поли(изопропилакрилат), поли(изобутилакрилат), поли(октадецилакрилат) и комбинации любого из вышеизложенного.In some cases, a nucleic acid (eg, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin polypeptide and/or an LW-opsin polypeptide and/or a SW-opsin polypeptide is formulated with one or more biocompatible polymers. Suitable biocompatible polymers include, but are not limited to, polyamides, polycarbonates, polyalkylenes, polyalkylene glycols, polyalkylene oxides, polyalkylene terephthalates, polyvinyl alcohols, polyvinyl ethers, polyvinyl ethers, polyvinyl halides, poly(vinylpyrrolidone), polyglycolides, polysiloxanes, polyurethanes and their copolymers, alkylcelluloses, hydroxyalkylcelluloses , cellulose ethers, cellulose esters, nitrocelluloses, polymers of acrylic and methacrylic ethers, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, hydroxybutyl methyl cellulose, cellulose acetate, cellulose propionate, cellulose acetate butyrate, cellulose acetate phthalate, carboxyethyl cellulose, cellulose triacetate, sodium cellulose sulfate, polymethyl methacrylate ), poly(ethyl methacrylate), poly(butyl methacrylate), poly(isobutyl methacrylate\poly(hexyl methacrylate), poly(isodecyl methacrylate), poly(lauryl methacrylate), poly(phenyl methacrylate), poly(methyl acrylate), poly(isopropylacryl m), poly(isobutyl acrylate), poly(octadecyl acrylate), polyethylene, polypropylene poly(ethylene glycol), poly(ethylene oxide), poly(ethylene terephthalate), polyvinyl alcohols, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride polystyrene, poly(vinylpyrrolidone), polyhyaluronic acids, casein, gelatin , glutin, polyanhydrides, polyacrylic acid, alginate, chitosan, poly(methyl methacrylates), poly(ethyl methacrylates), poly(butyl methacrylate), poly(isobutyl methacrylate), poly(hexyl methacrylate) poly(isodecyl methacrylate), poly(lauryl methacrylate), poly(phenyl methacrylate) , poly(methyl acrylate), poly(isopropylacrylate), poly(isobutyl acrylate), poly(octadecyl acrylate), and combinations of any of the foregoing.

В некоторых случаях нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или полипептид LW-опсин, и/или полипептид SW-опсин, формулируют в липосому. См., например, патентную публикацию США № 2017/0119666. В некоторых случаях нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или полипептид LW-опсин, и/или полипептид SW-опсин, формулируют в наночастицу. Наночастицы включают, например, наночастицы полиалкилцианоакрилата, наночастицы, содержащие поли(молочную кислоту), наночастицы, включающие наночастицы сополимера молочной кислоты и гликолевой кислоты (PLGA), и тому подобное. В некоторых случаях нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или полипептид LW-опсин, и/или полипептид SW-опсин, формулируют в липосому. Подходящие компоненты гидрогеля включают, но не ограничиваются ими, шелк (см., например, публикацию патента США № 2017/0173161), поли(молочную кислоту) (PLA), поли(гликолевую кислоту) (PGA), сополимер лактида с гликолидом (PLGA), сложные полиэфиры, поли(ортоэфир), поли(фосфазин), поли(фосфатный эфир), поликапролактон, желатин, коллаген, целлюлоза, гиалуронан, поли(этиленгликоль) (PEG), триблочные сополимеры, полилизин, поли(этиленоксид), поли(винилпирролидон), гиалуроновую кислоту, акрилированную гиалуроновую кислоту, поли(N-изопропилакриламид) и тому подобное. In some instances, a nucleic acid (eg, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin polypeptide and/or an LW-opsin polypeptide and/or a SW-opsin polypeptide is formulated into a liposome. See, for example, US Patent Publication No. 2017/0119666. In some cases, a nucleic acid (eg, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin polypeptide and/or an LW-opsin polypeptide and/or a SW-opsin polypeptide is formulated into a nanoparticle. The nanoparticles include, for example, polyalkylcyanoacrylate nanoparticles, poly(lactic acid)-containing nanoparticles, nanoparticles including lactic acid-glycolic acid (PLGA) nanoparticles, and the like. In some instances, a nucleic acid (eg, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin polypeptide and/or an LW-opsin polypeptide and/or a SW-opsin polypeptide is formulated into a liposome. Suitable hydrogel components include, but are not limited to, silk (see, for example, US Patent Publication No. 2017/0173161), poly(lactic acid) (PLA), poly(glycolic acid) (PGA), lactide-glycolide copolymer (PLGA ), polyesters, poly(orthoester), poly(phosphazine), poly(phosphate ester), polycaprolactone, gelatin, collagen, cellulose, hyaluronan, poly(ethylene glycol) (PEG), triblock copolymers, polylysine, poly(ethylene oxide), poly (vinylpyrrolidone), hyaluronic acid, acrylated hyaluronic acid, poly(N-isopropylacrylamide), and the like.

В некоторых случаях композиция, содержащая нуклеиновую кислоту (например, вектор рекомбинантной экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или полипептид LW-опсин, и/или полипептид SW-опсин, находится в солевом буферном растворе. В некоторых случаях композиция, содержащая рекомбинантный вектор экспрессии на основе вируса, содержащий нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, находится в солевом буферном растворе в количестве от около 108 до около 1015 вирусных геномов (вг) в объеме от около 50 мкл до около 1000 мкл. Например, в некоторых случаях композиция, содержащая рекомбинантный вектор экспрессии на основе вируса, содержащий нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, находится в солевом буферном растворе в количестве от около 108 вг до около 109 вг, от около 109 вг до около 1010 вг, от около 1010 вг до около 1011 вг, от около 1011 вг до около 1012 вг, от около 1012 вг до около 1013 вг, от около 1013 вг до около 1014 вг, или от около 1014 вг до около 1015 вг, в объеме от около 50 мкл до около 75 мкл, от около 75 мкл до около 100 мкл, от около 100 мкл до около 150 мкл, от около 150 мкл до около 200 мкл, от около 200 мкл до около 300 мкл, от около 300 мкл до около 400 мкл, от около 400 мкл до около 500 мкл, от около 500 мкл до около 600 мкл, от около 600 мкл до около 700 мкл, от около 800 до 900 мкл или от около 900 до около 1000 мкл. В некоторых случаях композиция, содержащая нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, находится в солевом буферном растворе, содержащем неионный детергент в концентрации около 0,001%. Подходящие неионные детергенты включают, например, Pluronic F68®. В некоторых случаях композиция, содержащая рекомбинантный вирусный вектор экспрессии, содержащий нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, находится в солевом буферном растворе в количестве от около 108 вг до около 109 вг, от около 109 вг до около 1010 вг, от около 1010 вг до около 1011 вг, от около 1011 вг до около 1012 вг, от около 1012 вг до около 1013 вг, от около 1013 вг до около 1014 вг, или от около 1014 вг до около 1015 вг, в объеме от около 50 мкл до около 75 мкл, от около 75 мкл до около 100 мкл, от около 100 мкл до около 150 мкл, от около 150 мкл до около 200 мкл, от около 200 мкл до около 300 мкл, от около 300 мкл до около 400 мкл, от около 400 мкл до около 500 мкл, от около 500 мкл до около 600 мкл, от около 600 мкл до около 700 мкл, от около 800 до около 900 мкл или от около 900 до около 1000 мкл, причем солевой буферный раствор содержит неионный детергент в концентрации около 0,001%. Солевой раствор может содержать 0,9% NaCl.In some cases, a composition containing a nucleic acid (eg, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin polypeptide and/or an LW-opsin polypeptide and/or a SW-opsin polypeptide is in a saline buffer solution. In some cases, a composition containing a recombinant virus-based expression vector containing a nucleotide sequence encoding a MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide is in a saline buffer solution in an amount of from about 10 8 to about 10 15 viral genomes (vg) in volumes from about 50 µl to about 1000 µl. For example, in some cases, a composition containing a recombinant virus-based expression vector containing a nucleotide sequence encoding a MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide is in a saline buffer solution in an amount of from about 10 8 wg up to about 10 9 hr, from about 10 9 hr to about 10 10 hr, from about 10 10 hr to about 10 11 hr, from about 10 11 hr to about 10 12 hr, from about 10 12 hr to about 10 13 hr, from about 10 13 vg to about 10 14 vg, or from about 10 14 vg to about 10 15 vg, in a volume of about 50 µl to about 75 µl, from about 75 µl to about 100 µl, from about 100 µl to about 150 µl, from about 150 µl to about 200 µl, from about 200 µl to about 300 µl, from about 300 µl to about 400 µl, from about 400 µl to about 500 µl, from about 500 µl to about 600 µl, from about 600 µl to about 700 µl, from about 800 to 900 µl, or from about 900 to about 1000 µl. In some cases, a composition containing a nucleic acid (for example, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding a MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide is in a saline buffer solution containing a non-ionic detergent at a concentration about 0.001%. Suitable non-ionic detergents include, for example, Pluronic F68®. In some cases, a composition containing a recombinant viral expression vector containing a nucleotide sequence encoding a polypeptide MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin is in a saline buffer solution in an amount of from about 10 8 to about 10 9 vg, from about 10 9 vg to about 10 10 vg, from about 10 10 vg to about 10 11 vg, from about 10 11 vg to about 10 12 vg, from about 10 12 vg to about 10 13 vg, from about 10 13 vg to about 10 14 vg, or from about 10 14 vg to about 10 15 vg, in a volume of about 50 µl to about 75 µl, from about 75 µl to about 100 µl, from about 100 µl to about 150 µl, from about 150 µl to about 200 µl, about 200 µl to about 300 µl, about 300 µl to about 400 µl, about 400 µl to about 500 µl, about 500 µl to about 600 µl, about 600 µl to about 700 µl, from about 800 to about 900 µl, or from about 900 to about 1000 µl, and buffered saline solution contains a non-ionic detergent at a concentration of about 0.001%. The saline solution may contain 0.9% NaCl.

Нуклеиновая кислота (например, рекомбинантный вектор экспрессии, такой как рекомбинантный вирусный вектор), содержащая нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, может быть введена нуждающемуся в этом индивидууму согласно любому из множества способов введения. Подходящие пути введения включают, например, периокулярный, интраокулярный, интравитреальный, субконъюнктивный, ретробульбарный, в склеру и межкамерный. В некоторых случаях нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, доставляют путем интравитреальной инъекции. В некоторых случаях нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащая нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, доставляют внутриглазным способом. В некоторых случаях нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, доставляют посредством субретинальной инъекции.A nucleic acid (e.g., a recombinant expression vector, such as a recombinant viral vector) containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide may be administered to an individual in need according to any one of a variety of methods of administration. Suitable routes of administration include, for example, periocular, intraocular, intravitreal, subconjunctival, retrobulbar, intrascleral, and intercameral. In some cases, a nucleic acid (eg, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding a MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide is delivered by intravitreal injection. In some instances, a nucleic acid (eg, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide is delivered intraocularly. In some cases, a nucleic acid (eg, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding a MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide is delivered via subretinal injection.

В некоторых случаях способ по настоящему изобретению включает однократное введение нуждающемуся в этом индивидууму (на глаз) композиции, содержащей нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии, такой как рекомбинантный вирусный вектор), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин. In some cases, the method of the present invention comprises a single administration to an individual in need (per eye) of a composition containing a nucleic acid (e.g., a recombinant expression vector, such as a recombinant viral vector) containing a nucleotide sequence encoding a MW-opsin and/or LW polypeptide. -opsin, and/or SW-opsin.

В некоторых случаях индивидууму вводят множественные дозы нуклеиновой кислоты (например, рекомбинантного вектора экспрессии), содержащей нуклеотидную последовательность, кодирующую MW-опсин и/или LW-опсин. Например, в некоторых случаях нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, вводят один раз в месяц, два раза в месяц, три раза в месяц, каждую вторую неделю (qow), один раз в неделю (qw), два раза в неделю (biw), три раза в неделю (tiw), четыре раза в неделю, пять раз в неделю, шесть раз в неделю, через день (qod), ежедневно (qd), два раза в день (qid) или три раза в день (tid).In some cases, an individual is administered multiple doses of a nucleic acid (eg, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding an MW opsin and/or an LW opsin. For example, in some cases, a nucleic acid (for example, a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding a MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide is administered once a month, twice a month, three once a month, every second week (qow), once a week (qw), twice a week (biw), three times a week (tiw), four times a week, five times a week, six times a week, every other day (qod), daily (qd), twice a day (qid), or three times a day (tid).

Нуклеиновая кислота (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, может быть введена индивидууму в течение периода времени от около 1 день до около 1 года или более 1 года. Например, нуклеиновая кислота (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащая нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, может быть введена индивидууму в течение периода времени от 1 недели до 2 недель, от 2 недель до 1 месяца, от 1 месяца до 4 месяцев, от 4 месяцев до 6 месяцев, от 6 месяцев до 1 года или более 1 года.A nucleic acid (e.g., a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding a MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide may be administered to an individual over a period of time from about 1 day to about 1 year, or over 1 year. For example, a nucleic acid (e.g., a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding a MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide can be administered to an individual over a period of 1 week to 2 weeks, 2 weeks to 1 month, 1 month to 4 months, 4 months to 6 months, 6 months to 1 year, or more than 1 year.

Когда нуклеиновая кислота, содержащая нуклеотидную последовательность, представляет собой рекомбинантный вектор экспрессии на основе вируса, содержащий нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, рекомбинантный вирусный вектор может быть введен в количестве от около 108 вг до около 109 вг, от около 109 вг до около 1010 вг, от около 1010 вг до около 1011 вг, от около 1011 до около 1012 вг, от около 1012 вг до около 1013 вг, от около 1013 вг до около 1014 вг или от около 1014 вг до около 1015 вг на дозу.When the nucleic acid containing the nucleotide sequence is a recombinant viral expression vector containing a nucleotide sequence encoding an MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin polypeptide, the recombinant viral vector may be introduced in an amount of about 10 8 bg to about 10 9 bg, about 10 9 bg to about 10 10 bg, from about 10 10 bg to about 10 11 bg, from about 10 11 to about 10 12 bg, from about 10 12 bg to about 10 13 vg, from about 10 13 vg to about 10 14 vg, or from about 10 14 vg to about 10 15 vg per dose.

Нуклеиновую кислоту (например, рекомбинантный вектор экспрессии), содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, вводят в количестве, эффективном для улучшения зрительной функции у индивидуума по меньшей мене на 10%, по меньшей мене на 15%, по меньшей мене на 20%, по меньшей мене на 25%, по меньшей мене на 30%, по меньшей мене на 40%, по меньшей мене на 50%, по меньшей мене в 2 раза, по меньшей мене в 5 раз, по меньшей мене в 10 раз или более чем в 10 раз по сравнению со зрительной функцией до введения нуклеиновой кислоты. Испытания зрительной функции известны в данной области техники, и любое испытание может применяться для оценки зрительной функции. A nucleic acid (e.g., a recombinant expression vector) containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide is administered in an amount effective to improve visual function in an individual by at least 10%. , at least 15%, at least 20%, at least 25%, at least 30%, at least 40%, at least 50%, at least 2 times, at least 5-fold, at least 10-fold, or more than 10-fold compared to visual function prior to nucleic acid administration. Visual function tests are known in the art and any test can be used to evaluate visual function.

Индивидуумы, подходящие для лечения способом по настоящему изобретению, включают индивидуумов, имеющих сниженную зрительную функцию из-за потери фоторецепторов палочек и колбочек. В некоторых случаях индивидуум имеет наследственное дегенеративное заболевание сетчатки, такое как пигментный ретинит, ретиношизис или врожденный амавроз Лебера. В некоторых случаях индивидуум имеет заболевание глаз (например, наследственное заболевание глаз), выбранное из пигментного ретинита, макулярной дегенерации, возрастной макулярной дегенерации, ретиношизиса и врожденного амавроза Лебера, а также диабетической ретинопатии. Индивидуумы, подходящие для лечения способом по настоящему изобретению, включают индивидуумов, имеющих состояние дегенерации сетчатки, при котором снижается чувствительность к естественному свету и, следовательно, нарушается зрение, но где нейроны находятся в конце цепи сетчатки (например, биполярные клетки или амакринные интернейроны, или ганглиозные клетки, которые выводятся в мозг) защищены и могут быть осуществлены непосредственно чувствительными к свету путем введения конопсина (ов).Individuals suitable for treatment with the method of the present invention include individuals having reduced visual function due to loss of rod and cone photoreceptors. In some cases, the individual has an inherited degenerative retinal disease such as retinitis pigmentosa, retinoschisis, or Leber's congenital amaurosis. In some cases, the individual has an eye disease (eg, an inherited eye disease) selected from retinitis pigmentosa, macular degeneration, age-related macular degeneration, retinoschisis and Leber's congenital amaurosis, and diabetic retinopathy. Individuals suitable for treatment with the method of the present invention include individuals having a retinal degeneration condition in which sensitivity to natural light is reduced and therefore vision is impaired, but where neurons are at the end of the retinal circuit (e.g., bipolar cells or amacrine interneurons, or ganglion cells that are excreted in the brain) are protected and can be made directly light sensitive by administration of conopsin(s).

Индивидуумы, подходящие для лечения способом по настоящему изобретению, включают индивидуумов, имеющих поражение сетчатки, которое является травматической или острой, без генетической или наследственной основы. Например, в некоторых случаях у индивидуума имело место отслоение сетчатки вследствие тупой травмы, такой как поражение ударной волной (например, в военном сражении), или в результате удара по голове, например, в ходе автокатастрофы, или другого несчастного случая, приводящего к удару в голову. В некоторых случаях фоторецепторы гибнут из-за травматического отслоения сетчатки от основного RPE, но внутренние нейроны сетчатки не повреждены. Индивидуумы, подходящие для лечения способом по настоящему изобретению, включают индивидуумов, имеющих потерю фоторецептора из-за острого светового повреждения, воздействия лазера или химического токсического действия.Individuals suitable for treatment with the method of the present invention include individuals having retinal lesions that are traumatic or acute, without a genetic or hereditary basis. For example, in some cases, an individual has experienced retinal detachment due to blunt trauma, such as a blast injury (eg, in a military battle), or as a result of a blow to the head, such as during a car accident or other accident resulting in a blow to the head. head. In some cases, photoreceptors die due to traumatic retinal detachment from the underlying RPE, but intrinsic retinal neurons are intact. Subjects suitable for treatment with the method of the present invention include those having loss of a photoreceptor due to acute light damage, laser exposure, or chemical toxicity.

КомпозицииCompositions

В настоящем изобретении предлагается композиция, содержащая один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, содержащей одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов. В случае, если композицию вводят нуждающемуся в этом индивидууму, одна или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта, так что один или более конопсинов продуцируются в глазу субъекта, что приводит к одному или более положительным клиническим результатам. Например, когда композицию вводят в глаз нуждающегося в этом индивидуума, одна или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта, так что один или более конопсинов продуцируются в глазу субъекта, что приводит к одному или более положительным клиническим результатам. Когда одна или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта, так что один или более конопсинов продуцируются в глазу субъекта, это приводит к одному или более положительным клиническим результатам. Положительные клинические результаты включают: 1) субъект может различать между изображением, содержащим вертикальную линию, и изображением, содержащим горизонтальную линию, в анализе распознавания пространственного паттерна; 2) субъект может различать между изображением, содержащим статическую линию, и изображением, содержащим движущуюся линию, в анализе распознавания пространственного паттерна; 3) субъект может различать между мигающим светом и постоянным светом в анализе временного светового паттерна; 4) субъект может распознавать изображение при интенсивности света от около 10-4 Вт/см2 до около 10 Вт/см2 в анализе распознавания изображения; и 5) субъект может различать между областью с белым светом и областью без белого света в анализе избегания света. The present invention provides a composition containing one or more recombinant nucleic acid vectors containing one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins. In the event that the composition is administered to an individual in need thereof, one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins are expressed in the eye of the subject in need such that one or more conopsins are produced in the subject's eye, resulting in one or more positive clinical effects. results. For example, when the composition is administered to the eye of a subject in need, one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins are expressed in the eye of the subject in need such that one or more conopsins are produced in the subject's eye, resulting in one or more positive clinical results. When one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins are expressed in the eye of a subject in need such that one or more conopsins are produced in the subject's eye, one or more positive clinical results result. Positive clinical results include: 1) the subject can distinguish between an image containing a vertical line and an image containing a horizontal line in a spatial pattern recognition assay; 2) the subject can distinguish between an image containing a static line and an image containing a moving line in a spatial pattern recognition analysis; 3) the subject can distinguish between a flashing light and a constant light in the analysis of a temporary light pattern; 4) a subject can recognize an image at a light intensity of about 10 -4 W/cm 2 to about 10 W/cm 2 in an image recognition assay; and 5) the subject can distinguish between an area with white light and an area without white light in a light avoidance assay.

Предоставляет ли композиция один или более из указанных выше положительных клинических результатов, можно определить с помощью испытаний, известных в данной области техники. См., например, Leinonen and Tanila (2017) Behavioural Brain Research pii: S0166-4328(17)30870-7; Caporale et al. (2011). Molecular Therapy 19, 1212-9; Gaub et al. (2014) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 111, E5574-83; Gaub et al. (2015) Molecular Therapy 23:1562; and Berry et al. (2017) Nat. Commun. 8:1862.Whether the composition provides one or more of the above positive clinical results can be determined using tests known in the art. See, for example, Leinonen and Tanila (2017) Behavioral Brain Research pii: S0166-4328(17)30870-7; Caporale et al. (2011). Molecular Therapy 19, 1212-9; Gaub et al. (2014) Proc. Natl. Acad. sci. USA 111, E5574-83; Gaub et al. (2015) Molecular Therapy 23:1562; and Berry et al. (2017) Nat. commun. 8:1862.

В настоящем документе предлагается композиция, содержащая один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, содержащей одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем, когда: i) композицию вводят индивидууму, нуждающемуся в этом; или ii) композицию вводят в глаз нуждающегося в этом индивидуума таким образом, что одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта (так что один или более опсинов продуцируются в глазу субъекта), субъект может различать между изображением, содержащим вертикальную линию, и изображением, содержащим горизонтальную линию, в анализе распознавания пространственного паттерна. Композиция по настоящему изобретению, содержащая один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, содержащей одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем, когда одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта, (так, что один или более опсинов продуцируются в глазу субъекта), субъект может различать между изображением, содержащим вертикальную линию, и изображением, содержащим горизонтальную линию, в анализе распознавания пространственного паттерна.Provided herein is a composition comprising one or more recombinant nucleic acid vectors comprising one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, wherein: i) the composition is administered to an individual in need thereof; or ii) the composition is administered to the eye of a subject in need such that one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of the subject in need (so that one or more opsins are produced in the subject's eye), the subject can distinguish between an image containing a vertical line, and an image containing a horizontal line in a spatial pattern recognition analysis. A composition of the present invention containing one or more recombinant vectors of a nucleic acid containing one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, and when one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of a subject in need, (so that one or more opsins are produced in the subject's eye), the subject can distinguish between an image containing a vertical line and an image containing a horizontal line in a spatial pattern recognition assay.

Композиция по настоящему изобретению, содержащая один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, содержащих одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем, когда: i) композицию вводят нуждающемуся в этом индивидууму; или ii) композицию вводят в глаз нуждающегося в этом индивидуума таким образом, что одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта (так что один или более опсинов продуцируются в глазу субъекта), субъект может различать между изображением, содержащим статическую линию, и изображением, содержащим движущуюся линию, в анализе распознавания пространственного паттерна. Настоящее изобретение относится к композиции, содержащей один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, содержащих одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем, когда указанные одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта(так, что один или более опсинов продуцируются в глазу субъекта), субъект может различать между изображением, содержащим статическую линию, и изображением, содержащим движущуюся линию, в анализе распознавания пространственного паттерна.A composition of the present invention comprising one or more recombinant nucleic acid vectors containing one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, wherein: i) the composition is administered to an individual in need thereof; or ii) the composition is administered to the eye of a subject in need such that one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of the subject in need (so that one or more opsins are produced in the subject's eye), the subject can distinguish between an image containing a static line, and an image containing a moving line in a spatial pattern recognition analysis. The present invention relates to a composition containing one or more recombinant nucleic acid vectors containing one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, and when these one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of a subject in need (so that one or more more opsins are produced in the subject's eye), the subject can distinguish between an image containing a static line and an image containing a moving line in a spatial pattern recognition assay.

Композиция по настоящему изобретению, содержащая один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, содержащих одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем, когда: i) композицию вводят нуждающемуся в этом индивидууму, ; или ii) композицию вводят в глаз нуждающегося в этом индивидуума таким образом, что одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта (так, что один или более опсинов продуцируются в глазу субъекта), субъект может различать между мигающим светом и постоянным светом в анализе временного светового паттерна. Настоящее изобретение относится к композиции, содержащей один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, содержащих одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем, когда указанные одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта (так, что один или более опсинов продуцируются в глазу субъекта), субъект может различать между мигающим светом и постоянным светом в анализе временного светового паттерна.The composition of the present invention, containing one or more recombinant nucleic acid vectors containing one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, and when: i) the composition is administered to an individual in need, ; or ii) the composition is administered to the eye of a subject in need such that one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of the subject in need (so that one or more opsins are produced in the subject's eye), the subject can distinguish between a flashing light and a steady light in the analysis of the temporal light pattern. The present invention relates to a composition containing one or more recombinant nucleic acid vectors containing one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, and when these one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of a subject in need (so that one or more opsins are produced in the subject's eye), the subject can distinguish between a flashing light and a constant light in the analysis of a temporal light pattern.

Композиция по настоящему изобретению, содержащая один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, содержащих одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем, когда: i) композицию вводят индивидууму, нуждающемуся в этом; или ii) композицию вводят в глаз нуждающегося в этом индивидуума таким образом, что одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта (так, что один или более опсинов продуцируются в глазу субъекта), субъект может распознавать изображение с интенсивностью света от около 10-4 Вт/см2 до около 10 Вт/см2 в анализе распознавания изображений. Настоящее изобретение относится к композиции, содержащей один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, содержащих одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем, когда указанные одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта (так, что один или более опсинов образуются в глазу субъекта), субъект может распознавать изображение при интенсивности света от около 10-4 Вт/см2 до около 10 Вт/см2 (например, интенсивность света от около 10-4 Вт/см2 до около 10-3 Вт/см2, от около 10-3 Вт/см2 до около 10-2 Вт/см2, от около 10-2 Вт/см2 до около 10-1 Вт/см2 или от около 10-1 Вт/см2до около 1 Вт/см2. В некоторых случаях экспрессия полипептида MW-опсина, и/или полипептида LW-опсина, и/или полипептида SW-опсина в клетке сетчатки у индивидуума обеспечивает распознавание изображения при интенсивности света до 2 Вт/см2 до 3 Вт/см2, до 4 Вт/см2, до 5 Вт/см2 или до 10 Вт/см2) в анализе распознавания изображений. A composition of the present invention comprising one or more recombinant nucleic acid vectors containing one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, wherein: i) the composition is administered to an individual in need thereof; or ii) the composition is administered to the eye of a subject in need such that one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of the subject in need (such that one or more opsins are produced in the subject's eye), the subject can recognize an image with a light intensity of about 10 -4 W/cm 2 to about 10 W/cm 2 in image recognition analysis. The present invention relates to a composition containing one or more recombinant nucleic acid vectors containing one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, and when these one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of a subject in need (so that one or more opsins are formed in the subject's eye), the subject can recognize an image at light intensity from about 10 -4 W/cm 2 to about 10 W/cm 2 (for example, light intensity from about 10 -4 W/cm 2 to about 10 -3 W/cm 2 , from about 10 -3 W/cm 2 to about 10 -2 W/cm 2 , from about 10 -2 W/cm 2 to about 10 -1 W/cm 2 or from about 10 -1 W/cm 2 cm 2 to about 1 W/cm 2. In some instances, expression of an MW opsin polypeptide and/or an LW opsin polypeptide and/or a SW opsin polypeptide in a retinal cell in an individual provides image recognition at light intensity up to 2 W/cm 2 to 3 W/cm2, up to 4 W/cm2, up to 5 W/cm2 or up to 1 0 W/cm 2 ) in image recognition analysis.

Композиция по настоящему изобретению, содержащая один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, содержащих одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем, когда: i) композицию вводят нуждающемуся в этом индивидууму; или ii) композицию вводят в глаз нуждающегося в этом индивидуума таким образом, что одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта (так что один или более опсинов продуцируются в глазу субъекта), субъект может различать между областью с белым светом и областью без белого света в анализе избегания света. Настоящее изобретение относится к композиции, содержащей один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, содержащих одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем, когда указанные одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта (так, что один или более опсинов продуцируются в глазу субъекта), субъект может различать между областью с белым светом и областью без белого света в анализе избегания света.A composition of the present invention comprising one or more recombinant nucleic acid vectors comprising one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, wherein: i) the composition is administered to an individual in need thereof; or ii) the composition is administered to the eye of a subject in need such that one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of the subject in need (so that one or more opsins are produced in the subject's eye), the subject can distinguish between a white light area and a without white light in the light avoidance assay. The present invention relates to a composition containing one or more recombinant nucleic acid vectors containing one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, and when these one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of a subject in need (so that one or more opsins are produced in the subject's eye), the subject can distinguish between an area with white light and an area without white light in a light avoidance assay.

Конопсины, которые могут кодироваться одной или более рекомбинантными нуклеиновыми кислотами, присутствующими в композиции по настоящему изобретению, описаны выше и включают, например, MW-опсин, LW-опсин, SW-опсин, химерный опсин и тому подобное. Conopsins that can be encoded by one or more recombinant nucleic acids present in the composition of the present invention are described above and include, for example, MW-opsin, LW-opsin, SW-opsin, chimeric opsin, and the like.

В некоторых случаях один или более конопсинов, кодируемых одной или более рекомбинантными нуклеиновыми кислотами, присутствующими в композиции по настоящему изобретению, выбраны из группы, состоящей из:In some instances, the one or more conopsins encoded by the one or more recombinant nucleic acids present in the composition of the present invention are selected from the group consisting of:

a) MW-опсина, содержащего аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 1;a) an MW opsin containing an amino acid sequence that is at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the amino acid the sequence shown in SEQ ID NO: 1;

b) LW-опсина, содержащего аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 4; b) an LW opsin containing an amino acid sequence that is at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the amino acid the sequence shown in SEQ ID NO: 4;

c) SW-опсина, содержащего аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 5; иc) an SW opsin containing an amino acid sequence that is at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the amino acid the sequence shown in SEQ ID NO: 5; and

d) химерного SW-опсина, содержащего: i) внутриклеточные участки SW-опсина мыши, содержащие аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 6; и ii) трансмембранные участки SW-опсина человека, содержащие аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 5.d) a chimeric SW-opsin comprising: i) intracellular regions of a mouse SW-opsin containing an amino acid sequence that is at least 85%, at least 87%, at least 90%, at least 95% identical , at least 98%, at least 99% or 100% of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6; and ii) transmembrane regions of human SW-opsin containing an amino acid sequence that is at least 85%, at least 87%, at least 90%, at least 95%, at least 98% identical, at least 99% or 100% of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5.

В некоторых случаях композиция по настоящему изобретению содержит рекомбинантную нуклеиновую кислоту, содержащую нуклеотидную последовательность, которая кодирует один конопсин. В некоторых случаях один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, присутствующих в композиции по настоящему изобретению, содержат одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих 2 разных конопсина. Например, в некоторых случаях один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, присутствующих в композиции по настоящему изобретению, содержат одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих MW-опсин и LW-опсин. В качестве еще одного примера, в некоторых случаях один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, присутствующих в композиции по настоящему изобретению, содержат одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих MW-опсин и SW-опсин. В качестве еще одного примера, в некоторых случаях один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, присутствующих в композиции по настоящему изобретению, содержат одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих LW-опсин и SW-опсин. 2 разных конопсина могут кодироваться в одной рекомбинантной нуклеиновой кислоте. 2 разных конопсина могут кодироваться в 2 отдельных рекомбинантных нуклеиновых кислотах.In some cases, the composition of the present invention contains a recombinant nucleic acid containing a nucleotide sequence that encodes one conopsin. In some cases, one or more recombinant nucleic acid vectors present in the composition of the present invention contain one or more nucleotide sequences encoding 2 different conopsins. For example, in some cases, one or more recombinant nucleic acid vectors present in the composition of the present invention contain one or more nucleotide sequences encoding MW-opsin and LW-opsin. As another example, in some cases, one or more recombinant nucleic acid vectors present in the composition of the present invention contain one or more nucleotide sequences encoding MW-opsin and SW-opsin. As another example, in some cases, one or more recombinant nucleic acid vectors present in the composition of the present invention contain one or more nucleotide sequences encoding LW-opsin and SW-opsin. 2 different conopsins can be encoded in one recombinant nucleic acid. 2 different conopsins can be encoded in 2 separate recombinant nucleic acids.

В некоторых случаях один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, присутствующих в композиции по настоящему изобретению, содержат одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих 3 разных конопсина. Например, в некоторых случаях один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, присутствующих в композиции по настоящему изобретению, содержат одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих MW-опсин, SW-опсин и LW-опсин. 3 разных конопсина могут кодироваться на одной рекомбинантной нуклеиновой кислоте. 3 разных конопсина могут кодироваться в 3 отдельных рекомбинантных нуклеиновых кислотах.In some cases, one or more recombinant nucleic acid vectors present in the composition of the present invention contain one or more nucleotide sequences encoding 3 different conopsins. For example, in some cases, one or more recombinant nucleic acid vectors present in the composition of the present invention contain one or more nucleotide sequences encoding MW-opsin, SW-opsin and LW-opsin. 3 different conopsins can be encoded on a single recombinant nucleic acid. 3 different conopsins can be encoded in 3 separate recombinant nucleic acids.

Подходящие рекомбинантные векторы нуклеиновых кислот включают вектор на основе аденоассоциированного вируса, рекомбинантный лентивирусный вектор, рекомбинантный вектор на основе вируса простого герпеса и рекомбинантный ретровирусный вектор. В некоторых случаях один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты является/являются рекомбинантными векторами на основе аденоассоциированного вируса. В некоторых случаях рекомбинантный вектор AAV содержит нуклеотидную последовательность, кодирующую вариантный полипептид капсида, который придает повышенную инфекционность по отношению к клеткам сетчатки и/или придает повышенную способность пересекать внутреннюю ограничивающую мембрану по сравнению с капсидом AAV дикого типа. Suitable recombinant nucleic acid vectors include an adeno-associated virus vector, a recombinant lentiviral vector, a recombinant herpes simplex vector, and a recombinant retroviral vector. In some instances, one or more recombinant nucleic acid vectors are/are recombinant adeno-associated virus vectors. In some instances, the recombinant AAV vector contains a nucleotide sequence encoding a variant capsid polypeptide that confers increased infectivity to retinal cells and/or confers increased ability to cross the inner limiting membrane compared to the wild-type AAV capsid.

Нуклеотидная последовательность, кодирующая конопсин, может быть функционально связана с одним или более элементами транскрипционного контроля. Например, нуклеотидная последовательность, кодирующая конопсин, может быть функционально связана с промотором. Примеры подходящих промоторов включают, но не ограничиваются ими, промотор синапсина, промотор CAG, промотор CMV, промотор grm6, промотор Pleiades, промотор ChAT, промотор V-glut, промотор GAD, промотор PV, промотор соматостатина (SST), промотор нейропептида Y (NPY), промотор VIP, промотор чувствительного к красному свету конопсина, промотор родопсина, промотор родопсинкиназы, промотор гена вителлиформной макулярной дистрофии 2 (VMD2) и промотор гена межфоторецепторного ретинол-связывающего белка (IRBP).The nucleotide sequence encoding conopsin may be operably linked to one or more transcriptional control elements. For example, the nucleotide sequence encoding conopsin may be operably linked to a promoter. Examples of suitable promoters include, but are not limited to, synapsin promoter, CAG promoter, CMV promoter, grm6 promoter, Pleiades promoter, ChAT promoter, V-glut promoter, GAD promoter, PV promoter, somatostatin (SST) promoter, neuropeptide Y (NPY) promoter ), the VIP promoter, the red light-sensitive conopsin promoter, the rhodopsin promoter, the rhodopsin kinase promoter, the vitelliform macular degeneration 2 (VMD2) gene promoter, and the interphotoreceptor retinol-binding protein (IRBP) gene promoter.

Композиция по настоящему изобретению вводится нуждающемуся в этом индивидууму. В некоторых случаях композицию вводят непосредственно в глаз индивидуума, например, в глаз с нарушением зрительной функции. В некоторых случаях субъект имеет заболевание глаз, выбранное из пигментного ретинита, макулярной дегенерации, ретиношизиса и врожденного амавроза Лебера, а также диабетической ретинопатии. В некоторых случаях у субъекта имело место отслоение сетчатки или потеря фоторецептора вследствие травмы или повреждения головы. В некоторых случаях, субъект имеет состояние дегенерации сетчатки, при котором снижается чувствительность к естественному свету и, следовательно, нарушается зрение, но при этом нейроны, находящиеся на конце сетчатки (например, биполярные клетки или амакринные интернейроны, или ганглиозные клетки, идущие к мозгу), остаются неповрежденными и путем введения конопсина(ов) могут проявлять чувствительность к свету.The composition of the present invention is administered to an individual in need thereof. In some instances, the composition is administered directly to the eye of an individual, such as an eye with impaired visual function. In some cases, the subject has an eye disease selected from retinitis pigmentosa, macular degeneration, retinoschisis and Leber's congenital amaurosis, as well as diabetic retinopathy. In some cases, the subject has experienced retinal detachment or loss of a photoreceptor due to head trauma or injury. In some cases, the subject has a retinal degeneration condition in which sensitivity to natural light is reduced and therefore vision is impaired, but neurons located at the end of the retina (eg, bipolar cells or amacrine interneurons, or ganglion cells leading to the brain) , remain intact and, by administration of the conopsin(s), may become sensitive to light.

Композиция по настоящему изобретению может содержать, помимо одной или более рекомбинантных нуклеиновых кислот, фармацевтически приемлемое вспомогательное вещество. Подходящие фармацевтически приемлемые вспомогательные вещества известны в данной области техники и описаны в другом месте настоящего документа. В некоторых случаях композиция по настоящему изобретению является подходящей для введения человеку; например, в некоторых случаях композиция является стерильной и не содержит пирогенов, загрязнений и тому подобного.The composition of the present invention may contain, in addition to one or more recombinant nucleic acids, a pharmaceutically acceptable excipient. Suitable pharmaceutically acceptable excipients are known in the art and are described elsewhere herein. In some cases, the composition of the present invention is suitable for administration to a human; for example, in some cases, the composition is sterile and free of pyrogens, contaminants, and the like.

Рекомбинантный вирусный вектор Recombinant viral vector

Настоящее изобретение относится к рекомбинантному вирусному вектору, содержащему нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин. Подходящие вектор экспрессии на основе вируса включают, но не ограничиваются ими, лентивирусный вектор, вектор вируса простого герпеса (HSV), вектор аденовируса, вектор ретровируса, вектор на основе аденоассоциированного вируса (AAV) и тому подобное. Таким образом, в некоторых случаях рекомбинантный вирусный вектор, содержащий нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или полипептид LW-опсин, и/или полипептид SW-опсин, представляет собой рекомбинантный лентивирусный вектор, рекомбинантный вектор HSV, рекомбинантный вектор аденовируса, рекомбинантный вектор ретровируса или рекомбинантный вектор AAV.The present invention relates to a recombinant viral vector containing a nucleotide sequence encoding a polypeptide MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin. Suitable virus-based expression vectors include, but are not limited to, a lentiviral vector, a herpes simplex virus (HSV) vector, an adenovirus vector, a retrovirus vector, an adeno-associated virus (AAV) vector, and the like. Thus, in some cases, a recombinant viral vector containing a nucleotide sequence encoding an MW-opsin polypeptide and/or an LW-opsin polypeptide and/or a SW-opsin polypeptide is a recombinant lentiviral vector, a recombinant HSV vector, a recombinant adenovirus vector, a recombinant a retrovirus vector; or a recombinant AAV vector.

В некоторых случаях нуклеотидная последовательность, кодирующая MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, функционально связана с промотором, который обеспечивает экспрессию в клетке сетчатки. В некоторых случаях нуклеотидная последовательность функционально связана с промотором, который обычно обеспечивает экспрессию в клетке эукариот или клетке млекопитающего. In some instances, the nucleotide sequence encoding the MW opsin and/or the LW opsin and/or the SW opsin is operably linked to a promoter that allows expression in a retinal cell. In some cases, the nucleotide sequence is operably linked to a promoter, which typically allows expression in a eukaryotic or mammalian cell.

Подходящие промоторы включают, но не ограничиваются этим, промотор CAG (Miyazaki et al. (1989) Gene 79:269); промотор цитомегаловируса (CMV); промотор метаботропного глутаматного рецептора 6 (grm6) (Cronin et al. (2014) EMBO Mol. Med. 6:1175); промотор Pleiades (Portales-Casamar et al. (2010) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107:16589); промотор холинацетилтрансферазы (ChAT) (Misawa et al. (1992) J. Biol. Chem. 267:20392); промотор везикулярного глутаматного переносчика (V-glut) (Zhang et al. (2011) Brain Res. 1377:1); промотор глутаматдекарбоксилазы (GAD) (Rasmussen et al. (2007) Brain Res. 1144:19; Ritter et al. (2016) J. Gene Med. 18:27); промотор холецистокинина (CCK) (Ritter et al. (2016) J. Gene Med. 18:27); промотор парвальбумина (PV); промотор соматостатина (SST); промотор нейропептида Y (NPY); и промотор вазоактивного интестинального пептида (VIP). Подходящие промоторы включают, но не ограничиваются ими, промотор чувствительного к красному свету конопсина, промотор родопсина, промотор родопсинкиназы и промотор GluR (например, промотор GluR6). Подходящие промоторы включают, но не ограничиваются ими, промотор гена вителлиформной макулярной дистрофии 2 (VMD2) или промотор гена межфоторецепторного ретинол-связывающего белка (IRBP). Также подходящим для использования является промотор L7 (Oberdick et al. (1990) Science 248:223), промотор thy-1, промотор рековерина (Wiechmann and Howard (2003) Curr. Eye Res. 26:25); промотор кальбиндина; и промотор бета-актина.Suitable promoters include, but are not limited to, the CAG promoter (Miyazaki et al. (1989) Gene 79:269); cytomegalovirus (CMV) promoter; metabotropic glutamate receptor 6 (grm6) promoter (Cronin et al. (2014) EMBO Mol. Med. 6:1175); Pleiades promoter (Portales-Casamar et al. (2010) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 107:16589); choline acetyltransferase (ChAT) promoter (Misawa et al. (1992) J. Biol. Chem. 267:20392); vesicular glutamate transporter (V-glut) promoter (Zhang et al. (2011) Brain Res. 1377:1); glutamate decarboxylase (GAD) promoter (Rasmussen et al. (2007) Brain Res. 1144:19; Ritter et al. (2016) J. Gene Med. 18:27); cholecystokinin (CCK) promoter (Ritter et al. (2016) J. Gene Med. 18:27); parvalbumin (PV) promoter; somatostatin promoter (SST); neuropeptide Y (NPY) promoter; and a vasoactive intestinal peptide (VIP) promoter. Suitable promoters include, but are not limited to, the red light sensitive conopsin promoter, the rhodopsin promoter, the rhodopsin kinase promoter, and the GluR promoter (eg, the GluR6 promoter). Suitable promoters include, but are not limited to, the vitelliform macular degeneration 2 (VMD2) gene promoter or the interphotoreceptor retinol-binding protein (IRBP) gene promoter. Also suitable for use is the L7 promoter (Oberdick et al. (1990) Science 248:223), the thy-1 promoter, the recoverin promoter (Wiechmann and Howard (2003) Curr. Eye Res. 26:25); calbindin promoter; and a beta actin promoter.

В некоторых случаях рекомбинантный вирусный вектор по настоящему изобретению содержит нуклеотидные последовательности, кодирующие MW-опсин, LW-опсин и SW-опсин. В некоторых случаях нуклеотидные последовательности, кодирующие MW-опсин, LW-опсин и SW-опсин, функционально связаны с одним промотором. В некоторых случаях рекомбинантный вирусный вектор содержит внутренний участок посадки рибосомы (IRES) между нуклеотидными последовательностями, кодирующими MW-опсин и LW-опсин, и между нуклеотидными последовательностями, кодирующими LW-опсин и SW-опсин. In some cases, the recombinant viral vector of the present invention contains nucleotide sequences encoding MW-opsin, LW-opsin and SW-opsin. In some cases, the nucleotide sequences encoding MW-opsin, LW-opsin and SW-opsin are operably linked to the same promoter. In some cases, the recombinant viral vector contains an internal ribosome entry site (IRES) between the nucleotide sequences encoding the MW-opsin and the LW-opsin, and between the nucleotide sequences encoding the LW-opsin and the SW-opsin.

В некоторых случаях рекомбинантный вирусный вектор, содержащий нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин, представляет собой рекомбинантный вектор AAV (rAAV). В некоторых случаях вектор rAAV содержит: i) нуклеотидную последовательность, кодирующую полипептид MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин; и ii) нуклеотидная последовательность, кодирующая вариантный капсидний белок AAV, где вариантный белок капсида AAV обеспечивает инфекционность по отношению к клеткам сетчатки и/или повышенную способность пересекать внутреннюю ограничивающую мембрану (ILM) в глазу по сравнению с исходным диким типом AAV. See, e.g., Day et al. (2014) Adv. Exp. Med. Biol. 801:687; Boye et al. (2016) J. Virol. 90:4215; Vandenberghe and Auricchio (2012) Gene Therapy 19:162; Klimczak et al. (2009) PLoS One 4:e7467; патентная публикация США № 2012/0164106; и патентная публикация США № 2016/0017295.In some instances, the recombinant viral vector containing the nucleotide sequence encoding the MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin polypeptide is a recombinant AAV vector (rAAV). In some cases, the rAAV vector contains: i) a nucleotide sequence encoding a MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin polypeptide; and ii) a nucleotide sequence encoding a variant AAV capsid protein, wherein the variant AAV capsid protein provides infectivity to retinal cells and/or increased ability to cross the inner limiting membrane (ILM) in the eye compared to the original wild-type AAV. See, e.g., Day et al. (2014) Adv. Exp. Med. Biol. 801:687; Boye et al. (2016) J. Virol. 90:4215; Vandenberghe and Auricchio (2012) Gene Therapy 19:162; Klimczak et al. (2009) PLoS One 4:e7467; US Patent Publication No. 2012/0164106; and US Patent Publication No. 2016/0017295.

Например, вариантный белок капсида AAV может содержать аминокислотную замену при аминокислоте 451 капсида AAV6 или при соответствующем положении в другом серотипе AAV. В некоторых случаях аминокислотная замена при аминокислоте 451 капсида AAV6 или соответствующем положении в другом серотипе AAV представляет собой замену аспарагина на аспарагиновую кислоту. В качестве другого примера, вариантный белок капсида AAV может содержать аминокислотную замену при аминокислоте 532 капсида AAV6 или соответствующем положении в другом серотипе AAV. В некоторых случаях аминокислотная замена в аминокислоте 532 капсида AAV6 или соответствующая позиция в другом серотипе AAV представляет собой замену аспарагиновой кислоты на аспарагин.For example, a variant AAV capsid protein may contain an amino acid substitution at amino acid 451 of the AAV6 capsid or at the corresponding position in another AAV serotype. In some cases, the amino acid substitution at amino acid 451 of the AAV6 capsid, or the corresponding position in another AAV serotype, is a substitution of asparagine for aspartic acid. As another example, a variant AAV capsid protein may contain an amino acid substitution at amino acid 532 of the AAV6 capsid or the corresponding position in another AAV serotype. In some cases, the amino acid substitution at amino acid 532 of the AAV6 capsid, or the corresponding position in another AAV serotype, is a substitution of aspartic acid for asparagine.

Капсид AAV6 может иметь следующую аминокислотную последовательность: MAADGYLPDWLEDNLSEGIREWWDLKPGAPKPKANQQKQDDGRGLVLPGYKYLGPFNGLD KGEPVNAADAAALEHDKAYDQQLKAGDNPYLRYNHADAEFQERLQEDTSFGGNLGRAVFQ AKKRVLEPFGLVEEGAKTAPGKKRPVEQSPQEPDSSSGIGKTGQQPAKKRLNFGQTGDSESVP DPQPLGEPPATPAAVGPTTMASGGGAPMADNNEGADGVGNASGNWHCDSTWLGDRVITTST RTWALPTYNNHLYKQISSASTGASNDNHYFGYSTPWGYFDFNRFHCHFSPRDWQRLINNNW GFRPKRLNFKLFNIQVKEVTTNDGVTTIANNLTSTVQVFSDSEYQLPYVLGSAHQGCLPPFPA DVFMIPQYGYLTLNNGSQAVGRSSFYCLEYFPSQMLRTGNNFTFSYTFEDVPFHSSYAHSQSL DRLMNPLIDQYLYYLNRTQ

Figure 00000001
QSGSAQNKDLLFSRGSPAGMSVQPKNWLPGPCYRQQRVSKT KTDNNNSNFTWTGASKYNLNGRESIINPGTAMASHKDDK
Figure 00000002
FFPMSGVMIFGKESAGASNTA LDNVMITDEEEIKATNPVATERFGTVAVNLQSSSTDPATGDVHVMGALPGMVWQDRDVYLQ GPIWAKIPHTDGHFHPSPLMGGFGLKHPPPQILIKNTPVPANPPAEFSATKFASFITQYSTGQVS VEIEWELQKENSKRWNPEVQYTSNYAKSANVDFTVDNNGLYTEPRPIGTRYLTRPL (SEQ ID NO:10), где Asn-451 и Asp-532 выделены жирным шрифтом и подчеркнуты.Капсид AAV6 может иметь следующую аминокислотную последовательность: MAADGYLPDWLEDNLSEGIREWWDLKPGAPKPKANQQKQDDGRGLVLPGYKYLGPFNGLD KGEPVNAADAAALEHDKAYDQQLKAGDNPYLRYNHADAEFQERLQEDTSFGGNLGRAVFQ AKKRVLEPFGLVEEGAKTAPGKKRPVEQSPQEPDSSSGIGKTGQQPAKKRLNFGQTGDSESVP DPQPLGEPPATPAAVGPTTMASGGGAPMADNNEGADGVGNASGNWHCDSTWLGDRVITTST RTWALPTYNNHLYKQISSASTGASNDNHYFGYSTPWGYFDFNRFHCHFSPRDWQRLINNNW GFRPKRLNFKLFNIQVKEVTTNDGVTTIANNLTSTVQVFSDSEYQLPYVLGSAHQGCLPPFPA DVFMIPQYGYLTLNNGSQAVGRSSFYCLEYFPSQMLRTGNNFTFSYTFEDVPFHSSYAHSQSL DRLMNPLIDQYLYYLNRTQ
Figure 00000001
QSGSAQNKDLLFSRGSPAGMSVQPKNWLPGPCYRQQRVSKT KTDNNNSNFTWTGASKYNLNGRESIINPGTAMASHKDDK
Figure 00000002
FFPMSGVMIFGKESAGASNTA LDNVMITDEEEIKATNPVATERFGTVAVNLQSSSTDPATGDVHVMGALPGMVWQDRDVYLQ GPIWAKIPHTDGHFHPSPLMGGFGLKHPPPQILIKNTPVPANPPAEFSATKFASFITQYSTGQVS VEIEWELQKENSKRWNPEVQYTSNYAKSANVDFTVDNNGLYTEPRPIGTRYLTRPL (SEQ ID NO:10), где Asn-451 и Asp-532 выделены жирным шрифтом и подчеркнуты.

В некоторых случаях белок капсида AAV содержит следующую аминокислотную последовательность: MAADGYLPDWLEDNLSEGIREWWDLKPGAPKPKANQQKQDDGRGLVLPGYKYLGPFNGLD KGEPVNAADAAALEHDKAYDQQLKAGDNPYLRYNHADAEFQERLQEDTSFGGNLGRAVFQ AKKRVLEPFGLVEEGAKTAPGKKRPVEQSPQEPDSSSGIGKTGQQPAKKRLNFGQTGDSESVP DPQPLGEPPATPAAVGPTTMASGGGAPMADNNEGADGVGNASGNWHCDSTWLGDRVITTST RTWALPTYNNHLYKQISSASTGASNDNHYFGYSTPWGYFDFNRFHCHFSPRDWQRLINNNW GFRPKRLNFKLFNVQVKEVTTNDGVTTIANNLTSTVQVFSDSEYQLPYVLGSAHQGCLPPFPA DVFMIPQYGYLTLNNGSQAVGRSSFYCLEYFPSQMLRTGNNFTFSYTFEDVPFHSSYAHSQSL DRLMNPLIDQYLYYLNRTQ D QSGSAQNKDLLFSRGSPAGMSVQPKNWLPGPCYRQQRVSKT KTDNNNSNFTWTGASKYNLNGRESIINPGTAMASHKDDK N KFFPMSGVMIFGKESAGASNT ALDNVMITDEEEIKATNPVATERFGTVAVNLQSSSTDPATGDVHVMGALPGMVWQDRDVYL QGPIWAKIPHTDGHFHPSPLMGGFGLKNPPPQILIKNTPVPANPPAEFSATKFASFITQYSTGQV SVEIEWELQKENSKRWNPEVQYTSNYAKSANVDFTVDNNGLYTEPRPIGTRYLTRPL (SEQ ID NO:11). В некоторых случаях белок капсида AAV содержит следующую аминокислотную последовательность: MAADGYLPDWLEDNLSEGIREWWDLKPGAPKPKANQQKQDDGRGLVLPGYKYLGPFNGLD KGEPVNAADAAALEHDKAYDQQLKAGDNPYLRYNHADAEFQERLQEDTSFGGNLGRAVFQ AKKRVLEPFGLVEEGAKTAPGKKRPVEQSPQEPDSSSGIGKTGQQPAKKRLNFGQTGDSESVP DPQPLGEPPATPAAVGPTTMASGGGAPMADNNEGADGVGNASGNWHCDSTWLGDRVITTST RTWALPTYNNHLYKQISSASTGASNDNHYFGYSTPWGYFDFNRFHCHFSPRDWQRLINNNW GFRPKRLNFKLFNVQVKEVTTNDGVTTIANNLTSTVQVFSDSEYQLPYVLGSAHQGCLPPFPA DVFMIPQYGYLTLNNGSQAVGRSSFYCLEYFPSQMLRTGNNFTFSYTFEDVPFHSSYAHSQSL DRLMNPLIDQYLYYLNRTQ D QSGSAQNKDLLFSRGSPAGMSVQPKNWLPGPCYRQQRVSKT KTDNNNSNFTWTGASKYNLNGRESIINPGTAMASHKDDK N KFFPMSGVMIFGKESAGASNT ALDNVMITDEEEIKATNPVATERFGTVAVNLQSSSTDPATGDVHVMGALPGMVWQDRDVYL QGPIWAKIPHTDGHFHPSPLMGGFGLKNPPPQILIKNTPVPANPPAEFSATKFASFITQYSTGQV SVEIEWELQKENSKRWNPEVQYTSNYAKSANVDFTVDNNGLYTEPRPIGTRYLTRPL (SEQ ID NO:11).

Настоящее изобретение относится к способу доставки MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетку сетчатки, включающему введение рекомбинантного вирусного вектора по настоящему изобретению (или вирусной частицы, содержащей рекомбинантный вирусный вектор) в глаз индивидуума. После введения рекомбинантного вирусного вектора (или вирусной частицы, содержащей рекомбинантный вирусный вектор), MW-опсин продуцируется в клетке сетчатки. The present invention relates to a method for delivering MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin to a retinal cell, comprising administering a recombinant viral vector of the present invention (or a viral particle containing a recombinant viral vector) into the eye of an individual. Upon administration of the recombinant viral vector (or a viral particle containing the recombinant viral vector), MW-opsin is produced in the retinal cell.

В настоящем раскрытии предложен способ улучшения или восстановления зрительной функции у индивидуума, причем способ включает введение рекомбинантного вирусного вектора по настоящему изобретению (или вирусной частицы, содержащей рекомбинантный вирусный вектор) в глаз индивидуума. После введения рекомбинантного вирусного вектора (или вирусной частицы, содержащей рекомбинантный вирусный вектор), MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин продуцируются в клетке сетчатки. Выработка MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетке сетчатки обеспечивает усиленную или восстановленную зрительную функцию у индивидуума. The present disclosure provides a method for improving or restoring visual function in an individual, the method comprising administering a recombinant viral vector of the present invention (or a viral particle containing the recombinant viral vector) to the eye of the individual. Upon administration of a recombinant viral vector (or a viral particle containing a recombinant viral vector), MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin are produced in the retinal cell. The production of MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin in a retinal cell provides enhanced or restored visual function in an individual.

В настоящем раскрытии предлагается фармацевтическая композиция, содержащая: а) рекомбинантный вирусный вектор по настоящему изобретению или вирусную частицу, содержащую рекомбинантный вирусный вектор; и b) фармацевтически приемлемое вспомогательное вещество. Подходящие фармацевтически приемлемые вещества описаны выше.The present disclosure provides a pharmaceutical composition comprising: a) a recombinant viral vector of the present invention or a viral particle containing a recombinant viral vector; and b) a pharmaceutically acceptable excipient. Suitable pharmaceutically acceptable substances are described above.

В настоящем раскрытии предлагается способ доставки MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетку сетчатки, включающему введение фармацевтической композиции, содержащей рекомбинантный вирусный вектор (или вирусную частицу, содержащую рекомбинантный вирусный вектор) в глаз индивидуума. После введения рекомбинантного вирусного вектора (или вирусной частицы, содержащей рекомбинантный вирусный вектор), MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин продуцируются в клетке сетчатки. The present disclosure provides a method for delivering MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin to a retinal cell, comprising administering a pharmaceutical composition containing a recombinant viral vector (or a viral particle containing a recombinant viral vector) to the eye of an individual. Upon administration of a recombinant viral vector (or a viral particle containing a recombinant viral vector), MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin are produced in the retinal cell.

В настоящем раскрытии предложен способ улучшения или восстановления зрительной функции у индивидуума, причем способ включает введение фармацевтической композиции, содержащей рекомбинантный вирусный вектор по настоящему раскрытию (или вирусную частицу, содержащую рекомбинантный вирусный вектор), в глаз индивидуума. После введения рекомбинантного вирусного вектора (или вирусной частицы, содержащей рекомбинантный вирусный вектор), MW-опсин и/или LW-опсин, и/или SW-опсин продуцируются в клетке сетчатки. Продуцирование MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетке сетчатки обеспечивает улучшение или восстановление зрительной функции у индивидуума.The present disclosure provides a method for improving or restoring visual function in an individual, the method comprising administering a pharmaceutical composition containing a recombinant viral vector of the present disclosure (or a viral particle containing a recombinant viral vector) to the eye of the individual. Upon administration of a recombinant viral vector (or a viral particle containing a recombinant viral vector), MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin are produced in the retinal cell. The production of MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin in a retinal cell provides improvement or restoration of visual function in an individual.

Рекомбинантный вектор экспрессии по настоящему изобретению (или вирусная частица, содержащая рекомбинантный вирусный вектор) может быть введен нуждающемуся в этом индивидууму любым из множества способов введения. Подходящие пути введения включают, например, периокулярный, интраокулярный, интравитреальный, субконъюнктивный, ретробульбарный, в склеру и межкамерный. В некоторых случаях рекомбинантный вектор экспрессии по настоящему изобретению (или вирусная частица, содержащая рекомбинантный вирусный вектор) доставляется путем интравитреальной инъекции. В некоторых случаях рекомбинантный вектор экспрессии по настоящему изобретению (или вирусная частица, содержащая рекомбинантный вирусный вектор) доставляется внутриглазно. В некоторых случаях рекомбинантный вектор экспрессии по настоящему изобретению (или вирусная частица, содержащая рекомбинантный вирусный вектор) доставляется посредством субретинальной инъекции.The recombinant expression vector of the present invention (or a viral particle containing a recombinant viral vector) can be administered to an individual in need thereof by any of a variety of administration routes. Suitable routes of administration include, for example, periocular, intraocular, intravitreal, subconjunctival, retrobulbar, intrascleral, and intercameral. In some cases, a recombinant expression vector of the present invention (or a viral particle containing a recombinant viral vector) is delivered by intravitreal injection. In some cases, the recombinant expression vector of the present invention (or a viral particle containing a recombinant viral vector) is delivered intraocularly. In some cases, a recombinant expression vector of the present invention (or a viral particle containing a recombinant viral vector) is delivered via subretinal injection.

Индивидуумы, подходящие для лечения способом по настоящему изобретению, включают индивидуумов, имеющих сниженную зрительную функцию из-за потери фоторецепторов палочек и колбочек. В некоторых случаях индивидуум имеет наследственное дегенеративное заболевание сетчатки. В некоторых случаях индивидуум имеет глазное заболевание, выбранное из пигментного ретинита, макулярной дегенерации, ретиношизиса и врожденного амавроза Лебера, а также диабетической ретинопатии. В некоторых случаях индивидуум имеет возрастное дегенеративное заболевание сетчатки. В некоторых случаях у индивидуума наблюдается возрастная макулярная дегенерация.Individuals suitable for treatment with the method of the present invention include individuals having reduced visual function due to loss of rod and cone photoreceptors. In some cases, the individual has an inherited degenerative retinal disease. In some cases, the individual has an ocular disease selected from retinitis pigmentosa, macular degeneration, retinoschisis, and Leber's congenital amaurosis, as well as diabetic retinopathy. In some cases, the individual has age-related degenerative retinal disease. In some cases, an individual has age-related macular degeneration.

Примеры неограничивающих аспектов настоящего изобретенияExamples of non-limiting aspects of the present invention

Аспекты, включая варианты осуществления, объекта настоящего изобретения, описанного выше, могут быть полезными отдельно или в комбинации с одним или более другими аспектами или вариантами осуществления. Не ограничивая вышеприведенное описание, некоторые неограничивающие аспекты настоящего изобретения, пронумерованные 1-54, представлены ниже. Как будет понятно специалистам в данной области техники после прочтения этого раскрытия, каждый из отдельно пронумерованных аспектов может использоваться или комбинироваться с любым из предыдущих или следующих отдельно пронумерованных аспектов. Это предназначено для обеспечения поддержки всех таких комбинаций аспектов и не ограничивается комбинациями аспектов, которые явно предоставлены ниже:Aspects, including embodiments, of the subject matter of the present invention described above may be useful alone or in combination with one or more other aspects or embodiments. Without limiting the above description, some non-limiting aspects of the present invention, numbered 1-54, are presented below. As will be appreciated by those skilled in the art upon reading this disclosure, each of the individually numbered aspects may be used or combined with any of the preceding or following individually numbered aspects. This is intended to provide support for all such combinations of aspects and is not limited to the combinations of aspects that are expressly provided below:

Аспект 1. Способ восстановления или улучшения зрительной функции у индивидуума, включающий введение индивидууму нуклеиновой кислоты, содержащей нуклеотидную последовательность, кодирующую средневолновый опсин (MW-опсин) и/или длинноволновый опсин (LW-опсин), и/или коротковолновый опсин (SW-опсин), причем указанное введение обеспечивает экспрессию MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетке сетчатки у индивидуума и восстановление, или улучшение зрительной функции.Aspect 1. A method of restoring or improving visual function in an individual comprising administering to the individual a nucleic acid comprising a nucleotide sequence encoding a medium wavelength opsin (MW opsin) and/or a long wavelength opsin (LW opsin) and/or a short wavelength opsin (SW opsin). ), and the specified introduction provides the expression of MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin in the cell of the retina in the individual and the restoration or improvement of visual function.

Аспект 2. Способ по аспекту 1, в котором MW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 1; причем LW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 4, и при этом SW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 5.Aspect 2. The method of Aspect 1, wherein the MW opsin comprises an amino acid sequence that is at least 85% identical, at least 90% identical, at least 95% identical, at least 98% identical, at least 99% or 100% of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; wherein the LW-opsin contains an amino acid sequence that is at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical to the amino acid sequence, presented in SEQ ID NO: 4, and the SW-opsin contains an amino acid sequence identical to at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99% or 100% of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5.

Аспект 3. Способ по аспекту 1, в котором SW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности SW-опсина человека, представленной в SEQ ID NO: 5, или идентичную по меньшей мере на 87% аминокислотной последовательности SW-опсина мыши, представленной в SEQ ID NO: 6.Aspect 3. The method of Aspect 1 wherein the SW opsin comprises an amino acid sequence that is at least 87% identical, at least 90% identical, at least 95% identical, at least 98% identical, at least 99% or 100% of the human SW opsin amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 5, or at least 87% identical to the mouse SW opsin amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 6.

Аспект 4. Способ по аспекту 1, включающий введение индивидууму: i) первой нуклеиновой кислоты, содержащей нуклеотидную последовательность, кодирующую SW-опсин, содержащий аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности SW-опсина человека, представленной в SEQ ID NO: 5; и ii) вторую нуклеиновую кислоту, содержащую нуклеотидную последовательность, кодирующую SW-опсин, содержащий аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности SW-опсина мыши, представленной в SEQ ID NO: 6.Aspect 4. The method according to aspect 1, comprising administering to the individual: i) a first nucleic acid containing a nucleotide sequence encoding a SW-opsin containing an amino acid sequence identical to at least 87%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% of the human SW-opsin amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5; and ii) a second nucleic acid containing a nucleotide sequence encoding a SW-opsin containing an amino acid sequence that is at least 87%, at least 90%, at least 95%, at least 98% identical, according to at least 99% or 100% of the mouse SW-opsin amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6.

Аспект 5. Способ по аспекту 1, в котором SW-опсин представляет собой химерный SW-опсин, содержащий внутриклеточные домены SW-опсина мыши и трансмембранные домены SW-опсина человека. Aspect 5. The method of Aspect 1 wherein the SW opsin is a chimeric SW opsin comprising intracellular domains of mouse SW opsin and transmembrane domains of human SW opsin.

Аспект 6. Способ по аспекту 5, в котором химерный SW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности химерного SW-опсина, представленной в SEQ ID NO: 7. Aspect 6. The method of Aspect 5 wherein the chimeric SW opsin comprises an amino acid sequence that is at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% identical the amino acid sequence of the chimeric SW-opsin shown in SEQ ID NO: 7.

Аспект 7. Способ по любому из аспектов 1-6, в котором экспрессия MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетке сетчатки обеспечивает видение паттернов и распознавание изображения индивидуумом.Aspect 7. The method of any one of aspects 1-6, wherein expression of an MW opsin and/or an LW opsin and/or a SW opsin in a retinal cell provides for pattern vision and image recognition by an individual.

Аспект 8. Способ по аспекту 7, в котором распознавание изображения представляет собой распознавание статического изображения или паттерна.Aspect 8. The method of aspect 7, wherein the image recognition is a static image or pattern recognition.

Аспект 9. Способ по аспекту 7, в котором распознавание изображения представляет собой распознавание движущегося изображения или паттерна.Aspect 9. The method of aspect 7 wherein the image recognition is a moving image or pattern recognition.

Аспект 10. Способ по любому из аспектов 1-9, в котором экспрессия MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетке сетчатки обеспечивает распознавание изображения при интенсивности света от около 10-4 Вт/см2 до около 1 Вт/см2.Aspect 10. The method of any one of aspects 1-9, wherein expression of MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin in a retinal cell provides image recognition at a light intensity of about 10 -4 W/cm 2 up to about 1 W/cm 2 .

Аспект 11. Способ по любому из аспектов 1-9, в котором экспрессия MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетке сетчатки обеспечивает распознавание изображения при интенсивности света, которая по меньшей мере в 10 раз ниже, чем интенсивность света, необходимая для распознавания изображения индивидуумом, у которого экспрессируется полипептид канальный родопсин в клетке сетчатки.Aspect 11. The method of any one of aspects 1-9, wherein expression of MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin in a retinal cell provides image recognition at a light intensity that is at least 10 times lower than the light intensity required for image recognition by an individual expressing the channel rhodopsin polypeptide in a retinal cell.

Аспект 12. Способ по любому из аспектов 1-9, в котором экспрессия MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетке сетчатки обеспечивает кинетику, которая по меньшей мере в 2 раза быстрее, чем кинетика в клетке сетчатки, вызванная полипептидом родопсином.Aspect 12. The method of any one of aspects 1-9, wherein expression of MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin in a retinal cell provides kinetics that is at least 2-fold faster than kinetics in retinal cell caused by the polypeptide rhodopsin.

Аспект 13. Способ по любому из аспектов 1-12, в котором нуклеиновая кислота представляет собой рекомбинантный вектор экспрессии.Aspect 13. The method of any one of aspects 1-12, wherein the nucleic acid is a recombinant expression vector.

Аспект 14. Способ по аспекту 13, в котором рекомбинантный вектор экспрессии представляет собой рекомбинантный вирусный вектор.Aspect 14. The method of aspect 13 wherein the recombinant expression vector is a recombinant viral vector.

Аспект 15. Способ по аспекту 14, в котором рекомбинантный вирусный вектор представляет собой вектор на основе аденоассоциированного вируса, лентивирусный вектор, вектор вируса простого герпеса или вектор ретровируса.Aspect 15. The method of aspect 14 wherein the recombinant viral vector is an adeno-associated virus vector, a lentiviral vector, a herpes simplex vector, or a retrovirus vector.

Аспект 16. Способ по любому из аспектов 1-15, в котором нуклеотидная последовательность функционально связана с элементом контроля транскрипции, который функционирует в клетке сетчатки.Aspect 16. The method of any one of aspects 1-15, wherein the nucleotide sequence is operably linked to a transcription control element that functions in a retinal cell.

Аспект 17. Способ по аспекту 16, в котором элемент контроля транскрипции представляет собой специфичный для клеток сетчатки промотор.Aspect 17 The method of aspect 16 wherein the transcriptional control element is a retinal cell-specific promoter.

Аспект 18. Способ по аспекту 17, в котором промотор представляет собой промотор синапсина, промотор CAG, промотор CMV, промотор grm6, промотор Pleiades, промотор ChAT, промотор V-glut, промотор GAD, промотор PV, соматостатин (SST) промотор, нейропептидный Y (NPY) промотор, промотор VIP, промотор чувствительного к красному свету конопсина, промотор родопсина, промотор родопсинкиназы, промотор гена вителлиформной макулярной дистрофии 2 (VMD2) или промотор гена межфоторецепторного ретинол-связывающего белка (IRBP).Aspect 18. The method of aspect 17 wherein the promoter is a synapsin promoter, CAG promoter, CMV promoter, grm6 promoter, Pleiades promoter, ChAT promoter, V-glut promoter, GAD promoter, PV promoter, somatostatin (SST) promoter, neuropeptide Y (NPY) promoter, VIP promoter, red light sensitive conopsin promoter, rhodopsin promoter, rhodopsin kinase promoter, vitelliform macular degeneration 2 (VMD2) gene promoter, or interphotoreceptor retinol binding protein (IRBP) gene promoter.

Аспект 19. Способ по любому из аспектов 1-18, в котором указанное введение осуществляется посредством внутриглазной инъекции.Aspect 19. The method of any one of aspects 1-18, wherein said administration is by intraocular injection.

Аспект 20. Способ по любому из аспектов 1-18, в котором указанное введение осуществляется посредством интравитреальной инъекции.Aspect 20. The method of any one of aspects 1-18, wherein said administration is by intravitreal injection.

Аспект 21. Способ по любому из аспектов 1-18, в котором указанное введение осуществляется посредством субретинальной инъекции.Aspect 21. The method of any one of aspects 1-18, wherein said administration is by subretinal injection.

Аспект 22. Способ по любому из аспектов 1-21, в котором индивидуум имеет глазное заболевание, выбранное из пигментного ретинита, макулярной дегенерации, ретиношизиса и врожденного амавроза Лебера, а также диабетической ретинопатии.Aspect 22 The method of any one of aspects 1-21 wherein the subject has an ocular disease selected from retinitis pigmentosa, macular degeneration, retinoschisis and Leber's congenital amaurosis, and diabetic retinopathy.

Аспект 23. Способ по любому из аспектов 1-21, в котором у индивидуума имело место отслоение сетчатки или потеря фоторецептора вследствие травмы или повреждения головы.Aspect 23. The method of any one of aspects 1-21, wherein the subject has experienced retinal detachment or loss of a photoreceptor due to trauma or injury to the head.

Аспект 24. Способ по любому из аспектов 1-23, в котором нуклеиновая кислота находится в комплексе с наночастицей.Aspect 24. The method of any one of aspects 1-23, wherein the nucleic acid is complexed with the nanoparticle.

Аспект 25. Рекомбинантный вирусный вектор, содержащий нуклеотидную последовательность, кодирующую средневолновый опсин (MW-опсин) и/или длинноволновый опсин (LW-опсин), и/или коротковолновый опсин (SW-опсин).Aspect 25. A recombinant viral vector containing a nucleotide sequence encoding a medium wavelength opsin (MW opsin) and/or a long wavelength opsin (LW opsin) and/or a short wavelength opsin (SW opsin).

Аспект 26. Рекомбинантный вирусный вектор по аспекту 25, причем вирусный вектор представляет собой вектор аденоассоциированного вируса.Aspect 26 The recombinant viral vector of aspect 25, wherein the viral vector is an adeno-associated virus vector.

Аспект 27. Рекомбинантный вирусный вектор по аспекту 25 или аспекту 26, причем MW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 1; при этом LW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную аминокислотной последовательности по меньшей мере на 85%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 4, и при этом SW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в одной из SEQ ID NO: 5-7.Aspect 27. The recombinant viral vector according to aspect 25 or aspect 26, wherein the MW-opsin contains an amino acid sequence that is at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98% identical, at least 99% or 100% of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; wherein the LW-opsin contains an amino acid sequence identical to the amino acid sequence by at least 85%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99% or 100% the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4, and wherein the SW-opsin contains an amino acid sequence that is at least 87%, at least 90%, at least 95%, at least 98% identical, at least 99% or 100% of the amino acid sequence shown in one of SEQ ID NOs: 5-7.

Аспект 28. Рекомбинантный вирусный вектор по любому из аспектов 25-27, в котором нуклеотидная последовательность функционально связана с промотором.Aspect 28. A recombinant viral vector according to any one of aspects 25-27, wherein the nucleotide sequence is operably linked to a promoter.

Аспект 29. Рекомбинантный вирусный вектор по аспекту 28, в котором промотор представляет собой промотор синапсина, промотор CAG, промотор CMV, промотор grm6, промотор Pleiades, промотор ChAT, промотор V-glut, промотор GAD, промотор PV, промотор соматостатина (SST), промотор нейропептида Y (NPY), промотор VIP, промотор чувствительного к красному свету конопсина, промотор родопсина, промотор родопсинкиназы, промотор гена вителлиформной макулярной дистрофии 2 (VMD2) или промотор гена межфоторецепторного ретинол-связывающего белка (IRBP).Aspect 29. The recombinant viral vector of aspect 28 wherein the promoter is synapsin promoter, CAG promoter, CMV promoter, grm6 promoter, Pleiades promoter, ChAT promoter, V-glut promoter, GAD promoter, PV promoter, somatostatin (SST) promoter, neuropeptide Y (NPY) promoter, VIP promoter, red light sensitive conopsin promoter, rhodopsin promoter, rhodopsin kinase promoter, vitelliform macular degeneration 2 (VMD2) gene promoter, or interphotoreceptor retinol-binding protein (IRBP) gene promoter.

Аспект 30. Рекомбинантный вирусный вектор по любому из аспектов 25-29, в котором рекомбинантный вирусный вектор представляет собой рекомбинантный вектор AAV, причем рекомбинантный вектор AAV содержит нуклеотидную последовательность, кодирующую вариантный полипептид капсида, который придает повышенную инфекционность по отношению к клеткам сетчатки и/или придает повышенную способность пересекать внутреннюю ограничивающую мембрану по сравнению с AAV капсидом дикого типа.Aspect 30. The recombinant viral vector of any one of aspects 25-29, wherein the recombinant viral vector is a recombinant AAV vector, wherein the recombinant AAV vector contains a nucleotide sequence encoding a variant capsid polypeptide that confers increased infectivity to retinal cells and/or confers increased ability to cross the inner limiting membrane compared to the wild-type AAV capsid.

Аспект 31. Фармацевтическая композиция, содержащая:Aspect 31. A pharmaceutical composition comprising:

a) рекомбинантный вирусный вектор по любому из аспектов 25-30; иa) a recombinant viral vector according to any one of aspects 25-30; and

b) фармацевтически приемлемое вспомогательное вещество.b) a pharmaceutically acceptable excipient.

Аспект 32. Способ восстановления или улучшения зрительной функции у индивидуума, причем способ включает введение индивидууму рекомбинантного вирусного вектора по любому из аспектов 25-30 или фармацевтической композиции по аспекту 31, при этом указанное введение обеспечивает экспрессию MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетке сетчатки у индивидуума и восстановление, или улучшение зрительной функции.Aspect 32. A method of restoring or improving visual function in an individual, the method comprising administering to the individual a recombinant viral vector according to any one of aspects 25-30 or a pharmaceutical composition according to aspect 31, said administration providing expression of an MW opsin and/or an LW opsin , and/or SW-opsin in a retinal cell in an individual and restoration or improvement of visual function.

Аспект 33. Химерный SW-опсин, содержащий внутриклеточные области SW-опсина мыши, содержащего аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 6 и содержащий трансмембранные области SW-опсина человека, содержащего аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87%, по меньшей мере на 90%, по меньшей мере на 95%, по меньшей мере на 98%, по меньшей мере на 99% или на 100% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 5.Aspect 33 A chimeric SW opsin comprising intracellular regions of a mouse SW opsin containing an amino acid sequence identity of at least 87%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99% or 100% of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 and containing transmembrane regions of a human SW-opsin containing an amino acid sequence that is at least 87%, at least 90%, at least 95%, at least 98%, at least 99%, or 100% of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5.

Аспект 34. Химерный SW-опсин по аспекту 33, содержащий аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 90% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 7.Aspect 34 The chimeric SW opsin of aspect 33 comprising an amino acid sequence at least 90% identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 7.

Аспект 35. Рекомбинантный вектор экспрессии, содержащий нуклеотидную последовательность, кодирующую химерный SW-опсин по аспекту 33 или аспекту 34.Aspect 35. A recombinant expression vector containing a nucleotide sequence encoding a chimeric SW opsin of Aspect 33 or Aspect 34.

Аспект 36. Композиция, содержащая:Aspect 36. A composition comprising:

а) рекомбинантный вектор экспрессии по аспекту 35; иa) a recombinant expression vector according to aspect 35; and

b) фармацевтически приемлемое вспомогательное вещество. b) a pharmaceutically acceptable excipient.

Аспект 37. Композиция, содержащая один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты, содержащих одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем, когда указанные одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта, указанный субъект может различать между изображением, содержащим вертикальную линию, и изображением, содержащим горизонтальную линию, в анализе распознавания пространственного паттерна.Aspect 37. A composition comprising one or more recombinant nucleic acid vectors comprising one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, wherein when said one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of a subject in need, said subject can distinguish between an image , containing a vertical line, and an image containing a horizontal line, in the spatial pattern recognition analysis.

Аспект 38. Композиция, содержащая один или более векторов рекомбинантной нуклеиновой кислоты, содержащих одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем в случае, когда указанные одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта, указанный субъект может различать между изображением, содержащим статическую линию, и изображением, содержащим движущуюся линию, в анализе распознавания пространственного паттерна.Aspect 38. A composition comprising one or more recombinant nucleic acid vectors comprising one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, where said one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of a subject in need thereof, said subject can distinguish between an image containing a static line and an image containing a moving line in a spatial pattern recognition analysis.

Аспект 39. Композиция, содержащая один или более векторов рекомбинантной нуклеиновой кислоты, содержащих одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем в случае, когда указанная одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта, указанный субъект может различать между мигающим светом и постоянным светом в анализе временного светового паттерна.Aspect 39. A composition comprising one or more recombinant nucleic acid vectors comprising one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, where said one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of a subject in need thereof, said subject can distinguish between flashing light and constant light in the analysis of a temporary light pattern.

Аспект 40. Композиция, содержащая один или более векторов рекомбинантной нуклеиновой кислоты, содержащей одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем в случае, если указанная одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта, указанный субъект может распознавать изображение при интенсивности света от около 10-4 Вт/см2 до около 10 Вт/см2 в анализе распознавания изображения.Aspect 40. A composition comprising one or more recombinant nucleic acid vectors comprising one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, wherein if said one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of a subject in need, said subject can recognize image at a light intensity of about 10 -4 W/cm 2 to about 10 W/cm 2 in an image recognition assay.

Аспект 41. Композиция, содержащая один или более векторов рекомбинантной нуклеиновой кислоты, содержащей одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих один или более конопсинов, причем в случае, когда указанная одна или более нуклеотидных последовательностей экспрессируются в глазу нуждающегося в этом субъекта, указанный субъект может различать между областью с белым светом и областью без белого света в анализе избегания света.Aspect 41. A composition comprising one or more recombinant nucleic acid vectors comprising one or more nucleotide sequences encoding one or more conopsins, where said one or more nucleotide sequences are expressed in the eye of a subject in need thereof, said subject can distinguish between an area with white light and an area without white light in the light avoidance analysis.

Аспект 42. Композиция по любому из аспектов 37-41, в котором один или более конопсинов выбраны из группы, состоящей из: а) MW-опсина, содержащего аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 1; b) LW-опсина, содержащего аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 4; c) SW-опсина, содержащего аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 5; и d) химерного SW-опсина, содержащего: i) внутриклеточные области SW-опсина мыши, содержащего аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 6; и ii) трансмембранные области SW-опсина человека, содержащего аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 5.Aspect 42 The composition of any one of aspects 37-41 wherein the one or more conopsins are selected from the group consisting of: a) an MW opsin containing an amino acid sequence at least 85% identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO : 1; b) an LW-opsin containing an amino acid sequence that is at least 85% identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4; c) SW-opsin containing an amino acid sequence that is at least 85% identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5; and d) a chimeric SW opsin comprising: i) intracellular regions of a mouse SW opsin comprising an amino acid sequence at least 87% identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6; and ii) transmembrane regions of a human SW opsin comprising an amino acid sequence at least 87% identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5.

Аспект 43. Композиция по любому из аспектов 37-41, в котором один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты содержат одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих 2 разных конопсина.Aspect 43 The composition of any one of aspects 37-41, wherein the one or more recombinant nucleic acid vectors comprise one or more nucleotide sequences encoding 2 different conopsins.

Аспект 44. Композиция по любому из аспектов 37-41, в котором один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты содержат одну или более нуклеотидных последовательностей, кодирующих 3 разных конопсина.Aspect 44 The composition of any one of aspects 37-41, wherein the one or more recombinant nucleic acid vectors comprise one or more nucleotide sequences encoding 3 different conopsins.

Аспект 45. Композиция по любому из аспектов 37-44, в котором один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты представляют собой аденоассоциированный вирусный вектор, лентивирусный вектор, вектор вируса простого герпеса или ретровирусный вектор.Aspect 45 The composition of any one of aspects 37-44, wherein the one or more recombinant nucleic acid vectors is an adeno-associated viral vector, a lentiviral vector, a herpes simplex vector, or a retroviral vector.

Аспект 46. Композиция по любому из аспектов 37-44, в котором один или более рекомбинантных векторов нуклеиновой кислоты представляют собой рекомбинантные аденоассоциированные вирусные векторы.Aspect 46 The composition of any one of aspects 37-44, wherein the one or more recombinant nucleic acid vectors are recombinant adeno-associated viral vectors.

Аспект 47. Композиция по аспекту 46, в котором рекомбинантный вектор AAV содержит нуклеотидную последовательность, кодирующую вариантный полипептид капсида, который придает повышенную инфекционность по отношению к клеткам сетчатки и/или придает повышенную способность пересекать внутреннюю ограничивающую мембрану по сравнению с капсидом AAV дикого типа.Aspect 47 The composition of aspect 46, wherein the recombinant AAV vector comprises a nucleotide sequence encoding a variant capsid polypeptide that confers increased infectivity to retinal cells and/or confers increased ability to cross the inner limiting membrane compared to the wild-type AAV capsid.

Аспект 48. Композиция по любому из аспектов 37-47, в котором один или более нуклеотидных последовательностей функционально связаны с промотором.Aspect 48 A composition according to any one of aspects 37-47 wherein one or more nucleotide sequences are operably linked to a promoter.

Аспект 49. Композиция по аспекту 48, в котором промотор представляет собой промотор синапсина, промотор CAG, промотор CMV, промотор grm6, промотор Pleiades, промотор ChAT, промотор V-glut, промотор GAD, промотор PV, промотор соматостатина (SST), нейропептидный Y (NPY) промотор, промотор VIP , промотор чувствительного к красному свету конопсина, промотор родопсина, промотор родопсинкиназы, промотор гена вителлиформной макулярной дистрофии 2 (VMD2) или промотор гена межфоторецепторного ретинол-связывающего белка (IRBP).Aspect 49 The composition of aspect 48 wherein the promoter is a synapsin promoter, CAG promoter, CMV promoter, grm6 promoter, Pleiades promoter, ChAT promoter, V-glut promoter, GAD promoter, PV promoter, somatostatin (SST) promoter, neuropeptide Y (NPY) promoter, VIP promoter, red-light sensitive conopsin promoter, rhodopsin promoter, rhodopsin kinase promoter, vitelliform macular degeneration 2 (VMD2) gene promoter, or interphotoreceptor retinol-binding protein (IRBP) gene promoter.

Аспект 50. Композиция по любому из аспектов 37-49, в котором у субъекта имеется глазное заболевание, выбранное из пигментного ретинита, макулярной дегенерации, ретиношизиса, врожденного амавроза Лебера и диабетической ретинопатии.Aspect 50 The composition of any one of aspects 37-49 wherein the subject has an ocular disorder selected from retinitis pigmentosa, macular degeneration, retinoschisis, Leber's congenital amaurosis, and diabetic retinopathy.

Аспект 51. Композиция по любому из аспектов 37-49, в котором у субъекта имело место отслоение сетчатки или потеря фоторецептора вследствие травмы или повреждения головы.Aspect 51 The composition of any one of aspects 37-49, wherein the subject has had retinal detachment or photoreceptor loss due to trauma or injury to the head.

Аспект 52. Композиция по любому из аспектов 37-51, в котором композиция содержит фармацевтически приемлемое вспомогательное вещество.Aspect 52 The composition of any one of aspects 37-51, wherein the composition contains a pharmaceutically acceptable excipient.

Аспект 53. Композиция по аспекту 52, в котором фармацевтически приемлемое вспомогательное вещество содержит физиологический раствор.Aspect 53 The composition of aspect 52 wherein the pharmaceutically acceptable excipient comprises saline.

Аспект 54. Композиция по любому из аспектов 37-53, в котором композиция является стерильной.Aspect 54 The composition of any one of aspects 37-53, wherein the composition is sterile.

ПримерыExamples

Следующие примеры приведены для того, чтобы предоставить специалистам в данной области техники полное раскрытие и описание того, как создать и использовать настоящее изобретение, и не предназначены для ограничения объема того, что изобретатели считают своим изобретением, и приведенные ниже эксперименты не являются всеми или единственными проведенными экспериментами. Были предприняты усилия для обеспечения точности в отношении используемых чисел (например, количества, температуры и т.д.), но следует учитывать некоторые экспериментальные ошибки и отклонения. Если не указано иное, части представляют собой части по массе, молекулярная масса представляет собой средневесовую молекулярную массу, температура приведена в градусах Цельсия, а давление равно атмосферному или близко к нему. Можно использовать стандартные сокращения, например, п.о., пара(ы) оснований; т.п.о., тысяча(и) пар оснований; пл, пиколитр(ы); с, секунда(ы); мин, минута(ы); ч, час(ы); аа, аминокислота(ы); т.п.о., тысяча(и) пар оснований; п.о., пара(ы) оснований; нт, нуклеотид(ы); в/м внутримышечно; в/б внутрибрюшинно; п/к подкожно; и тому подобное. The following examples are provided to provide those skilled in the art with a full disclosure and description of how to make and use the present invention, and are not intended to limit the scope of what the inventors consider their invention, and the experiments below are not all or the only ones performed. experiments. Efforts have been made to ensure accuracy with respect to the numbers used (eg amounts, temperatures, etc.), but some experimental errors and deviations should be taken into account. Unless otherwise indicated, parts are parts by weight, molecular weight is weight average molecular weight, temperature is in degrees Celsius, and pressure is at or near atmospheric pressure. Standard abbreviations may be used, eg b.p., base pair(s); kb, thousand base pairs; pl, picoliter(s); s, second(s); min, minute(s); h, hour(s); aa, amino acid(s); kb, thousand base pairs; b.p., pair(s) of bases; nt, nucleotide(s); i / m intramuscularly; in / b intraperitoneally; s / c subcutaneously; etc.

Пример 1. Влияние экспрессии MW-опсина в клетках сетчатки in vitro и in vivoExample 1 Influence of MW-opsin expression in retinal cells in vitro and in vivo

Наследственные и связанные с возрастом дегенеративные заболевания сетчатки вызывают прогрессирующую потерю фоторецепторов палочек и колбочек, что приводит к полной слепоте. Несмотря на потерю чувствительных к свету клеток, необходимых для зрения, нижестоящие нейроны внутренней сетчатки выживают в функциональном состоянии, обеспечивая цель для оптогенетической терапии. На сегодняшний день, оптогенетические подходы столкнулись с двумя основными ограничениями: очень низкая чувствительность к свету у микробных опсинов и очень медленная кинетика у опсинов сетчатки. Данные, представленные ниже, показывают, что конопсин сред длины волны позвоночных (MW-опсин) преодолевает эти ограничения и поддерживает структурированное зрение при слабом освещении. Экспрессия MW-опсина в ганглиозных клетках сетчатки (RGC) слепых мышей rd1 вводит переходный световой отклик ON, который является высокочувствительным к свету и имеет быструю кинетику. MW-опсин восстанавливает фото-избегание при той же светочувствительности, что и у диких животных, на три порядка ниже уровня, необходимого для микробных опсинов, и на уровне родопсина. MW-опсин позволяет животным rd1 различать как разные временные световые паттерны, так и разные пространственные световые паттерны, даже когда пространственные паттерны находятся в движении. Напротив, животные rd1 с родопсином в RGC не способны ни к временной, ни к пространственной дискриминации. Поразительно, что световой отклик MW-опсина адаптируется к окружающему свету в ~1000-кратном диапазоне. Таким образом, MW-опсин сочетает в себе скорость, чувствительность и адаптацию для восстановления регулируемого узорного зрения при реалистичной интенсивности света. LW-опсин и SW-опсин также поддерживают различение зрения между статическими визуальными паттернами, предполагая, что конопсины могут индивидуально восстанавливать естественное монохроматическое зрение и что, в сочетании, они могут восстанавливать цветовое зрение.Hereditary and age-related degenerative diseases of the retina cause a progressive loss of rod and cone photoreceptors, leading to total blindness. Despite the loss of light-sensitive cells essential for vision, downstream neurons of the inner retina survive in a functional state, providing a target for optogenetic therapy. To date, optogenetic approaches have faced two major limitations: the very low light sensitivity of microbial opsins and the very slow kinetics of retinal opsins. The data presented below show that vertebrate wavelength media conopsin (MW-opsin) overcomes these limitations and maintains structured vision in low light. Expression of MW-opsin in rd1 blind mouse retinal ganglion cells (RGCs) induces an ON transient light response that is highly sensitive to light and has fast kinetics. MW-opsin restores photo-avoidance at the same photosensitivity as in wild animals, three orders of magnitude below the level required for microbial opsins and at the level of rhodopsin. The MW opsin allows rd1 animals to distinguish between both different temporal light patterns and different spatial light patterns, even when the spatial patterns are in motion. In contrast, rd1 animals with rhodopsin in the RGC are not capable of either temporal or spatial discrimination. Strikingly, the light response of the MW opsin adapts to ambient light in the ~1000-fold range. Thus, the MW opsin combines speed, sensitivity, and adaptability to restore steerable patterned vision at realistic light intensity. LW opsin and SW opsin also support vision discrimination between static visual patterns, suggesting that conopsins can individually restore natural monochromatic vision and that, when combined, they can restore color vision.

Материалы и способыMaterials and methods

Животные и AAVAnimals and AAV

Эксперименты на мышах проводились с согласия Комитета по уходу и использованию животных при Калифорнийском университете. Мыши wt (C57BL/6J) и мыши rd1 (C3H) были приобретены в лаборатории Джексона и помещены в 12-часовой цикл свет/темнота с пищей и водой ad libitum. кДНК, кодирующая средневолновый конопсин или родопсин позвоночных, была связана с геном желтого флуоресцентного белка (YFP) на С-конце и вставлена в установленную вирусную кассету под контролем промотора синапсина человека (hsyn-1). Ген и промотор были фланкированы инвертированными концевыми повторными доменами, стабилизированы сигнальной последовательностью полиаденилирования (polyA) с посттранскрипционным регуляторным элементом (WPRE) гепатита сурка и упакованы в капсид AAV 2/2-4YF. Титр AAV определяли с помощью КПЦР по отношению к стандарту инвертированных повторных доменов и, как сообщалось, содержали 1010–1012 вирусных геномов. AAV получали, как описано ранее 15. Вектор доставлялся в объеме 2 мкл в стекловидное тело глаза мыши rd1 с помощью микроинъекции с использованием тупого шприца Гамильтона 32-го калибра, хотя разрез выполнялся позади ora serrata с помощью острой иглы 30-го калибра. Инъекции rAAV проводили при p30 – p60, а эксперименты in vivo и in vitro - при p90 – p160. Мышей анестезировали в/б кетамином (72 мг/кг) и ксилазином (64 мг/кг). Глаза были анестезированы пропаракаином (0,5%), а зрачки были расширены фенилэфрином (2,5%) и тропикамидом (1%). Experiments on mice were performed with the consent of the Committee for the Care and Use of Animals at the University of California. Wt mice (C57BL/6J) and rd1 mice (C3H) were purchased from the Jackson laboratory and placed on a 12 hour light/dark cycle with food and water ad libitum. cDNA encoding vertebrate medium wavelength conopsin or rhodopsin was linked to the yellow fluorescent protein (YFP) gene at the C-terminus and inserted into an established viral cassette under the control of the human synapsin promoter (hsyn-1). The gene and promoter were flanked by inverted terminal repeat domains, stabilized by a polyadenylation signal sequence (polyA) with the woodchuck hepatitis post-transcriptional regulatory element (WPRE), and packaged in an AAV 2/2-4YF capsid. The AAV titer was determined by qPCR against the inverted repeat domain standard and was reported to contain 10 10 -10 12 viral genomes. AAV was prepared as previously described 15 . The vector was delivered at a volume of 2 μl to the vitreous of the rd1 mouse eye by microinjection using a blunt 32 gauge Hamilton syringe, although the incision was made behind the ora serrata with a sharp 30 gauge needle. rAAV injections were performed at p30–p60, and in vivo and in vitro experiments at p90–p160. Mice were anesthetized ip with ketamine (72 mg/kg) and xylazine (64 mg/kg). The eyes were anesthetized with proparacaine (0.5%) and the pupils were dilated with phenylephrine (2.5%) and tropicamide (1%).

Электрофизиология и светостимуляцияElectrophysiology and light stimulation

Регистрацию клеток HEK проводили, как было описано ранее 15,51,52. Вкратце, клетки фиксировали в режиме целых клеток в растворе с высоким содержанием внешнего калия (50 мМ) и выдерживали при VH = -80 мВ, чтобы обеспечить внутреннюю движущую силу для калия. 5-10 с импульсы света подавались с низкой интенсивностью (1 мВт/см-2) при 535 нм (для MW-опсина) или 500 нм (для родопсина). Registration of HEK cells was performed as previously described 15,51,52 . Briefly, cells were fixed in whole cell mode in high external potassium solution (50 mM) and kept at V H = -80 mV to provide internal driving force for potassium. 5-10 s light pulses were applied at low intensity (1 mW/cm -2 ) at 535 nm (for MW-opsin) or 500 nm (for rhodopsin).

Записи MEA выполняли на мышах wt (C57BL/6J), и у необработанных и обработанных мышах rd1 при> p90, через 6-10 недель после инъекции AAV вырезали экспериментальную сетчатку из глаза при тусклом красном свете, устанавливали на мембраны клеток 4 мкм и помещали в инкубатор (35°С) в течение 30 мин и перфузировали экзогенным хромофором 9-цис ретиналя. Ткань сетчатки помещали стороной ганглиозных клеток вниз 53 в камеру записи (pMEA 100/30iR-Tpr; многоканальные системы) 60-канальной системы MEA с постоянной перфузией носителя записи Эймса (32°C). Вес сетки Multi Channel Systems (Scientific Instruments - Slice grids) был помещен на сетчатку для предотвращения движения, и вакуум был приложен к сетчатке с помощью насоса (перфорированная система MEA1060 с CVP; Multi Channel Systems), улучшая контакт электрода с тканью и обеспечивая согласованное отношение сигнал/шум на сетчатке. Кроме того, сухой кристалл экзогенного хромофора 9-цис-ретиналя растворяли в мкл 100% этаноле в темноте. Растворенный ретиналь затем добавляли к 100 мкл матригеля на льду и добавляли в верхнюю часть сетки, чуть выше сетчатки, чтобы обеспечить непрерывное поступление хромофора. Кроме того, 9-цис-ретиналь растворяли в растворе для записи и постоянно перфузировали в камеру для записи. Более подробная информация о способах MEA ранее подробно описана в Gaub. et al. (2015)15. Освещение in vitro осуществлялось ртутной дуговой лампой мощностью 300 Вт (DG-4; Sutter Instruments) с полосовым фильтром 535/50 нм для MW-опсина или полосовым фильтром 510/89 нм для родопсина. Интенсивность света контролировали путем изменения рабочего цикла источника света или с использованием фильтров нейтральной плотности и варьировалась от 0,038 мкВт см-2 до 38,2 мВт/см2. Относительные сравнения с интенсивностью естественного света были получены в различных средах с использованием прямого измерения света с помощью измерителя мощности (Thorlabs). Спектральная составляющая белого света измерялась с помощью CCD спектрометра с программным обеспечением для анализа оптического спектра с преобразованием Фурье (Thorlabs). MEA recordings were performed on wt mice (C57BL/6J), and in untreated and treated rd1 mice at >p90, 6-10 weeks after AAV injection, the experimental retina was excised from the eye under dim red light, mounted on 4 µm cell membranes, and placed in incubator (35°C) for 30 min and perfused with exogenous 9-cis retinal chromophore. The retinal tissue was placed ganglion cell side down 53 into the recording chamber (pMEA 100/30iR-Tpr; multi-channel systems) of a 60-channel MEA system with constant perfusion of Ames recorder (32° C.). The weight of the Multi Channel Systems (Scientific Instruments - Slice grids) was placed on the retina to prevent movement, and a vacuum was applied to the retina with a pump (MEA1060 perforated system with CVP; Multi Channel Systems), improving electrode-tissue contact and providing a consistent relationship signal/noise on the retina. In addition, a dry crystal of the exogenous 9-cis-retinal chromophore was dissolved in µl of 100% ethanol in the dark. Dissolved retinal was then added to 100 µl of Matrigel on ice and added to the top of the mesh just above the retina to ensure a continuous supply of the chromophore. In addition, 9-cis-retinal was dissolved in the recording solution and continuously perfused into the recording chamber. More detailed information about the methods of MEA previously described in detail in Gaub. et al. (2015) 15 . In vitro illumination was provided by a 300 W mercury arc lamp (DG-4; Sutter Instruments) with a 535/50 nm bandpass filter for MW-opsin or a 510/89 nm bandpass filter for rhodopsin. Light intensity was controlled by changing the duty cycle of the light source or using neutral density filters and ranged from 0.038 μW cm -2 to 38.2 mW/cm 2 . Relative comparisons with natural light intensity were obtained in various environments using direct light measurement with a power meter (Thorlabs). The spectral component of white light was measured using a CCD spectrometer with Fourier transform optical spectrum analysis software (Thorlabs).

MEA Сбор и анализ данныхMEA Data collection and analysis

Активность сетчатки на MEA отбирали при 25 кГц, фильтровали между 100 и 2000 Гц и регистрировали с использованием программного обеспечения MC_rack (многоканальные системы). Следы напряжения были преобразованы в последовательности пичков в автономном режиме, и пики, записанные на каждом электроде, были отсортированы в отдельные единицы, которые определены как «ячейки», посредством анализа основных компонентов с использованием автономного сортировщика (Plexon-64bit), где каждый электрод обычно идентифицирует 1-3 ячейки. Одиночные спайк-кластеры были экспортированы в MATLAB (MathWorks) и были проанализированы и графически представлены с помощью специального программного обеспечения. Все частоты пульсаций были извлечены из следов, усредненных за 3-10 циклов светового отклика, если не указано иное, подробности которых указаны в условных обозначениях на фигурах. Отклики между клетками и сетчаткой были нормализованы с использованием индекса светового отклика (LRI), взятого у Tochitsky, I., et al. (2014) 37 и Gaub et al. (2014) 47 (LRI =(пиковая частота пульсаций на свету - средняя скорость отклика в темноте)/пиковая частота пульсаций на свету + средняя частота пульсаций в темноте). В экспериментах, в которых изменялись условия в сетчатке (светочувствительность, чувствительность к свету и темноте и зависимость отклика от длительности вспышки), отклики были нормализованы по отношению к пику с наибольшим откликом от базовой линии, и каналы отслеживались по всем параметрам записи. Подгонка всех кривых и кинетический анализ проводились в Clampfit 10.6 (Molecular Devices). Клетки были определены как «отвечающие», если LRI удовлетворял условию LRI> 0,1 или LRI <-0,1. Ширина отклика на половине максимума пика от базовой линии была определена с помощью специального программного обеспечения для анализа MATLAB (MathWorks), которое интерполировало следы отдельных ячеек и применялось сглаживание до определения FWHM. Отношения интенсивность-отклик соответствовали одному Больцмановскому распределению и нормировались для соответствия между 0 и 1. Retinal activity on MEA was sampled at 25 kHz, filtered between 100 and 2000 Hz and recorded using MC_rack software (multichannel systems). The voltage traces were converted to spike sequences offline and the peaks recorded at each electrode were sorted into individual units, which are defined as "cells", through principal component analysis using an offline sorter (Plexon-64bit), where each electrode is usually identifies 1-3 cells. Single spike clusters were exported to MATLAB (MathWorks) and analyzed and graphically represented using special software. All ripple frequencies were extracted from traces averaged over 3-10 cycles of light response, unless otherwise noted, the details of which are indicated in the legend in the figures. The responses between cells and the retina were normalized using the light response index (LRI) taken from Tochitsky, I., et al. (2014) 37 and Gaub et al. (2014) 47 (LRI =(peak ripple frequency in light - average response speed in dark)/peak ripple frequency in light + average ripple frequency in dark). In experiments that varied retinal conditions (light sensitivity, light and dark sensitivity, and response versus flash duration), responses were normalized to the peak with the highest response from baseline, and channels were tracked across all recording parameters. All curve fitting and kinetic analysis were performed in Clampfit 10.6 (Molecular Devices). Cells were defined as "responding" if the LRI satisfied the condition LRI> 0.1 or LRI <-0.1. The half-peak response width from baseline was determined using custom MATLAB analysis software (MathWorks), which interpolated individual cell traces and applied smoothing until FWHM was determined. The intensity-response relationships corresponded to a single Boltzmann distribution and were normalized to fit between 0 and 1.

Сравнение светочувствительности оптогенетических зондовComparison of photosensitivity of optogenetic probes

Естественная чувствительность зрения человека охватывает широкий диапазон, от скотопической (тусклый 104 - 1011 фотонов −2 с−1) до фотопической полосы (яркий 1010 – 1017 фотонов см−2 с−1), приводя к восприятию в условиях динамического освещения. Чтобы связать чувствительность MW-опсина с чувствительностью других оптогенетических систем и нормальным зрением, были проведены эксперименты, в которых измеряли интенсивность естественного света при различных внешних и внутренних условиях с использованием портативного измерителя мощности (Thorlabs), сравнивая их с экспериментальными парадигмами и порогами чувствительности света (наименьшие измеримые световые реакции), описанными в литературе с использованием монохроматических длин волн света при максимальных функциональных максимумах или около них для эксплантов сетчатки, полученных от мышей rd1, которым оптогенетический зонд был доставлен посредством трансфекции AAV (фиг. 7). The natural sensitivity of human vision spans a wide range, from the scotopic (dim 10 4 - 10 11 photons −2 s −1 ) to the photopic band (bright 10 10 – 10 17 photons cm −2 s . In order to relate the sensitivity of MW-opsin to that of other optogenetic systems and normal vision, experiments were performed that measured the intensity of natural light under various external and internal conditions using a portable power meter (Thorlabs), comparing them with experimental paradigms and light sensitivity thresholds ( lowest measurable light responses) described in the literature using monochromatic light wavelengths at or near maximum functional maxima for retinal explants derived from rd1 mice delivered with an optogenetic probe via AAV transfection (Fig. 7).

Электрофизиология и световая стимуляция для записи мозга in vivoElectrophysiology and light stimulation for in vivo brain recording

Записи in vivo выполняли, как описано ранее Veit et. al. (2017)58. Мышей анестезировали изофлураном (концентрация пара 2,5%). Скальп был удален, фасция втянута, а череп слегка протравлен иглой 27 калибра. После нанесения Vetbond на поверхность черепа, специальная пластина из нержавеющей стали была прикреплена к черепу с помощью зубного цемента (Metabond). Мышам позволяли восстанавливаться после операции в течение не менее 2 д. Затем мышей приучали в течение 2–5 д. к фиксации головы на свободно вращающейся круговой беговой дорожке. В день записи мышей ненадолго анестезировали изофлураном (2%), череп над V1 истончен и небольшая (<250 мкм) краниотомия была открыта по первичной зрительной зоне коры головного мозга тонкой иглой. 16-канальная линейная электродная матрица с интервалом 25 микрон (NeuroNexus, A1x16-5mm-25-177-A16) вводилась в мозг с использованием микроманипулятора (Sensapex) и стереомикроскопа (Leica). Электрическая активность усиливалась и оцифровывалась при частоте 30 кГц (Spike Gadgets) и сохранялась на жестком диске компьютера. Глубина коры каждого электрического контакта определялась путем обнуления нижнего контакта с поверхностью мозга. Электрод вставляли близко к перпендикуляру к поверхности мозга. In vivo recordings were performed as previously described by Veit et. al. (2017) 58 . Mice were anesthetized with isoflurane (vapor concentration 2.5%). The scalp was removed, the fascia retracted, and the skull lightly etched with a 27-gauge needle. After applying Vetbond to the surface of the skull, a special stainless steel plate was attached to the skull using dental cement (Metabond). The mice were allowed to recover from the operation for at least 2 days. Then, the mice were accustomed for 2–5 days to fix their heads on a freely rotating circular treadmill. On the day of recording, mice were briefly anesthetized with isoflurane (2%), the skull over V1 was thinned, and a small (<250 µm) craniotomy was opened over the primary visual cortex with a fine needle. A 16-channel linear electrode array at 25 micron intervals (NeuroNexus, A1x16-5mm-25-177-A16) was introduced into the brain using a micromanipulator (Sensapex) and a stereo microscope (Leica). Electrical activity was amplified and digitized at 30 kHz (Spike Gadgets) and stored on a computer hard drive. The cortical depth of each electrical contact was determined by zeroing out the lower contact with the brain surface. The electrode was inserted close to perpendicular to the surface of the brain.

Визуальные стимулы генерировались с помощью Psychophysics Toolbox59, работающего на Apple Mac Mini, и были представлены на 23-дюймовом ЖК-дисплее Eizo FORIS FS2333 с гамма-коррекцией и частотой обновления 60 Гц. Монитор был расположен в 15 см от правого глаза мыши, охватывая примерно 108 на 61 градус угла обзора. Мышей адаптировали к темноте за 7-10 мин перед каждым блоком записей. Были использованы две разные парадигмы стимуляции: 1) Контрастность: Мышам показывали полноэкранные вспышки 500 мс при 0,5 Гц четырех разных уровнях яркости (15, 25, 50 и 100% от максимальной яркости), которые повторялись 10 раз в разных случайных порядках. 2) Мерцание: Мышам показывали 20 500 мс полноэкранных вспышек (максимальная яркость 116 мкВт см-2) при 0,0167 Гц (одна в мину) или 100 вспышек при 0,5, 1, 2 и 4 Гц в отдельных блоках. Visual stimuli were generated using Psychophysics Toolbox 59 running on an Apple Mac Mini and presented on a 23-inch Eizo FORIS FS2333 LCD with gamma correction and a 60 Hz refresh rate. The monitor was positioned 15 cm from the mouse's right eye, covering approximately 108 by 61 degrees of viewing angle. Mice were dark adapted 7–10 min before each recording block. Two different stimulation paradigms were used: 1) Contrast: Mice were shown full screen flashes of 500ms at 0.5Hz at four different brightness levels (15%, 25%, 50% and 100% of maximum brightness) which were repeated 10 times in different random orders. 2) Flicker: Mice were shown 20,500 ms of full-screen flashes (maximum brightness 116 μW cm -2 ) at 0.0167 Hz (one per minute) or 100 flashes at 0.5, 1, 2 and 4 Hz in separate blocks.

In vivo кортикальная запись данных, сбор и анализIn vivo cortical data recording, collection and analysis

Пиковую активность извлекали путем фильтрации необработанного сигнала между 800 и 7000 Гц. Обнаружение всплеска проводилось с использованием пакета UltraMega Sort60. Обнаруженные пики сигналов были отсортированы с использованием пакета MClust (http://redishlab.neuroscience.umn.edu/MClust/MClust.html). Формы сигналов сначала автоматически группировались с помощью KlustaKwik, а затем вручную корректировались для соответствия критериям для дальнейшего анализа. Единицы с более чем 2% их отдельных форм волны, нарушающих рефрактерный период 2 мс, были классифицированы как мульти-единицы. Глубина каждого блока была назначена на основе вычисленной глубины электрода на матрице, которая показала свою самую большую амплитуду отсортированного сигнала. Частоты пульсаций рассчитывали путем подсчета пиков в двухсекундном окне, начинающемся через 250 мс после появления визуального стимула для фиг. 20b, и в окне 5 с, начинающемся непосредственно после появления стимула для фиг. 21c. Значения для гистограмм перистимульного времени (PSTH) были сгенерированы путем разбивки отклика на скачки либо на 20 мс (фиг. 19), либо на 50 мс (фиг. 20), либо на 25 мс (фиг. 21), и сглаживания полученных значений с помощью фильтра скользящих средних. Для фиг. 21 амплитуда модуляции была рассчитана по усредненным пробным откликам пика, которые были сгруппированы через 25 мс в окне 2, 1, 0,5 или 0,25 с для мерцания 0,5, 1, 2 и 4 Гц соответственно. Соответствующие базовые амплитуды модуляции были получены из испытания, усредняющего такое же количество окон одинаковой длины до начала первого визуального стимула (в течение периода адаптации темноты). Локальные потенциалы поля были извлечены с помощью низкочастотной фильтрации необработанного сигнала, дискретизированного при 30 кГц, ниже 200 Гц и последующей понижающей дискретизации до 1 кГц.Peak activity was extracted by filtering the raw signal between 800 and 7000 Hz. Splash detection was performed using the UltraMega Sort 60 package. The detected signal peaks were sorted using the MClust package (http://redishlab.neuroscience.umn.edu/MClust/MClust.html). Waveforms were first grouped automatically using KlustaKwik and then manually adjusted to meet criteria for further analysis. Units with more than 2% of their individual waveforms violating the 2 ms refractory period were classified as multi-units. The depth of each block was assigned based on the computed electrode depth on the array, which showed its largest sorted signal amplitude. Pulsing frequencies were calculated by counting the peaks in a two second window starting 250 ms after the onset of the visual stimulus for FIG. 20b and in window 5c starting immediately after the appearance of the stimulus for FIG. 21c. Values for histograms of peristimulus time (PSTH) were generated by splitting the burst response into either 20 ms (FIG. 19), 50 ms (FIG. 20), or 25 ms (FIG. 21), and smoothing the resulting values with using a moving average filter. For FIG. 21, the modulation amplitude was calculated from the average probe peak responses, which were grouped at 25 ms into a window of 2, 1, 0.5, or 0.25 s for 0.5, 1, 2, and 4 Hz flicker, respectively. The corresponding base modulation amplitudes were obtained from a test averaging the same number of windows of the same length prior to the onset of the first visual stimulus (during the dark adaptation period). The local field potentials were extracted by low pass filtering the raw signal sampled at 30 kHz below 200 Hz and downsampled down to 1 kHz.

СтатистикаStatistics

Чтобы оценить статистическую значимость записей МЭА, применяли непараметрические двусторонние U-критерии Манна-Уитни. Для наученного поведения избегания темноты и наученного поведения распознавания паттернов значимость определялась двумя способами. (1) Значимость поведенческих характеристик была рассчитана с использованием двусторонних непарных критериев Стьюдента с коррекцией Бонферрони, когда это применимо. Значение было также определено путем расчета доли успешных выступлений (2). Успех был определен как большее, чем сумма среднего значения в контрольной группе и одного S.D, а неудача - это любое значение, которое не достигло этого критерия. Коэффициенты успеха были затем рассчитаны для каждого условия. Для определения значимости различий между условиями была построена таблица попарных сопряженностей, и первоначально был проведен двусторонний тест хи-квадрат Пирсона. Чтобы исправить условия с малым n, был также проведен точный односторонний тест Фишера. Фиг. 11 (таблица 1).To evaluate the statistical significance of the MEA records, non-parametric two-tailed Mann-Whitney U-tests were used. For learned dark avoidance behavior and learned pattern recognition behavior, significance was determined in two ways. (1) The significance of behavioral characteristics was calculated using two-tailed unpaired Student's t-tests with Bonferroni's correction when applicable. The value was also determined by calculating the percentage of successful performances (2). Success was defined as greater than the sum of the mean of the control group and one S.D, and failure was any value that did not meet this criterion. Success rates were then calculated for each condition. To determine the significance of differences between conditions, a pairwise contingency table was constructed and Pearson's two-tailed chi-square test was initially performed. To correct for the small n conditions, Fisher's exact one-tailed test was also performed. Fig. 11 (table 1).

Подготовка тканей и иммуногистохимияTissue preparation and immunohistochemistry

Мышей> через 4-6 недель после лечения AAV2/2-hsyn-MW-конопсин-YFP умерщвляли, глаза фиксировали в 4% параформальдегиде (Ted Pella) (30 мин), сетчатки удаляли и тщательно промывали с использованием PBS и монтировали на плоской поверхности на предметных стеклах с использованием среды Vectashield (Vector Laboratories), пропитанной DAPI (окрашивание ядер клеток - синий). Для срезов сетчатки целые крепления были встроены в агарозу (Sigma) и разрезаны поперечно с использованием вибратома (Leica Microsystems) со сред скоростью, максимальной вибрацией и толщиной 180 мкм. Ткани сетчатки, используемые для иммуногистохимии при криосекции сетчатки или тотальных препаратах, обрабатывали и исследовали с помощью конфокальной микроскопии (Leica TCS SP5; Leica Microsystems).Mice >4-6 weeks after treatment with AAV2/2-hsyn-MW-conopsin-YFP were sacrificed, eyes fixed in 4% paraformaldehyde (Ted Pella) (30 min), retinas removed and thoroughly washed with PBS and mounted on a flat surface on slides using Vectashield medium (Vector Laboratories) impregnated with DAPI (staining of cell nuclei - blue). For retinal sections, whole mounts were embedded in agarose (Sigma) and cut transversely using a vibratome (Leica Microsystems) with medium speed, maximum vibration, and a thickness of 180 µm. Retinal tissues used for immunohistochemistry in retinal cryosection or total preparations were processed and examined using confocal microscopy (Leica TCS SP5; Leica Microsystems).

Пассивное избегание - тест в открытом полеPassive avoidance - open field test

Тест на открытом поле был выполнен, как описано ранее 16,47. Вкратце, двухместная (светлая и темная) челночная коробка (Colbourn Instruments) позволяет мыши свободно перемещаться через небольшое отверстие, соединяющее два отсека. Светлый отсек освещался ЖК-панелью над отсеком. Белый свет, а также длины волн 535 нм и 460 нм использовали при интенсивности света ~100 мкВт см-2 (белый свет) и 0,5-25 мкВт см-2 (синий и зеленый свет), которые были равномерно распределены по полу. День 1 - мышей переносили в коробку для испытаний и им давали привыкать к новой среде со своими однопометниками в течение 45 мин. Затем мышей возвращали в их домашнюю клетку и затем тестировали индивидуально. День 2 - Мышей помещали в светлый отсек и давали максимум 3 мин, чтобы обнаружить, что есть второй отсек. 15-минное испытание начиналось, когда они вошли в темный отсек, и время, проведенное на свету, было записано. Мыши, которые пересекли отверстие только один раз и оставались в темном отсеке в течение всего времени, были дисквалифицированы. Для экспериментов по адаптации мышей предварительно подвергали воздействию белого света в течение 1 часа (1 мВт/см-2) или условий темноты, а затем сразу же проводили тест в открытом поле. Движения животных отслеживались с помощью ИК-датчиков на челночной коробке. Время, проведенное с обеих сторон, было записано и проанализировано с использованием программ Graphic State и RT Graphic State (Colbourn Instruments).The open field test was performed as previously described 16,47 . Briefly, the double (light and dark) shuttle box (Colbourn Instruments) allows the mouse to move freely through a small opening connecting the two compartments. The bright compartment was illuminated by an LCD panel above the compartment. White light, as well as wavelengths of 535 nm and 460 nm, were used at light intensities of ~100 μW cm -2 (white light) and 0.5-25 μW cm -2 (blue and green light), which were evenly distributed over the floor. Day 1 - Mice were transferred to the test box and allowed to acclimate to the new environment with their littermates for 45 minutes. The mice were then returned to their home cage and then tested individually. Day 2 - Mice were placed in the light compartment and allowed a maximum of 3 min to discover that there was a second compartment. The 15-minute test began when they entered the dark compartment, and the time spent in the light was recorded. Mice that crossed the hole only once and remained in the dark compartment the entire time were disqualified. For adaptation experiments, mice were pre-exposed to white light for 1 hour (1 mW/cm -2 ) or dark conditions, and then immediately tested in an open field. Animal movements were tracked using IR sensors on the shuttle box. Time spent on both sides was recorded and analyzed using the Graphic State and RT Graphic State programs (Colbourn Instruments).

Визуально настроенная парадигма формирования страхаVisually Tuned Fear Formation Paradigm

Эксперименты по формированию страха проводились с использованием ударных камер Colbourn - камера Colbourn Habitest с испытательной клеткой (Coulbourn Instruments, PA) со светодиодным экраном, прикрепленным к потолку. В 1-й день животных доставляли в комнату для испытаний в домашних клетках, а затем индивидуально акклиматизировали в течение 30 мин для очистки ударных камер Colbourn. На 2-3-й день животных подвергали парному или непарному формированию страха в легкой форме, состоящему из 5-мин привыкания к камере (темнота) с последующими тремя испытаниями с ударом током при 0,7 мА в течение 15 мин. Для парных испытаний переход от статического или мигающего (2 Гц) света на ЖК-дисплее совпал с коротким ударом током по ноге с интервалом между скачками 2 с (в течение 10 с). Для непарных испытаний животные также получали удары током, но не зависели от перехода стимула. Эти короткие, слабые удары током обеспечили минимальные неприятные стимулы, чтобы создать память страха, связанную с узорным светом. На 4-й день настил коробки был заменен пластиком вместо ударной решетки. Мышей приучали к камере в течение 5 мин и подвергали тому же протоколу светостимуляции, что и на 2 и 3 д., но без удара током. Замораживающее поведение в ожидании удара током регистрировалось программным обеспечением Colbourn FreezeFrame и нормализовалось к поведению движения, полученному до стимуляции. Затем результаты сравнивали между парными и непарными когортами, чтобы определить, был ли отклик страха обусловлен переходом стимула.Fear shaping experiments were conducted using Colbourn impact chambers - a Colbourn Habitest chamber with test cage (Coulbourn Instruments, PA) with an LED screen attached to the ceiling. On Day 1, animals were brought to the home cage test room and then individually acclimatized for 30 minutes to clean the Colbourn shock chambers. On days 2-3, the animals were subjected to mild paired or unpaired fear formation, consisting of 5 min habituation to the chamber (darkness) followed by three shock tests at 0.7 mA for 15 min. For pair tests, the transition from a static or flashing (2 Hz) light on the LCD coincided with a short shock to the leg with a 2 s (within 10 s) interval between surges. For unpaired trials, animals also received shocks but were not affected by stimulus transition. These short, weak shocks provided minimal unpleasant stimuli to create a fear memory associated with patterned light. On day 4, the flooring of the box was replaced with plastic instead of a shock grate. Mice were accustomed to the chamber for 5 min and subjected to the same light stimulation protocol as on days 2 and 3, but without electric shock. Freezing behavior in anticipation of shock was recorded by the Colbourn FreezeFrame software and normalized to the movement behavior obtained before stimulation. The results were then compared between paired and unpaired cohorts to determine if the fear response was driven by stimulus transition.

Модифицированный протокол активного избеганияModified active avoidance protocol

Протоколы избегания выполнялись с использованием челночной коробки Colbourn (H10-11M-SC) Colbourn Habitest Isolation Cubicle (H10-24) и программного обеспечения Graphic State и Graphic State RT (Colbourn Instruments, PA). В 1-й день животные акклиматизировались в затемненной процедурной комнате в течение 30 мин в своих домашних клетках с последующей индивидуальной адаптацией к затемненной челночной коробке до тех пор, пока животные не перестали бояться и проводить примерно одинаковое количество времени с каждой стороны челночной коробки (исследовательское поведение). На 2-3-й день экраны iPad были установлены в стене клеточного челнока и отображали два разных изображения одинаковой формы, размера и интенсивности света. Каждый забег начинался, когда животное перемещалось на другую сторону челночной коробки от того места, где оно было размещено. Каждый прогон длился 15 мин. Отвращающая сторона изображения была спарена с ударом током ноги 0,7 мА с интервалами в 5 секунд, пока животное не вернулось в «безопасную» сторону. Любое животное, остававшееся на аверсивной стороне более 60 секунд, было удалено из клетки, и этот ход был отброшен. На 4-й день световые паттерны поменялись местами (таким образом, отвращающий экран находился там, где раньше была «безопасная» сторона), чтобы избежать смещения местоположения, а не паттерна. Кроме того, настил клетки заменен на пластиковый вместо ударной решетки. Это гарантирует, что единственная связь с тренировочным днем - это световые стимулы. Опять же, животные бегали в течение 15 мин, и время, проведенное на каждой стороне, регистрировали. В экспериментах по адаптации к свету применялся тот же протокол, за исключением того, что на 4-й день фазе воспоминания предшествовала либо светлая (белая лампочка 65 Вт), либо темная фаза адаптации в течение одного часа. Расчеты оптического угла визуальной дискриминации проводились с использованием параметров поведенческой челночной клетки (15,24 × 36 см), расстояния от точки принятия решения (делителя), центрального положения ЖК-панели (18,85 см) и параметров паттерна стимула (расстояние между параллельными линиями 1 - 6 см) с использованием уравнения оптического (физического) угла. Угол обзора = V = 2tan-1((D/2)/(L)) = 18 град = 0,33 - 0,49 рад. Циклы на градус = 1/V ~0,056 ц/град. Это примерно в 9 раз ниже, чем у визуально интактных мышей wt (~0,3-0,5 ц/град), как указано в других исследованиях 39,54,55,56.Avoidance protocols were performed using the Colbourn Shuttle Box (H10-11M-SC) Colbourn Habitest Isolation Cubicle (H10-24) and Graphic State and Graphic State RT software (Colbourn Instruments, PA). On day 1, the animals acclimatized in a darkened treatment room for 30 min in their home cages, followed by individual adaptation to the darkened shuttle box until the animals were no longer afraid and spent approximately the same amount of time on each side of the shuttle box (exploratory behavior). ). On days 2-3, iPad screens were installed in the cell shuttle wall and displayed two different images of the same shape, size, and light intensity. Each run began when the animal moved to the other side of the shuttle box from where it was placed. Each run lasted 15 min. The aversive side of the image was paired with a 0.7 mA leg shock at 5 second intervals until the animal returned to the "safe" side. Any animal remaining on the aversive side for more than 60 seconds was removed from the cage and the move was discarded. On day 4, the light patterns were reversed (thus the averse screen was where the "safe" side used to be) to avoid shifting the location rather than the pattern. In addition, the cage flooring has been replaced with plastic instead of a shock grid. This ensures that the only link to the training day is the light stimuli. Again, the animals ran for 15 minutes and the time spent on each side was recorded. In the light adaptation experiments, the same protocol was used, except that on day 4 the recall phase was preceded by either a light (65 W white light bulb) or dark adaptation phase for one hour. The optical angle of visual discrimination calculations were performed using the behavioral shuttle cell parameters (15.24 × 36 cm), distance from the decision point (divider), central position of the LCD panel (18.85 cm), and stimulus pattern parameters (distance between parallel lines 1 - 6 cm) using the equation of the optical (physical) angle. Viewing angle = V = 2tan -1 ((D/2)/(L)) = 18 deg = 0.33 - 0.49 rad. Cycles per degree = 1/V ~0.056 c/deg. This is approximately 9 times lower than visually intact mice wt (~0.3-0.5 c/deg) as reported in other studies 39,54,55,56 .

Для исследовательского анализа поведения два объекта были помещены в поле размером 50 см × 50 см. Животных помещали в пустую коробку и позволяли свободно исследовать ее в течение 10 мин. На следующий день два новых объекта были помещены в коробку, и животные были снова размещены вдоль стены коробки и им было позволено свободно исследовать ее в течение 10 мин, пока арена непрерывно снималась. Используя технологию Noldus Ethosvision XT v13.5, видео анализировали на предмет задержки, чтобы достичь и исследовать каждый объект, скорости перемещения (см/с) и пройденного расстояния (см). For exploratory behavioral analysis, two objects were placed in a 50 cm × 50 cm box. Animals were placed in an empty box and allowed to explore it freely for 10 min. The next day, two new objects were placed in the box, and the animals were again placed along the wall of the box and allowed to freely explore it for 10 minutes while the arena was filmed continuously. Using Noldus Ethosvision XT v13.5 technology, video was analyzed for delay to reach and explore each object, travel speed (cm/s) and distance traveled (cm).

Результатыresults

Характеристика MW-опсина в клетках HEK293Characterization of MW-opsin in HEK293 cells

Недавние исследования показали, что родопсин позвоночных, обнаруженный в наружных сегментах палочек, может быть эктопически использован для контроля передачи сигналов Gi/o в культивируемых клетках при низкой интенсивности света 25, но снижается при повторной стимуляции и имеет медленную дезактивацию 24,26. Медленная кинетика также наблюдается, когда родопсин экспрессируется в ON-биполярных клетках слепой сетчатки 14,15, что вызывает обеспокоенность тем, что он может не поддерживать видение естественных сцен из-за движения наблюдателя и окружающих объектов. Был задан вопрос, будет ли другой опсин позвоночных обладать высокой чувствительностью родопсина, но иметь более быструю кинетику. Меланопсин и экстраретинальные опсины были измерены за пределами фоторецепторных клеток в различных типах клеток, в том числе в нефоторецепторных клетках сетчатки, и все они оказались медленными или медленнее, чем родопсин 14-16,27-29. Опсины из клеток фоторецепторов колбочек млекопитающих были выбраны потому, что они дезактивируются быстрее в колбочках, чем родопсин в палочках 30. Среди опсинов колбочек был выбран MW-опсин, который действует в центре видимого спектра. MW-опсин или родопсин экспрессировался в клетках HEK293T с GIRK1 (F137S), версией калиевого канала, связанного с внутренним выпрямителем G, который образует гомотетрамер, который активируется Gβγ после активации связанного с Gαi рецептора 31 (фиг. 1). В присутствии 9-цис-ретиналя (функционально стабильного аналога природного хромофора 11-цис-ретиналя) клетки, экспрессирующие MW-опсин и родопсин, демонстрировали большие внутренние фототоки при отрицательных потенциалах удержания при высоком внешнем уровне калия, которые были вызваны вспышками света низкой интенсивности (1 мВт см-2) при 535 нм (для MW-опсина) или 500 нм (для родопсина) (фиг. 1a,b). После освещения ток, вызванный MW-опсином, затухал в ~8 раз быстрее, чем ток, вызываемый родопсином, и восстанавливался более полно, обеспечивая воспроизводимые отклики при повторных вспышках освещения (фиг. 1a,c), как показано ранее в гетерологичных клетках для конопсинов короткой и длинной волны 24. Это предполагает, что более высокая скорость может быть свойственной передаче сигналов MW-опсина, а не специализацией колбочек. MW-опсин затем тестировали в не фоторецепторных ретинальных нейронах.Recent studies have shown that vertebrate rhodopsin, found in the outer segments of the rods, can be ectopically used to control Gi/o signaling in cultured cells at low light intensity 25 but decreases with repeated stimulation and has a slow deactivation 24,26 . Slow kinetics are also observed when rhodopsin is expressed in ON-bipolar cells of the blind retina 14,15 raising concerns that it may not support vision of natural scenes due to the movement of the observer and surrounding objects. The question was raised whether another vertebrate opsin would have high rhodopsin sensitivity but have faster kinetics. Melanopsin and extraretinal opsins have been measured outside of photoreceptor cells in various cell types, including non-photoreceptor cells in the retina, and all have been found to be slow or slower than rhodopsin 14-16,27-29 . Opsins from mammalian cone photoreceptor cells were chosen because they are deactivated faster in cones than rhodopsin in rods 30 . Among the cone opsins, the MW opsin was chosen, which acts in the center of the visible spectrum. MW-opsin or rhodopsin was expressed in HEK293T cells with GIRK1 (F137S), a version of the potassium channel associated with the internal G rectifier that forms a homotetramer that is activated by Gβγ upon activation of the Gαi-coupled receptor 31 (Fig. 1). In the presence of 9-cis-retinal (a functionally stable analog of the natural chromophore 11-cis-retinal), cells expressing MW-opsin and rhodopsin exhibited large internal photocurrents at negative holding potentials at high external potassium levels, which were triggered by low-intensity flashes of light ( 1 mW cm -2 ) at 535 nm (for MW-opsin) or 500 nm (for rhodopsin) (Fig. 1a,b). After illumination, the MW-opsin-induced current decayed ∼8 times faster than the rhodopsin-induced current and recovered more completely, providing reproducible responses upon repeated flashes of illumination (Fig. 1a,c), as shown previously in heterologous cells for conopsins. short and long wave 24 . This suggests that the higher rate may be inherent in MW opsin signaling rather than cone specialization. MW-opsin was then tested in non-photoreceptor retinal neurons.

Фиг. 1а-1c. Активация MW-опсином и родопсином каналов GIRK в клетках HEK293. (a, b). Репрезентативные следы активации каналов гомотетрамера GIRK (F137S) путем фотостимуляции родопсина (a) или MW-опсина (b), измеренные в слое целых клеток в 50 мМ [K+]вн при VH = -80 мВ в отклик на импульсы света низкой интенсивности (1 мВт см-2) при 535 нм (для MW-опсина) или 500 нм (для родопсина). (c) Затухание фотоотклика (Tau OFF) для родопсина (синий) и MW-опсина (зеленый). Значения средние + СОС; n = 6 (Rho), 8 (MW-опсин) клеток.Fig. 1a-1c. Activation by MW-opsin and rhodopsin of GIRK channels in HEK293 cells. (a,b). Representative traces of activation of channels of the GIRK homotetramer (F137S) by photostimulation of rhodopsin (a) or MW-opsin (b), measured in a layer of whole cells at 50 mM [K + ] ext at V H = -80 mV in response to low-intensity light pulses (1 mW cm -2 ) at 535 nm (for MW-opsin) or 500 nm (for rhodopsin). (c) Photoresponse decay (Tau OFF) for rhodopsin (blue) and MW opsin (green). Values are average + SOS; n = 6 (Rho), 8 (MW-opsin) cells.

MW-опсин восстанавливается быстрые и вызывает чувствительные световые реакции в слепой сетчаткеMW opsin recovers quickly and elicits sensitive light responses in the blind retina

MW-опсин был протестирован на сетчатке мыши rd1, которая имеет мутацию в гене PDE-6-β, что приводит к прогрессирующей потере клеток фоторецепторов палочек и колбочек. MW-опсин под контролем синапсинового промотора человека (hSyn-1) с желтой флуоресцентной (YFP) C-концевой меткой для отслеживания экспрессии был упакован в AAV2/2 (4YF) и инъецирован интравитреально в постнатальный день 45 (фиг. 2а, b). Сетчатки были выделены через 4-8 нед. Было обнаружено, что экспрессия является панретинальной с уровнем трансфекции 45% + 19% (SD), ограниченной слоем RGC и локализованной в соме и дендритах как ON-, так и OFF-RGC (фиг. 2c, d и 14), четко определенный профиль экспрессии, согласуется с ранее показанным нацеливанием 32 и сходен с экспрессией родопсина при идентичных параметрах (фиг. 15). Сетчатки были установлены на многоэлектродной матрице (МЭА) со слоем RGC, контактирующим с электродами, для проверки активности, вызванной светом. Из-за полной дегенерации фоторецепторов у животных > 3 месяцев 33 не было выявлено вызванного светом отклика в сетчатке контрольных однопометных особей rd1 (фиг. 2e), за исключением нескольких RGC, которые демонстрировали медленные отклики, характерные для собственно фоточувствительных RGC 57. Напротив, сетчатки от животных, которым инъецировали MW-опсин, кодирующий AAV, демонстрировали сильное вызванное светом увеличение потенциального воздействия, состоящее из большого быстрого переходного компонента и небольшого (размером ~ 30%) медленного компонента (фиг. 2f, g, 3a, 16 и 17). Световые реакции снижались при повторных приступах световой стимуляции, как и следовало ожидать после удаления пигментного эпителия сетчатки, источника 11-цис. Сокращение было уменьшено добавлением 9-цис-ретиналя (стабильного аналога 11-цис-ретиналя) к регистрирующему раствору (фиг. 2g).MW-opsin was tested in the rd1 mouse retina, which has a mutation in the PDE-6-β gene that results in progressive loss of rod and cone photoreceptor cells. MW-opsin under the control of the human synapsin promoter (hSyn-1) with a yellow fluorescent (YFP) C-terminal tag for expression tracking was packaged in AAV2/2 (4YF) and injected intravitreally at postnatal day 45 (Fig. 2a,b). The retinas were isolated after 4-8 weeks. Expression was found to be panretinal with a transfection rate of 45% + 19% (SD), restricted to the RGC layer and localized in the soma and dendrites of both ON- and OFF-RGC (Fig. 2c, d and 14), a well-defined profile expression is consistent with the previously shown targeting 32 and is similar to the expression of rhodopsin under identical parameters (Fig. 15). The retinas were mounted on a multi-electrode array (MEA) with an RGC layer in contact with the electrodes to test for light-induced activity. Due to complete photoreceptor degeneration in >3 months 33 animals, no light-induced response was detected in the retinas of control rd1 littermates (Fig. 2e), with the exception of a few RGCs that exhibited slow responses characteristic of intrinsically photosensitive RGCs 57 . In contrast, retinas from animals injected with AAV-encoding MW-opsin exhibited a strong light-induced increase in potential exposure, consisting of a large fast transient component and a small (~30% size) slow component (Figs. 2f, g, 3a, 16 and 17). Light responses decreased with repeated attacks of light stimulation, as would be expected after removal of the retinal pigment epithelium, the source of 11-cis. The contraction was reduced by adding 9-cis-retinal (a stable analogue of 11-cis-retinal) to the recording solution (Fig. 2g).

Фиг. 2a-2g. Экспрессия и функция MW-опсина в RGC сетчатки мыши rd1. (а). Вирусная ДНК-экспрессионная кассета. MW-опсин с YFP (зеленый) под контролем промотора hSyn-1, фланкированный доменами инвертированного концевого повтора (ITR), стабилизированный сигнальной последовательностью полиаденилирования (полиА) и посттранскрипционным регуляторным элементом гепатита сурка (WPRE). (b) Схема дегенерированной сетчатки мыши rd1 с выделенными целевыми RGC (зеленый). ONL: внешний ядерный слой. IPL: внутренний плексиформный слой. Фоторецепторная дегенерация обозначена светло-серым. (c,d) En face изображение плоского крепления (c) и поперечного среза (d) конфокальных изображений экспрессии MW-опсина сетчатки rd1 мыши через 4 недели после интравитреального введения AAV2/2-hSyn- MW-опсина-YFP. Изображения YFP, слитые с C-концом MW-опсина (зеленый), показывают пан-ретинальное распределение (c) в слое RGC по отношению к окрашиванию DAPI ядер (d, синий). Весы 60 мкм (с) и 20 мкм (d). (e,f) Записи MEA из неинъецированного контроля (e) и MW-опсина, экспрессирующего (f) rd1 сетчатки мыши. (Вверху) Растровый график с пичками для каждого RGC (e: n = 75 ячеек; g: n = 84 единицы). (Внизу) Гистограмма перистимульного времени (PSTH). Протокол световой стимуляции: 4 световых импульса длительностью 1 с (λ = 535 нм, зеленые полосы), разделенных темными интервалами 30 с. (g) Нормализованный индекс световой реакции (LRI) для сетчатки rd1 без (серый) и с экспрессией MW-опсина (зеленый) (серый: N = 3 сетчатки, n = 190 клеток; зеленый: N = 6 сетчатки, n = 273 клетки). LRI для 1 и 5-й вспышки света без (светло-зеленый; N = 3 сетчатки, n = 106 клеток) и с (темно-зеленый; N = 3 сетчатки, n = 167 клеток) 9-цис ретиналем. Интенсивность света 3,38 мВт см-2. Длина волны: λ = 535 нм (MW-O), значения являются средними + СОС. Все клетки относятся к отсортированным единицам. Статистическую значимость оценивали с использованием U-критерия Манна-Уитни (* p <0,001).Fig. 2a-2g. Expression and function of MW-opsin in the RGC of the rd1 mouse retina. (a). Viral DNA expression cassette. MW-opsin with YFP (green) under the control of the hSyn-1 promoter, flanked by inverted terminal repeat (ITR) domains, stabilized by a polyadenylation signal sequence (polyA) and a woodchuck hepatitis post-transcriptional regulatory element (WPRE). (b) Schematic of the degenerated rd1 mouse retina with targeted RGCs highlighted (green). ONL: outer nuclear layer. IPL: inner plexiform layer. Photoreceptor degeneration is indicated in light gray. (c,d) En face image of (c) flat mount and (d) transverse section of confocal images of mouse rd1 retinal MW-opsin expression 4 weeks after intravitreal administration of AAV2/2-hSyn-MW-opsin-YFP. Images of YFP fused to the C-terminus of MW opsin (green) show pan-retinal distribution (c) in the RGC layer in relation to nuclear DAPI staining (d, blue). Scales 60 µm (c) and 20 µm (d). (e,f) MEA recordings from uninjected control (e) and MW-opsin expressing (f) mouse retinal rd1. (Top) Raster plot with spikes for each RGC (e: n = 75 cells; g: n = 84 units). (Bottom) Histogram of peristimulus time (PSTH). Light stimulation protocol: 4 light pulses of 1 s duration (λ = 535 nm, green bars) separated by dark intervals of 30 s. (g) Normalized light response index (LRI) for rd1 retina without (grey) and with MW-opsin expression (green) (grey: N=3 retinas, n=190 cells; green: N=6 retinas, n=273 cells ). LRI for 1st and 5th flash of light without (light green; N=3 retinas, n=106 cells) and with (dark green; N=3 retinas, n=167 cells) 9-cis retinal. Light intensity 3.38 mW cm -2 . Wavelength: λ = 535 nm (MW-O), values are average + SOS. All cells belong to sorted units. Statistical significance was assessed using the Mann-Whitney U-test (*p<0.001).

Фиг. 14а-14b. MW-опсин экспрессируется в сетчатке мыши rd1. Конфокальные изображения плоского монтирования (а) и среза (b) MW-опсин-YFP в RGC сетчатке rd1 мыши через 4-6 недель после интравитреального введения AAV2/2-hSyn-MW-опсин-YFP. Флуоресценция YFP (зеленый) и окрашивание ядер DAPI (синий). INL = внутренний ядерный слой, RGC = слой ганглиозных клеток сетчатки. Масштаб 40 мкм (а) и 20 мкм (b).Fig. 14a-14b. MW opsin is expressed in the rd1 mouse retina. Flat mount (a) and section (b) confocal images of MW-opsin-YFP in RGC rd1 mouse retina 4-6 weeks after intravitreal administration of AAV2/2-hSyn-MW-opsin-YFP. YFP fluorescence (green) and DAPI nuclear staining (blue). INL = inner nuclear layer, RGC = retinal ganglion cell layer. Scale 40 µm (a) and 20 µm (b).

Фиг. 15а-15b. Родопсин экспрессируется в сетчатке мыши rd1. Конфокальные изображения плоского монтирования (а) и среза (b) родопсина-YFP в RGC сетчатке rd1 мыши через 4-6 недель после интравитреального введения AAV2/2-hSyn-родопсин-YFP. Флуоресценция YFP (зеленый) и окрашивание ядер DAPI (синий). INL = внутренний ядерный слой, RGC = слой ганглиозных клеток сетчатки. Масштаб 40 мкм (а) и 20 мкм (b).Fig. 15a-15b. Rhodopsin is expressed in the rd1 mouse retina. Flat mount (a) and section (b) confocal images of rhodopsin-YFP in RGC rd1 mouse retina 4-6 weeks after intravitreal administration of AAV2/2-hSyn-rhodopsin-YFP. YFP fluorescence (green) and DAPI nuclear staining (blue). INL = inner nuclear layer, RGC = retinal ganglion cell layer. Scale 40 µm (a) and 20 µm (b).

Фиг. 16а-16d. Эффективность трансдукции MW-опсина в сетчатке rd1. (а) Средний процент каналов, идентифицированных в сетчатке мышей rd1, экспрессирующих MW-опсин, которые показывают чувствительность к свету в записях МЭА. Светочувствительность, определяемая как Светочувствительный индекс (LRI)> 0,1, параметры которые установлены в Tochitsky et al. (2014)37, Gaub. et al (2014)47 и Berry et al. (2017)62. (LRI = пиковая частота пульсаций в темноте - средняя частота пульсаций в темноте/пиковая частота пульсаций в темноте + средняя частота пульсаций в темноте). (b) Средний нормализованный отклик по сетчатке). (a,b) N = 8 rd1 сетчаток, N = 5 wt сетчаток. (c) Средние значения взаимной корреляции в MW-опсине rd1 (n = 370 клеток, N = 3 сетчатки) и в диком типе (n = 237 клеток, N = 3 сетчатки). Взаимная корреляция всех светочувствительных единиц за период от 1 с до 2 с после светового импульса. (d) Распределение корреляционных значений для светочувствительных единиц в одной и той же сетчатке для MW-опсина (n = 370 клеток, N = 3 сетчатки) и wt сетчатке (n = 237 клеток, N = 3 сетчатки). Fig. 16a-16d. Transduction efficiency of MW-opsin in rd1 retina. (a) Mean percentage of channels identified in the retina of rd1 mice expressing MW-opsin that show light sensitivity in MEA recordings. Light sensitivity, defined as Light Sensitivity Index (LRI) > 0.1, parameters set by Tochitsky et al. (2014) 37 , Gaub. et al (2014) 47 and Berry et al. (2017) 62 . (LRI = peak dark ripple - average dark ripple/peak dark ripple + average dark ripple). (b) Mean normalized retinal response). (a,b) N = 8 rd1 retinas, N = 5 wt retinas. (c) Mean cross-correlation values in MW-opsin rd1 (n=370 cells, N=3 retinas) and wild-type (n=237 cells, N=3 retinas). Cross-correlation of all photosensitive units over a period of 1 s to 2 s after the light pulse. (d) Distribution of correlation values for photosensitive units in the same retina for MW-opsin (n=370 cells, N=3 retinas) and wt retina (n=237 cells, N=3 retinas).

Фиг. 17a-17d. Характеристика медленного компонента светового отклика в сетчатке rd1, экспрессирующей MW-опсин. (a) Репрезентативная кривая среднего отклика популяции RGC для rd1, экспрессирующей MW-опсин (λ = 510 нм; длительность импульса 1 секунда; 5 вспышек, усредненных с интервалом 30 секунд), показывает быстрый переходный компонент и медленный компонент светового отклика (СОС в сером цвете). (b) Сравнение LRI быстрого переходного (зеленый) и медленного (стальной-серый) компонентов светового отклика и их соотношение (черный) быстрый/медленный) (n = 122 канала, N = 3 сетчатки). (c) Кинетика медленного компонента: время до пика (T. - пик) и постоянная времени распада (тау-распад). (d) LRI быстрого (зеленого) и медленного (стально-серого) компонентов в темных (слева) и светлых (справа) условиях.Fig. 17a-17d. Characterization of the slow component of the light response in the rd1 retina expressing MW-opsin. (a) Representative RGC population mean response curve for rd1 expressing MW-opsin (λ = 510 nm; pulse width 1 second; 5 flashes averaged at 30 second intervals) showing a fast transient component and a slow light response component (SOS in gray color). (b) LRI comparison of the fast transient (green) and slow (steel grey) components of the light response and their (black) fast/slow ratio (n = 122 channels, N = 3 retinas). (c) Kinetics of the slow component: time to peak (T. - peak) and decay time constant (tau decay). (d) LRI of fast (green) and slow (steel grey) components in dark (left) and light (right) conditions.

Одним из потенциальных преимуществ опсинов сетчатки является их высокая чувствительность к свету в их нормальных клеточных средах. Родопсин и меланопсин остаются очень чувствительными при эктопической экспрессии 25, в том числе в сетчатке, как показано для родопсина в ON-BC и RGC и меланопсина в RGC 14-17. В соответствии с этим, MW-опсин в RGC в сетчатке мыши rd1 был высокочувствительным к свету до степени, неотличимой от родопсина (фиг. 3b, c). Эта чувствительность около в 1000 раз выше, чем у канального родопсина 8,13 или галородопсина 11,12, и находится в диапазоне нормальных интенсивностей внутреннего освещения. Фиг. 7. Несмотря на схожесть по чувствительности к родопсину, MW-опсин продемонстрировал кинетику: ~3,5-кратное ускорение нарастания и ~4-кратное ускорение до пика в начале светового импульса и ~7-кратное ускорение затухания после окончания светового потока импульс (фиг. 3d,e), приводящие к импульсному отклику длительностью 270 + 21 мс при половинной амплитуде, ~10 раз короче, чем длительность 2,61 + 0,21 с при половинной амплитуде импульсного отклика родопсина. Tau ON, время до пика и tau OFF незначительно изменялись с уменьшением интенсивности света, сохраняя преимущество в скорости перед родопсином (фиг. 8a-c) 14,15. Кинетика нарастания и затухания отклика в RGC сетчатки rd1, экспрессирующей MW-опсин, напоминала таковую у переходного ON-отклика RGC, наблюдаемого в wt сетчатке глаза, за исключением того, что первый имел более длительную латентность (фиг. 3e и 8d, e). Кинетика быстрого отклика и чувствительность MW-опсина позволили предположить, что он будет реагировать на короткие вспышки света. Действительно, импульсы освещения, короткие до 25 мс, по-прежнему вызывали отклики, которые достигали ~60% от максимального пикового отклика (фиг. 3f, g), аналогично тому, что наблюдается в wt сетчатки 34.One potential advantage of retinal opsins is their high sensitivity to light in their normal cellular environments. Rhodopsin and melanopsin remain highly sensitive to ectopic expression 25 , including in the retina, as shown for rhodopsin in ON-BC and RGC and melanopsin in RGC 14-17 . Consistent with this, the MW-opsin in the RGC in the rd1 mouse retina was highly sensitive to light to a degree indistinguishable from rhodopsin (Fig. 3b,c). This sensitivity is about 1000 times higher than channel rhodopsin 8,13 or halorodopsin 11,12 and is in the range of normal indoor light intensities. Fig. 7. Despite the similarity in sensitivity to rhodopsin, MW-opsin showed kinetics of ~3.5-fold acceleration of rise and ~4-fold acceleration to peak at the beginning of the light pulse and ~7-fold acceleration of decay after the end of the light pulse (Fig. 3d,e), leading to an impulse response with a duration of 270 ± 21 ms at half amplitude, ~10 times shorter than the duration of 2.61 ± 0.21 s at half amplitude of the impulse response of rhodopsin. Tau ON, time to peak, and tau OFF changed little with decreasing light intensity, retaining a speed advantage over rhodopsin (Fig. 8a-c) 14,15 . The rise and fall kinetics of the response in the MW-opsin-expressing rd1 retinal RGC was similar to that of the RGC transient ON response observed in the wt retina, except that the former had a longer latency (Figs. 3e and 8d, e). The fast response kinetics and sensitivity of the MW opsin suggested that it would respond to short bursts of light. Indeed, illumination pulses as short as 25 ms still elicited responses that reached ∼60% of the maximum peak response (Fig. 3f,g), similar to that observed in retinal wt 34 .

Контрастная чувствительность в удаленной сетчатке и в первичной зрительной зоне коры головного мозга была исследована in vivo путем измерения отклика на полные полутоновые шаги. В вырезанной сетчатке rd1, экспрессирующей MW-опсин, активность RGC изменялась в ответ на изменения яркости всего лишь на 25% (фиг. 18а, b), приближаясь, но не являясь эквивалентно контрастной чувствительности сетчатки дикого типа (фиг. 18с). В дополнительных экспериментах in vivo на животных rd1, экспрессирующих MW-опсин в RGC, эксперименты включали измерение единичных ответных реакций и визуально вызванных потенциалов через слои первичной зрительной зоне коры головного мозга у бодрствующих, свободно бегущих животных (фиг. 19) и наблюдение аналогичной контрастной чувствительности с использованием стандартного монитора компьютера (фиг. 20). Корковые реакции следовали за частотой вспышки, по крайней мере, до 4 Гц (фиг. 21). Чувствительность и кинетика световых реакций, передаваемых MW-опсином в RGC, позволяют предположить, что он может поддерживать зрительно-опосредованное поведение. Contrast sensitivity in the distant retina and in the primary visual cortex was examined in vivo by measuring the response to full halftone steps. In excised rd1 retinas expressing MW-opsin, RGC activity changed in response to changes in brightness by only 25% (Fig. 18a,b), approaching, but not equivalent to, the contrast sensitivity of the wild-type retina (Fig. 18c). In additional in vivo experiments on rd1 animals expressing MW-opsin in the RGC, the experiments included measuring unit responses and visually evoked potentials across layers of the primary visual cortex in awake, free-running animals (Fig. 19) and observing similar contrast sensitivity. using a standard computer monitor (FIG. 20). Cortical responses followed the flash frequency up to at least 4 Hz (Fig. 21). The sensitivity and kinetics of light responses mediated by MW opsin in the RGC suggest that it may support visually mediated behavior.

Фиг. 3a-3g. Световой отклик в выделенной сетчатке мыши rd1 с MW-опсином в RGC. (a) (Вверху) Средний отклик на 1-секундную вспышку света популяции RGC, экспрессирующей MW-опсин (зеленый) или родопсин (синий) в RGC сетчатки мыши rd1. (Внизу) График растрового среднего отклика RGC сетчатки мыши rd1 на 5 вспышек света длительностью 1 с при 535 нм для MW-опсина (n = 88 клеток) и 510 нм для родопсина (n = 54 клеток), экспрессирующего в RGC. (b, c) Светочувствительность для MW-опсина (N = 2 сетчатки, n = 127 клеток) и родопсина (N = 2 сетчатки, n = 95 клеток) в RGC сетчатки мыши rd1. Пиковая частота пульсаций нормализуется до максимума при максимальной интенсивности. (d, e) Время реакции на свет. Средние значения популяции прослеживаются во времени от появления света до максимального возбуждения (время до пика: 355 + 21 мс), экспоненциальными подгонками для фазы возбуждения (Tau ON: 112 + 25 мс) и затухания (Tau OFF: 260 + 31 мс) и полной шириной на половине максимума (FWHM: 183 + 85 мс) (e) для MW-опсина (d; e, зеленый; N = 3 сетчатки, n = 95 клеток) и родопсина (e, синий; N = 2 сетчатки, n = 67 клетки). (f, g) Зависимость светового отклика MW-опсина от длительности вспышки. (f) Репрезентативный световой отклик сетчатки (n = 117 клеток): средняя частота пульсаций среди популяции (вверху) и растровый график единичных откликов (внизу). (h) Нормализованные пиковые отклики для различной продолжительности стимуляции (N = 2 сетчатки, n = 183 клетки). Интенсивность света 3,82 × 10-1 мВт см-2, если не указано иное, длина волны: λ = 535 нм (MW-опсин) или 510 нм (родопсин). N = количество сетчатки, n = количество клеток/единиц. Все клетки относятся к отсортированным единицам. Значения означают + СОС. Статистическую значимость оценивали с использованием U-критерия Манна-Уитни (* p <0,001).Fig. 3a-3g. Light response in the isolated retina of an rd1 mouse with MW-opsin in the RGC. (a) (Top) Average response to a 1 second flash of light of a population of RGCs expressing MW-opsin (green) or rhodopsin (blue) in the rd1 mouse retinal RGC. (Bottom) Raster mean RGC response plot of mouse rd1 retina to 5 1 s flashes of light at 535 nm for MW-opsin (n=88 cells) and 510 nm for rhodopsin (n=54 cells) expressed in RGC. (b, c) Light sensitivity for MW-opsin (N=2 retinas, n=127 cells) and rhodopsin (N=2 retinas, n=95 cells) in rd1 mouse retinal RGC. The peak pulsation frequency normalizes to a maximum at maximum intensity. (d, e) Response time to light. Population averages are traced over time from light appearance to maximum excitation (time to peak: 355 + 21 ms), exponential fits for excitation phase (Tau ON: 112 + 25 ms) and decay (Tau OFF: 260 + 31 ms) and full width at half maximum (FWHM: 183 + 85 ms) (e) for MW-opsin (d; e, green; N = 3 retinas, n = 95 cells) and rhodopsin (e, blue; N = 2 retinas, n = 67 cells). (f, g) Dependence of the light response of the MW opsin on the flash duration. (f) Representative light response of the retina (n = 117 cells): mean pulsation frequency across the population (top) and unit response raster plot (bottom). (h) Normalized peak responses for various durations of stimulation (N=2 retinas, n=183 cells). Light intensity 3.82×10 -1 mW cm -2 , unless otherwise indicated, wavelength: λ = 535 nm (MW-opsin) or 510 nm (rhodopsin). N = number of retinas, n = number of cells/units. All cells belong to sorted units. Values mean +SOS. Statistical significance was assessed using the Mann-Whitney U-test (*p<0.001).

Фиг. 7. Пороговый отклик оптогенетических систем в слепых сетчатках по сравнению с нормальным зрением. Сравнение пороговой чувствительности естественного зрения (вверху) с чувствительностью различных оптогенетических систем, введенных в определенный набор выживших нейронов в сетчатке после дегенерации фоторецепторных клеток (внизу). Млекопитающие MW-опсин (зеленый), родопсин (синий) и меланопсин (циан) в ~1000 раз более чувствительны, чем микробный канальный родопсин2 и галородопсин. Порог для альтернативных оптогенетических подходов от Bi et al. (2006)8, Zhang et al (2009)12, Sengupta et al. (2016)13, Doroudchi et al. (2011)45, Gaub et al. (2014)47, Cronin et al (2014)65, Berry et al. (2017)66 De Silva et al. (2017)17. (8) Bi et al. (2006) Каналородопсин, экспрессированный с промотором AAV2-CAG, стимулировали при 460 нм, у мыши rd1 с пределом чувствительности в RGC = 2,2 × 1015 фотонов см−2 с−1 ~1 мВт см-2. (12) Zhang et al (2009) Галородопсин экспрессированный с промотором AAV2-CMV , стимулировали при 555 – 575 нм при полосе пропускания rd1 у мыши rd1 с пределом чувствительности в RGC = 5.8 × 1016 фотонов см−2 с−1 ~20 мВт см-2. (13) Sengupta et al. (2016) - Сдвинутый к красному цвету каналородопсин экспрессированный с промотором AAV2-hSyn стимулировали при 595 нм у мыши rd1 с пределом чувствительности в RGC = 2.5 × 1015 фотонов см−2 с−1 ~1 мВт см-2. (45) Doroudchi et al. (2011) Канальный родопсин экспрессированный с промотором AAV8-Y733F & SV-40 стимулировали при 450–490 нм при полосе пропускания у rd10 мыши с пределом чувствительности в ON-BC = 4 × 1016 фотонов см−2 с−1 ~ 17 мВт см-2. (47) Gaub et al. (2014) LiGluR-MAG460 экспрессированный с промотором AAV2-hSyn и AAV2-4xGrm6 стимулировали при 445/20 нм у rd1 мыши с пределом чувствительности в RGC и ON-BC = 7,1 × 1014 фотонов см−2 с−1 ~0.3 мВт см-2. (65) Cronin et al (2014) Каналородопсин экспрессированный с промотором AAV2/8BP2 и 4xGRM6 стимулировали у rd1 мыши с пределом чувствительности в ON-BC = 1 × 1016 фотонов см−2 с−1 ~5 мВт см-2. (66) Berry et al. (2017) SNAG-MGluR2 экспрессированный с промотором AAV2-hSyn стимулировали при 445/50 нм у rd1 мыши с пределом чувствительности в RGC = 1 × 1014 фотонов см−2 с−1 ~0.5 мВт см-2. Fig. 7. Threshold response of optogenetic systems in blind retinas compared to normal vision. Comparison of the threshold sensitivity of natural vision (top) with the sensitivity of various optogenetic systems introduced into a specific set of surviving neurons in the retina after photoreceptor cell degeneration (bottom). Mammalian MW-opsin (green), rhodopsin (blue), and melanopsin (cyan) are ~1000 times more sensitive than microbial channel rhodopsin2 and halorhodopsin. Threshold for alternative optogenetic approaches from Bi et al. (2006)8, Zhang et al (2009)12, Sengupta et al. (2016)13, Doroudchi et al. (2011)45, Gaub et al. (2014)47, Cronin et al (2014)65, Berry et al. (2017)66 De Silva et al. (2017)17. (8) Bi et al. (2006) Canalorhodopsin expressed with AAV2-CAG promoter stimulated at 460 nm in rd1 mouse with a detection limit in RGC = 2.2 × 1015photons cm−2 With−1 ~1 mW cm-2. (12) Zhang et al (2009) Halorhodopsin expressed with the AAV2-CMV promoter stimulated at 555 – 575 nm with an rd1 bandwidth in an rd1 mouse with a detection limit in RGC = 5.8 × 10sixteen photons cm−2 With−1 ~20 mW cm-2. (13) Sengupta et al. (2016) - Redshifted channelorhodopsin expressed with AAV2-hSyn promoter stimulated at 595nm in mouse rd1 with sensitivity limit in RGC = 2.5 × 1015photons cm−2 With−1~1 mW cm-2. (45) Doroudchi et al. (2011) Channel rhodopsin expressed with the AAV8-Y733F & SV-40 promoter was stimulated at 450–490 nm with a bandwidth in the rd10 mouse with a sensitivity limit in ON-BC = 4 × 10sixteenphotons cm−2 With−1~ 17 mW cm-2. (47) Gaub et al. (2014) LiGluR-MAG460 expressed with promoter AAV2-hSyn and AAV2-4xGrm6 stimulated at 445/20 nm in rd1 mice with a detection limit in RGC and ON-BC = 7.1 x 10fourteenphotons cm−2 With−1 ~0.3 mW cm-2. (65) Cronin et al (2014) Canalorhodopsin expressed with the AAV2/8BP2 promoter and 4xGRM6 was stimulated in rd1 mice with a sensitivity limit in ON-BC = 1 × 10sixteenphotons cm−2 With−1 ~5 mW cm-2. (66) Berry et al. (2017) SNAG-MGluR2 expressed with the AAV2-hSyn promoter was stimulated at 445/50 nm in rd1 mice with a detection limit in RGC = 1 × 10fourteenphotons cm−2 With−1 ~0.5 mW cm-2.

(17) De Silva et al. (2017) экспрессировали с помощью AAV2/8 (Y733F) и CMV энхансера CMV/CBA промотора, стимулированных при 480/20 нм у мыши rd1 с пределом чувствительности к меланопсину в RGC = 1,20 × 1012 фотонов см−2 с−1 ~0,5 мкВт см-2.(17) De Silva et al. (2017) expressed with AAV2/8 (Y733F) and CMV enhancer CMV/CBA promoter stimulated at 480/20 nm in an rd1 mouse with a melanopsin sensitivity limit of RGC = 1.20 × 10 12 photons cm– 2 s– 1 ~0.5 μW cm -2 .

Фиг. 8a-8e. Зависимая от интенсивности кинетика световой реакции MW-опсина. (a-c) Зависимость интенсивности света (в секундах) от Tau ON (a), Tau OFF (b) и времени до пика (T-пик) (c) в сетчатке rd1, экспрессирующей MW-опсин, n = 111 клеток, N = 3 сетчатки. Все клетки относятся к отсортированным единицам. Значения средние, ошибки - СОС. Длина волны: λ = 535 нм. (d, e) Средний отклик популяции RGC с СОС в сером цвете (вверху) и усредненный растровый график за 5 световых вспышек продолжительностью 1 секунда (внизу) для rd1, экспрессирующих MW-опсин (d; λ = 510 нм; n = 117 клеток) и wt (е, белый свет; n = 50 клеток).Fig. 8a-8e. Intensity-dependent kinetics of the light reaction of MW-opsin. (a-c) Dependence of light intensity (in seconds) on Tau ON (a), Tau OFF (b) and time to peak (T-peak) (c) in rd1 retina expressing MW-opsin, n = 111 cells, N = 3 retinas. All cells belong to sorted units. Values are average, errors are SOS. Wavelength: λ = 535 nm. (d, e) Average population response of RGCs with COS in gray (top) and averaged raster plot over 5 1 second flashes of light (bottom) for rd1 expressing MW-opsin (d; λ = 510 nm; n = 117 cells ) and wt (e, white light; n = 50 cells).

Фиг. 18a-18c. Обнаружение контраста в выделенной сетчатке мыши rd1 экспрессирующей MW-опсин. MEA-регистрация откликов на шаги от темной до полной тоновой шкалы различной интенсивности на примере изолированной сетчатки от экспрессирующей MW-опсин мыши rd1 (в среднем по 14 каналам) (а). (b, c) Нормализованное изменение частоты пульсаций RGC в отклик на изменения контраста для мышей rd1, экспрессирующих MW-опсин (N = 2 сетчатки) (b) и wt мышей (N = 2 сетчатки) (c) 100% света = 25 мкВт см-2. Fig. 18a-18c. Contrast detection in isolated rd1 mouse retina expressing MW-opsin. MEA registration of responses to steps from a dark to full tone scale of varying intensity on the example of an isolated retina from an MW-opsin-expressing mouse rd1 (on average, 14 channels) (a). (b, c) Normalized change in RGC pulsation rate in response to contrast changes for rd1 mice expressing MW-opsin (N = 2 retinas) (b) and wt mice (N = 2 retinas) (c) 100% light = 25 μW cm -2 .

Фиг. 19a-19e. Световые отклики in vivo в V1 мыши rd1, экспрессирующей MW-опсин. (а) Схематическое изображение мыши с фиксированной головой на колесе для бега. Стимулы отображаются на стандартном мониторе компьютера, расположенном в пределах поля зрения одного глаза. (b) Реакция на импульс света 500 мс. Вверху, репрезентативный визуально вызванный потенциал из слоя 4 V1 (в среднем 20 откликов, заштрихованная область представляет собой среднее значение ± СОС). Внизу, тепловая карта откликов отдельных единиц от всех 16 электродов линейной электродной матрицы по всей глубине зрительной зоны коры головного мозга (в среднем 20 откликов). (c) Диаграмма рассеяния вызванной светом зависимости от базовой частоты пульсаций для 39 единиц у 3 мышей rd1, экспрессирующих MW-опсин. (d) PSTH (с интервалом 50 мс) типичного устройства в отклик на световую вспышку. (e) График процентного изменения пульсации нейронов после стимуляции в 39 единицах у 3 мышей.Fig. 19a-19e. Light responses in vivo in V1 mouse rd1 expressing MW-opsin. (a) Schematic representation of a mouse with a fixed head on a running wheel. Stimuli are displayed on a standard computer monitor located within the field of view of one eye. (b) Response to a 500 ms light pulse. Top, representative visually evoked potential from V1 layer 4 (mean 20 responses, shaded area represents mean ± SOS). Below, a heat map of individual unit responses from all 16 electrodes of the linear electrode array across the entire depth of the visual cortex (mean 20 responses). (c) Scatterplot of light-induced dependence on baseline pulsation frequency for 39 units in 3 rd1 mice expressing MW-opsin. (d) PSTH (50 ms interval) of a typical device in response to a flash of light. (e) Plot of percentage change in neuronal firing after stimulation at 39 units in 3 mice.

Фиг. 20a-20d. Обнаружение контраста in vivo у экспрессирующей MW-опсин мыши rd1. (а) Иллюстрация записей зрительной зоне коры головного мозга у бодрствующей свободно бегущей мыши rd1, экспрессирующей MW-опсин. Рандомизированные контрастные изменения представлены на мониторе компьютера, расположенном в поле зрения животных. (b) Средняя частота пульсации в ответ на полные контрастные шаги (длительность 500 мс), записанные в слое 4 V1. На вставке показаны PSTH, излученные с 20 мс. 100% света = 115 мкВт см-2.Fig. 20a-20d. In vivo contrast detection in MW-opsin expressing mouse rd1. (a) Illustration of visual cortex recordings from an awake free-running rd1 mouse expressing MW-opsin. Randomized contrast changes are presented on a computer monitor placed in the field of view of the animals. (b) Average pulsation frequency in response to full contrast steps (500 ms duration) recorded in layer 4 of V1. The inset shows PSTH emitted from 20 ms. 100% light = 115 µW cm -2 .

Фиг. 21a-21c. Временные свойства V1-откликов in vivo у мышей rd1, экспрессирующих MW-опсин. (a-c) Изменения в пульсации нейронов в зрительной зоне коры головного мозга, вызванные мерцающими стимулами полного поля 1, 2 и 4 Гц в течение 100 циклов.Fig. 21a-21c. Temporal properties of V1 responses in vivo in rd1 mice expressing MW opsin. (a-c) Changes in neuronal firing in the visual cortex evoked by flickering full-field stimuli at 1, 2, and 4 Hz for 100 cycles.

MW-опсин восстанавливает врожденное избегание света MW opsin restores innate light avoidance

Наблюдая, что MW-опсин вызывает большие световые отклики при низкой интенсивности в выделенной сетчатке rd1, интактное животное использовали для оценки способности MW-опсина поддерживать визуальное поведение. Зрячие мыши врожденно избегают освещенных областей, механизм выживания, связанный с уклонением от захвата 35. Это поведение теряется после дегенерации фоторецепторов в модели мыши rd1 9,16. Чтобы определить, может ли это поведение быть восстановлено, мышей rd1 с MW-опсином в RGC тестировали в поведенческой коробке, состоящей из смежных светлых и темных отсеков (фиг. 4a). Фракцию времени, проведенного в каждом отсеке, регистрировали и сравнивали с мышами rd1, которых не лечили, и с мышами wt (фиг. 4, фиг. 9a-c, фиг. 11), как и долю успешного избегания для каждой когорты (фиг. 9а-с и фиг.11, таблица 1). Светлый отсек освещался белым светом низкой интенсивности, что эквивалентно освещению в помещении (100 мкВт/см-2). В то время как животные rd1, которых не лечили, не могут различить визуально между отсеками, они проводят около 40-50% времени в темном отсеке, что согласуется с установленным уклоном в пользу светлого отсека из-за знакомства с местом высвобождения (см. Способы) (фиг. 4b). Напротив, мыши rd1, экспрессирующие или родопсин, или MW-опсин, демонстрировали сильное предпочтение к темному отсеку, подобно животным с нормальным зрением (фиг. 4b и фиг. 9a). Затем, используя ту же поведенческую парадигму, белый свет был заменен синим (460 + 22 нм) или зеленым (534 + 25 нм) светом, а интенсивность была снижена до нижнего порога кривых выделенной сетчатки зависимости реакции от интенсивности для MW-опсина и родопсина (1 мкВт см-2; фиг. 3b). В условиях зеленого света животные, экспрессирующие MW-опсин и родопсин, демонстрировали избегание света (фиг. 4c, слева и фиг. 9b), однако, при синем свете только животные экспрессирующие родопсин демонстрировали избегание света (фиг. 4c, справа и фиг. 9c). Это проявление монохроматической чувствительности согласуется со спектром действия MW-опсина 36.Observing that MW opsin elicits large light responses at low intensity in the highlighted rd1 retina, an intact animal was used to assess the ability of MW opsin to maintain visual behavior. Sighted mice innately avoid illuminated areas, a survival mechanism related to capture evasion 35 . This behavior is lost after photoreceptor degeneration in the rd1 mouse model 9,16 . To determine if this behavior could be restored, rd1 mice with MW-opsin in RGC were tested in a behavioral box consisting of adjacent light and dark compartments (Fig. 4a). The fraction of time spent in each compartment was recorded and compared with untreated rd1 mice and wt mice (Fig. 4, Fig. 9a-c, Fig. 11), as was the proportion of successful avoidance for each cohort (Fig. 9a-c and Fig.11, table 1). The light compartment was illuminated with low-intensity white light, which is equivalent to indoor lighting (100 μW/cm -2 ). While untreated rd1 animals cannot visually distinguish between compartments, they spend about 40-50% of their time in the dark compartment, consistent with the established bias in favor of the light compartment due to familiarity with the release site (see Methods ) (Fig. 4b). In contrast, rd1 mice expressing either rhodopsin or MW-opsin showed a strong preference for the dark compartment, similar to animals with normal vision (Fig. 4b and Fig. 9a). Then, using the same behavioral paradigm, white light was replaced with blue (460 + 22 nm) or green (534 + 25 nm) light, and the intensity was lowered to the lower threshold of the highlighted retina intensity-response curves for MW-opsin and rhodopsin ( 1 μW cm -2 Fig. 3b). Under green light conditions, animals expressing MW-opsin and rhodopsin exhibited light avoidance (Fig. 4c, left and Fig. 9b), however, under blue light, only animals expressing rhodopsin exhibited light avoidance (Fig. 4c, right and Fig. 9c). ). This manifestation of monochromatic sensitivity is consistent with the action spectrum of MW opsin 36 .

Фиг. 9a-9g. Избегание света и наученное поведение распознавания паттернов. (a-c) Доля успешного избегания светлого отсека (доля успешных испытаний на избегание) для rd1, экспрессирующих родопсин в RGC (синий; n = 6 мышей) или MW-опсин (зеленый; n = 5) и wt мышей (белый; n = 5 мышей) при освещении либо (а) белым светом (100 мкВт см-2), (b) зеленым светом 25 мкВт см-2 (535 нм) или (c) синим светом 25 мкВт см-2 (470 нм). Статистическую значимость оценивали с использованием двустороннего критерия хи-квадрат Пирсона и точного одностороннего критерия Фишера, когда это применимо (фиг. 11). Успех определяется как избегание больше среднего + S.D. контрольных необработанных мышей rd1 (см. Способы). (d) Схема эксперимента по распознаванию образов. Мышей адаптировали на день 1, и подвергали воздействию удара электрического тока в связи с определенным типом света (стимул A/B), случайным образом спаренным с любой камерой на 2-й и 3-й дни, и тестировали (время, проведенное в каждой камере) на 4-й день в отсутствие удара током с изменением структуры света, чтобы избежать смещения местоположения. (e-g) Доля успешной дискриминации модели в сочетании с ударом током (доля успешных испытаний на избегание) по сравнению с контрольной группой rd1, не получавшей лечения. (e) Горизонтальные против вертикальных параллельных линий. Различение параллельных статических (f) или движущихся (g) квадратов на расстоянии 1 против 6 см. Соответственно для e, f и g: rd1 родопсин (синий; n = 8 (e), 6 (f) мышей), rd1 MW-опсин (n = 17 (e), 11 (f), 6 (g) мышей) и wt (n = 5 (e), 6 (f), 9 (g) мышей). (25 мкВт см-2). Статистическую значимость оценивали с использованием двустороннего критерия хи-квадрат Пирсона и точного одностороннего критерия Фишера, когда это применимо (фиг. 11). Успех определяется как избегание больше среднего + S.D. По сравнению с контрольными необработанными мышами rd1. Fig. 9a-9g. Light avoidance and learned pattern recognition behavior. (ac) Light compartment avoidance success rate (avoidance trial success rate) for rd1 expressing rhodopsin in RGC (blue; n=6 mice) or MW-opsin (green; n=5) and wt mice (white; n=5 mice) under illumination with either (a) white light (100 μW cm -2 ), (b) green light 25 μW cm -2 (535 nm) or (c) blue light 25 μW cm -2 (470 nm). Statistical significance was assessed using Pearson's two-tailed chi-square test and Fisher's exact one-tailed test when applicable (FIG. 11). Success is defined as greater than average avoidance + SD control untreated rd1 mice (see Methods). (d) Schematic of the pattern recognition experiment. Mice were adapted on day 1 and subjected to an electric shock in association with a particular type of light (stimulus A/B) randomly paired with any chamber on days 2 and 3 and tested (time spent in each chamber ) on the 4th day in the absence of electric shock with a change in the structure of the light to avoid location shift. (eg) Proportion of successful discrimination of the model in combination with electric shock (proportion of successful avoidance trials) compared to the untreated control group rd1. (e) Horizontal vs vertical parallel lines. Discrimination of parallel static (f) or moving (g) squares at a distance of 1 vs. 6 cm. Respectively for e, f and g: rd1 rhodopsin (blue; n = 8 (e), 6 (f) mice), rd1 MW-opsin (n = 17 (e), 11 (f), 6 (g) mice) and wt (n = 5 (e), 6 (f), 9 (g) mice). (25 μW cm -2 ). Statistical significance was assessed using Pearson's two-tailed chi-square test and Fisher's exact one-tailed test when applicable (FIG. 11). Success is defined as greater than average avoidance + SD compared to control untreated rd1 mice.

MW-опсин поддерживает обнаружение временных световых паттерновMW opsin supports detection of temporal light patterns

Заметив, что MW-опсин вызывает более быстрые световые отклики, чем родопсин в выделенной сетчатке rd1, был задан вопрос о том, приведет ли это к превосходной способности различать различные временные паттерны света. Для проверки способности животных отличать вспышку от постоянного света использовали визуально настроенную парадигму формирования страха. Мышей wt или мышей rd1, экспрессирующих либо MW-опсин, либо родопсин в RGC, помещали в поведенческий аппарат, состоящий из одного отсека, в котором ЖК-экран низкой интенсивности (100 мкВт см-2) переключался между постоянным светом и мигающим светом (2 Гц). У каждого животного постоянный свет или мигающий свет постоянно сочетались с легким ударом током стопы. Это выполняли для 1 испытания в день в течение 2 дней (фиг. 4d), и животных тестировали на 3-й день световыми сигналами, представленными в отсутствие удара током стопы, со временем замораживания, использованным для измерения ассоциации страха, как было сделано ранее 15,27,37. Время замораживания измеряли в течение 10 секунд после переключения временного светового паттерна. Измерения на животных, у которых визуальный сигнал и удар топом были в паре (парная группа), сравнивали с измерениями в когорте животных, у которых тренировочные удары током были рандомизированы (то есть не согласованы последовательно с одним из стимулов) (непарная группа). Время замораживания у необработанных мышей rd1 не различалось в парных и непарных условиях, что согласуется с ожидаемой неспособностью животных видеть визуальные сигналы (фиг. 4e, серый). Напротив, мыши rd1, экспрессирующие MW-опсин в RGC, показали большее замораживание в парных условиях, как это наблюдалось у животных (фиг. 4e, зеленый и белый). Поразительно, что мыши rd1, экспрессирующие родопсин в RGC, не отличались между парными и непарными условиями (фиг. 4e, синий). Это говорит о том, что, в отличие от слепых мышей, экспрессирующих MW-конопсин, мыши экспрессирующие родопсины не могут различать вспышки света при 2 Гц от постоянного света, что согласуется с кинетикой реакции на медленный свет, наблюдаемой в МЭА (фиг. 3e).Noting that MW-opsin elicits faster light responses than rhodopsin in the isolated rd1 retina, the question was raised as to whether this would result in a superior ability to distinguish between different temporal patterns of light. A visually tuned fear formation paradigm was used to test the animals' ability to distinguish between flash and steady light. Wt mice or rd1 mice expressing either MW-opsin or rhodopsin in the RGC were placed in a single-compartment behavioral apparatus in which a low-intensity LCD screen (100 μW cm -2 ) switched between constant light and flashing light (2 Hz). In each animal, constant light or flashing light was constantly combined with a light shock to the foot. This was done for 1 trial per day for 2 days (Fig. 4d) and animals were tested on day 3 with light cues presented in the absence of foot shock, with freeze time used to measure fear association, as done previously 15 ,27,37 . The freezing time was measured within 10 seconds after switching the time light pattern. Measurements in animals in which the visual cue and the stomp were paired (paired group) were compared with measurements in a cohort of animals in which the training shocks were randomized (i.e. not matched sequentially with one of the stimuli) (unpaired group). Freezing time in untreated rd1 mice did not differ between paired and unpaired conditions, consistent with the animals' expected inability to see visual cues (Fig. 4e, grey). In contrast, rd1 mice expressing MW-opsin in the RGC showed greater freezing under paired conditions, as observed in animals (Fig. 4e, green and white). Strikingly, rd1 mice expressing rhodopsin in the RGC did not differ between paired and unpaired conditions (Fig. 4e, blue). This suggests that, unlike MW-conopsin-expressing blind mice, rhodopsin-expressing mice cannot distinguish between flashes of light at 2 Hz from constant light, consistent with slow light response kinetics observed in MEA (Fig. 3e) .

MW-опсин восстанавливает распознавание пространственного паттерна MW opsin restores spatial pattern recognition

Затем было определено, позволит ли MW-опсин в RGC мышам rd1 обнаруживать пространственные паттерны света. Была использована поведенческая камера с двумя смежными отсеками (фиг. 4f), каждый с ЖК-планшетом низкой интенсивности (iPad), установленным на стене. Каждый планшет отображал пару параллельных линий. В одном случае линии были ориентированы вертикально (||), а в другом - горизонтально (=). Для MW-опсина длина волны была центрирована на 535 нм (520-560), а для родопсина на 497 нм (480-520) (фиг. 9d). Сначала мышам давали время привыкать к отсекам с выключенными визуальными дисплеями (день 1). В течение двухдневного тренировочного периода удар током стопы сочетался с вертикальными или горизонтальными линиями. Отрицательный сигнал был назначен случайным образом и поддерживался последовательно для этого животного. На 4-й день местоположения стимулов были переключены, чтобы избежать смещения местоположения, и было проверено условное уклонение (фиг. 9d). Было обнаружено, что животные rd1 с MW-опсином в RGC показали избегание неприятного визуального сигнала, который был значительно выше, чем у необработанных контрольных животных rd1, и сходен с таковым у мышей wt (фиг. 4g и фиг. 9e). Напротив, животные rd1 с родопсином в RGC не отличались от необработанных контрольных животных rd1 и демонстрировали небольшое предпочтение неблагоприятного стимула, яркий пример смещения местоположения, наблюдаемого у слепых животных. Эти наблюдения показывают, что MW-опсин восстанавливает способность распознавать пространственные световые паттерны, а родопсин - нет. It was then determined whether the MW opsin in RGC rd1 mice would allow detection of spatial light patterns. A behavioral chamber with two adjacent compartments (Fig. 4f), each with a low intensity LCD tablet (iPad) mounted on the wall, was used. Each tablet displayed a pair of parallel lines. In one case, the lines were oriented vertically (||), and in the other, horizontally (=). For MW-opsin, the wavelength was centered at 535 nm (520-560) and for rhodopsin at 497 nm (480-520) (Fig. 9d). First, the mice were given time to get used to the compartments with the visual displays turned off (day 1). During the two-day training period, foot shocks were combined with vertical or horizontal lines. The negative signal was randomly assigned and maintained consistently for this animal. On day 4, stimulus locations were switched to avoid location bias and conditional evasion was tested (Fig. 9d). It was found that rd1 animals with MW-opsin in the RGC showed avoidance of an unpleasant visual signal that was significantly higher than in untreated rd1 control animals and similar to that of wt mice (Fig. 4g and Fig. 9e). In contrast, rd1 animals with rhodopsin in the RGC did not differ from untreated rd1 control animals and showed a slight preference for an unfavorable stimulus, a prime example of the location bias seen in blind animals. These observations indicate that MW-opsin regains the ability to recognize spatial light patterns, while rhodopsin does not.

Заметив, что MW-опсин поддерживает распознавание пространственных паттернов, был задан вопрос, могут ли мыши различать различия между линиями одинаковой ориентации, но разного расстояния, визуальная задача, принятая из тестов на остроту зрения у людей и животных 38,39. Параллельные вертикальные линии были разделены расстоянием 1 или 6 см. Как указано выше, удар током стопы случайным образом сочетался с одним из стимулов во время периода обучения на 2 и 3 дни, и воспоминание проверяли на 4 день в качестве меры избегания. Было обнаружено, что мыши rd1, экспрессирующие MW-опсин, способны различать два паттерна с предпочтением рабочих характеристик для неаверсивных стимулов, которое было сходным с таковым, наблюдаемым у мышей wt, тогда как животные, экспрессирующие родопсин были аналогичны необработанным мышам rd1 (фиг. 4h, фиг. 9f и фиг. 22). MW-опсин также поддерживал дифференциацию линий, когда параллельные линии находились в движении (1 см/с) (фиг. 4i и 9g).Noting that MW-opsin supports spatial pattern recognition, the question was asked whether mice could distinguish differences between lines of the same orientation but different distances, a visual task adopted from human and animal visual acuity tests 38,39 . Parallel vertical lines were separated by 1 or 6 cm. As above, foot shock was randomly associated with one of the stimuli during the training period on days 2 and 3, and recall was tested on day 4 as an avoidance measure. MW-opsin-expressing rd1 mice were found to be able to distinguish between the two patterns with a performance preference for non-aversive stimuli that was similar to that observed in wt mice, while rhodopsin-expressing animals were similar to untreated rd1 mice (Fig. 4h). , Fig. 9f and Fig. 22). The MW opsin also maintained lineage differentiation when the parallel lines were in motion (1 cm/s) (FIGS. 4i and 9g).

Был задан вопрос, является ли скорость «обновления» MW-опсина достаточно быстрой, чтобы поддерживать распознавание паттерна линии, когда паттерн находится в движении. Чтобы проверить это, была выполнена та же самая задача дифференцирования близких линий, но теперь с параллельными линиями, движущимися со скоростью 5 см в секунду. Было обнаружено, что мыши rd1, экспрессирующие MW-опсин, проявляли предпочтение движущейся модели, которая была в паре с неверсивным стимулом, и работала так же, как и у мышей wt (фиг. 4i и фиг. 9g). Эти результаты показывают, что MW-опсин в RGC поддерживает распознавание как статических, так и движущихся пространственных паттернов при низкой интенсивности внутреннего освещения ЖК-экрана. The question has been asked whether the rate of "refresh" of the MW opsin is fast enough to support line pattern recognition when the pattern is in motion. To test this, the same problem of differentiating close lines was performed, but now with parallel lines moving at a speed of 5 cm per second. MW-opsin-expressing rd1 mice were found to show a preference for a moving pattern that was paired with an irreversible stimulus and worked in the same way as in wt mice (Fig. 4i and Fig. 9g). These results show that the MW opsin in the RGC supports the recognition of both static and moving spatial patterns at low LCD internal illumination intensity.

Фиг. 4a-4i. Избегание света и наученное зрительно-опосредованное поведение у мышей rd1, экспрессирующих MW-опсин или родопсин в RGC. (а) Схема светлой/темной коробки для испытания на избегание света. (b, c) Доля времени, проведенного в темном отсеке (доля избегания) для контроля rd1 (серый; n = 4 мыши), rd1, экспрессирующих родопсин в RGC (синий; n = 6 мышей) или MW-опсин (зеленый; n = 5) и wt мышей (белый; n = 5 мышей) при освещении либо (b) белым светом (100 мкВт см-2), (c) 25 мкВт см-2 синим светом (470 нм) (справа) или зеленым светом (535 нм) (слева). (d) Схема эксперимента по формированию страха замораживающей реакции. (е) Количественная оценка реакции страха на дискриминацию стимуляции во временном паттерне. Времени замораживания выше исходного уровня показано для случаев, когда переходы освещения от статической стимуляции к частоте 2 Гц (100 мкВт/см-2) были спарены или не связаны с электрическим током для контрольных мышей rd1, мышей экспрессирующих родопсин, MW-опсин и wt (n = 4, 6, 12, 10 парных, n = 7, 8, 7, 12 непарных). (f) Схема эксперимента по распознаванию паттерном. Мыши адаптировались в течения дня 1, а затем подвергались удару электрическим током в связи со специфическим паттерном света, проецируемым на ipad и случайным образом скомбинированным в любой камере (2 и 3 дни адаптации). На 4-й день проводили испытания на воспоминание (время, проведенное в каждой камере), при отсутствии удара током с изменением паттерна света, чтобы избежать смещения местоположения (см. фиг. 8d). (g-i) Наученное распознавание паттернов. Время, потраченное на то, чтобы избежать паттерна в сочетании с ударом током. (g) Горизонтальные и вертикальные параллельные полосы. (h) Различение параллельных статических (h) или движущихся (i) полос на расстоянии 1 против 6 см. Соответственно для g, h и i: контроль rd1 (n = 8,5,16 мышей), rd1 родопсин (синий; n = 8 мышей), rd1 MW-опсин (n = 17,11,6 мышей) и wt (n = 5,6,9 мышей). (25 мкВт см-2). (Обратите внимание, доля успеха для этих экспериментов показана на фиг. 9a-c). Интенсивность света = 25-100 мкВт см-2; Длина волны: = 535 нм (МВт-опсин), 510 нм (родопсин) или белый свет (МВт-опсин). n = количество мышей. Статистическая значимость оценивалась с помощью двустороннего критерия Cтьюдента с коррекцией Бонферрони: * р <0,01.Fig. 4a-4i. Light avoidance and learned visually mediated behavior in rd1 mice expressing MW-opsin or rhodopsin in the RGC. (a) Light/dark box layout for the light avoidance test. (b, c) Proportion of time spent in the dark compartment (avoidance fraction) to control rd1 (grey; n = 4 mice), rd1 expressing rhodopsin in RGC (blue; n = 6 mice) or MW-opsin (green; n = 5) and wt mice (white; n = 5 mice) under illumination with either (b) white light (100 μW cm -2 ), (c) 25 μW cm -2 blue light (470 nm) (right) or green light (535 nm) (left). (d) Scheme of the experiment on the formation of fear of the freezing reaction. (e) Quantification of the fear response to stimulus discrimination in a temporal pattern. Freeze times above baseline are shown for cases where illumination transitions from static stimulation to 2 Hz (100 μW/cm -2 ) were paired or uncoupled with electrical current for rd1 control mice, mice expressing rhodopsin, MW-opsin, and wt ( n = 4, 6, 12, 10 paired, n = 7, 8, 7, 12 unpaired). (f) Schematic of the pattern recognition experiment. The mice adapted during day 1 and then were given an electric shock in connection with a specific pattern of light projected onto the ipad and randomly combined in any chamber (adaptation days 2 and 3). On day 4, recall tests (time spent in each chamber) were performed in the absence of an electric shock with a change in light pattern to avoid location bias (see Fig. 8d). (gi) Learned pattern recognition. The time spent avoiding the pattern in combination with the electric shock. (g) Horizontal and vertical parallel stripes. (h) Discrimination of parallel static (h) or moving (i) bands at a distance of 1 vs. 6 cm. For g, h, and i, respectively: control rd1 (n = 8,5,16 mice), rd1 rhodopsin (blue; n = 8 mice), rd1 MW-opsin (n = 17.11.6 mice) and wt (n = 5.6.9 mice). (25 μW cm -2 ). (Note the success rates for these experiments are shown in Figures 9a-c). Light intensity = 25-100 μW cm -2 ; Wavelength: = 535 nm (MW-opsin), 510 nm (rhodopsin) or white light (MW-opsin). n = number of mice. Statistical significance was assessed using two-tailed Student's t-test with Bonferroni correction: *p <0.01.

Фиг. 22a-22b. Расположение предпочтения в задаче дискриминации. (a) Иллюстрация арены, используемой в задачах распознавания, показывающая виртуальный разделитель, разделяющий каждый отсек пополам, чтобы определить соотношение времени, проведенного около центрального делителя между двумя камерами, и около экрана. (b) Отношение времени, проведенного в зоне, близкой к центральному разделителю, к зоне, ближайшей к экрану для отрицательных и неавверсивных сторон, показывает предпочтение для зоны, ближайшей к центральному разделителю. Значения являются средними; ошибки являются СОС.Fig. 22a-22b. Location of preference in the discrimination problem. (a) Illustration of an arena used in recognition tasks, showing a virtual divider dividing each compartment in half to determine the ratio of time spent near the central divider between the two cameras to the screen. (b) The ratio of time spent in the area closest to the center divider to the area closest to the screen for negative and non-avversive sides indicates the preference for the area closest to the center divider. Values are averages; errors are SOS.

MW-опсин подвергается адаптации к светуMW opsin undergoes adaptation to light

Фундаментальной характеристикой зрения является способность различать объекты в широком диапазоне интенсивности окружающего света. Эта адаптация опосредуется несколькими различными механизмами в фоторецепторных клетках. Был задан вопрос о том, перейдет ли какой-либо аспект адаптации в RGC с MW-опсином. Сетчатки, экспрессирующие MW-опсин в RGC, вырезали, устанавливали на MEA и перфузировали 9 цис-ретиналем. Сетчатку сначала держали в полной темноте в течение 15 мин (адаптированной к темноте); затем была проведена серия коротких (1 с) вспышек зеленого света (535 + 25 нм) с большими интервалами (60 с) и в диапазоне интенсивностей. Затем свет адаптировали в течение 10 мин к умеренному уровню освещения в помещении (адаптированный к свету; белый свет при 100 мкВт/см-2) и серии импульсов света повторяли. A fundamental characteristic of vision is the ability to distinguish objects in a wide range of ambient light intensities. This adaptation is mediated by several different mechanisms in photoreceptor cells. The question has been raised as to whether any aspect of adaptation will pass into the RGC with the MW opsin. Retinas expressing MW-opsin in the RGC were excised, mounted on MEA, and perfused with 9cis-retinal. The retina was first kept in complete darkness for 15 min (dark-adapted); then a series of short (1 s) flashes of green light (535 + 25 nm) was carried out at large intervals (60 s) and in a range of intensities. The light was then adapted for 10 minutes to a moderate level of illumination in the room (adapted to light; white light at 100 μW/cm -2 ) and the series of light pulses was repeated.

Была исследована кинетика световых откликов. Световой отклик быстро затухал, как показано выше, как для световой, так и для адаптированной к темноте сетчатки, за исключением одного случая: отклик на яркую вспышку в адаптированной к темноте сетчатке затухал примерно в 12 раз медленнее (3,14 + 0,63 с, n = 171, N = 3), чем в той же сетчатке в условиях адаптации к свету (фиг. 5а и фиг. 10а, b). Световые реакции, вызванные неповрежденными фоторецепторами, демонстрируют сходное поведение, и считается, что это играет роль в десенсибилизации к последующей стимуляции 40,41 и лежит в основе «остаточного изображения» у людей после яркой вспышки, которая временно затемняет зрение 42. Из-за своих необычных свойств этот отклик адаптированной к темноте сетчатки на самую яркую световую вспышку был исключен из анализа зависимости отклика от интенсивности.The kinetics of light responses was investigated. The light response decayed rapidly, as shown above, for both the light and dark-adapted retinas, except for one case: the response to a bright flash in the dark-adapted retina decayed about 12 times slower (3.14 + 0.63 s , n = 171, N = 3) than in the same retina under light adaptation conditions (Fig. 5a and Fig. 10a, b). Light responses elicited by intact photoreceptors show a similar behavior and this is believed to play a role in desensitization to subsequent stimulation 40,41 and underlies the "afterimage" in humans after a bright flash that temporarily obscures vision 42 . Due to its unusual properties, this response of the dark-adapted retina to the brightest flash of light was excluded from the analysis of the dependence of the response on intensity.

Кривая зависимости отклика от интенсивности показала, что адаптированные к темноте сетчатки обладали высокой светочувствительностью, реагируя при ~0,5 мкВт/см-2, тогда как адаптированные к свету сетчатки были гораздо менее чувствительными, для отклика требовалось ~100 мкВт/см-2 (фиг. 5b, c и 10c, d). Эта адаптация сместила кривую интенсивности на ~3 порядка (780 + 82), N = 3) (фиг. 5b,c). Поразительной особенностью адаптации было то, что максимальный световой отклик был аналогичным в адаптированной к темноте и адаптированной к свету сетчатке (фиг. 5c), как показано ранее в нативных конусных фоторецепторах 43,44.The intensity response curve showed that dark-adapted retinas were highly light-sensitive, responding at ~0.5 μW/cm -2 , while light-adapted retinas were much less sensitive, requiring ~100 μW/cm -2 for response ( Fig. 5b, c and 10c, d). This adaptation shifted the intensity curve by ~3 orders of magnitude (780 + 82), N = 3) (Fig. 5b,c). A striking feature of adaptation was that the maximum light response was similar in dark-adapted and light-adapted retinas (Fig. 5c), as shown previously in native cone photoreceptors 43,44 .

Наблюдая, что световой отклик, опосредованный MW-опсином в RGC, подвергается адаптации к свету в выделенной сетчатке, был задан вопрос, может ли это привести к визуально полезной адаптации к свету у поведенческого животного. MW-опсин-опосредованный световой отклик в RGC был исследован в контексте поведения избегания света. Перед тестированием мышей rd1, экспрессирующих MW-опсин в RGC, содержали в течение 1 часа либо в полной темноте (адаптирование к темноте), либо под освещением в помещении (белый свет, 1 мВт см-2 /535 нм, световой компонент, 50 мкВт см-2) (фиг. 5d). Затем животных немедленно тестировали в двухкамерной светло-темной коробке на поведение избегания света, когда в коробке имелось освещение зеленым светом (535 нм) при 1 мкВт см-2 (внутренний свет) или 100 мкВт см-2 (наружный свет). Адаптированные к свету MW-опсин-экспрессирующие мыши rd1 демонстрировали сильное избегание света, когда тестовый свет был ярче (535 нм, 100 мкВт см-2), чем уровень света, к которому они были адаптированы к свету (фиг. 5e). Избегание света было снижено, когда тестовый свет был более тусклым (535 нм, 1 мкВт см-2), чем уровень света, к которому мыши были адаптированы (фиг. 5e и фиг. 10e). Напротив, тусклый тестовый свет 1 мкВт/см-2 обеспечивает высокий уровень избегания света у адаптированных к темноте животных, что указывает на связанную с поведением адаптацию к свету. By observing that the light response mediated by MW-opsin in the RGC undergoes light adaptation in the highlighted retina, it was asked whether this could lead to visually beneficial light adaptation in a behavioral animal. The MW-opsin-mediated light response in RGC has been investigated in the context of light avoidance behavior. Prior to testing, rd1 mice expressing MW-opsin in the RGC were kept for 1 hour either in total darkness (dark adaptation) or under indoor lighting (white light, 1 mW cm -2 /535 nm, light component, 50 μW cm -2 ) (Fig. 5d). Animals were then immediately tested in a two-chamber light-dark box for light avoidance behavior when the box was illuminated with green light (535 nm) at 1 μW cm -2 (internal light) or 100 μW cm -2 (external light). Light-adapted MW-opsin-expressing rd1 mice exhibited strong light avoidance when the test light was brighter (535 nm, 100 μW cm −2 ) than the light level to which they were light adapted (FIG. 5e). Light avoidance was reduced when the test light was dimmer (535 nm, 1 μW cm -2 ) than the light level to which the mice were adapted (Fig. 5e and Fig. 10e). In contrast, a dim test light of 1 μW/cm -2 produces a high level of light avoidance in dark-adapted animals, indicating behavioral adaptation to light.

Был задан вопрос, будет ли эффект адаптации к свету, связанный с поведением избегания света, также действовать для распознавания паттернов в задаче распознавания визуального изображения. Как указано выше (фиг. 4), мышей адаптировали в течение 3-дневного тренировочного периода путем сочетания легкого удара током стопы с одним из двух дисплеев с параллельными линиями с разным интервалом, представленным на экранах ЖКД в двух смежных камерах (фиг. 4h и 9d). Еще раз, мышей тестировали только визуальным стимулом в день 4, но на этот раз, непосредственно перед тестированием, они подвергались 1 часу либо темновой адаптации (без света), либо световой адаптации (белый свет) в течение 4 или 8 часов. Интенсивность паттернов линий во время воспоминания составляла либо 0,25 мкВт см-2 либо 10 мкВт см-2 после адаптации к свету. Было обнаружено, что мыши rd1, экспрессирующие MW-опсин в RGC, которые были адаптированы к темноте, были способны различать паттерны линий и избегать неприятного сигнала, независимо от того, был ли он представлен при низкой (0,25 мкВт см-2) или умеренной (10 мкВт см-2) интенсивности света в помещении (фиг. 5f и фиг. 10f). Напротив, адаптированные к свету животные добились успеха только с более яркими образцами испытательных линий и были идентичны по эффективности в группах, которые были адаптированы к свету в течение 1, 4 и 8 часов (фиг. 5f и 10g). Результаты показывают, что распознавание пространственных паттернов, опосредованное MW-опсином, является адаптивным в диапазоне интенсивностей естественного света. The question was asked whether the light adaptation effect associated with light avoidance behavior would also operate for pattern recognition in a visual image recognition task. As indicated above (Fig. 4), mice were adapted for a 3-day training period by combining light foot shock with one of two parallel line displays at different intervals presented on LCD screens in two adjacent chambers (Figs. 4h and 9d ). Once again, mice were tested with visual stimulus only on day 4, but this time, immediately prior to testing, they were subjected to 1 hour of either dark adaptation (no light) or light adaptation (white light) for 4 or 8 hours. The intensity of the line patterns during recall was either 0.25 µW cm -2 or 10 µW cm -2 after light adaptation. It was found that rd1 mice expressing MW-opsin in the RGC that were dark adapted were able to distinguish between line patterns and avoid an unpleasant signal, whether presented at low (0.25 μW cm -2 ) or moderate (10 μW cm -2 ) light intensity in the room (Fig. 5f and Fig. 10f). In contrast, light-adapted animals only succeeded with the brighter samples of the test lines and were identical in performance in groups that were light-adapted for 1, 4, and 8 hours (FIGS. 5f and 10g). The results show that MW-opsin-mediated spatial pattern recognition is adaptive over a range of natural light intensities.

MW-опсин восстанавливает новый объект исследования MW-opsin restores a new object of study

Вышеприведенные эксперименты показывают, что MW-опсин обеспечивает распознавание образов в широком диапазоне интенсивностей света с использованием освещенных дисплеев. Вопрос заключался в том, как он будет работать в естественной среде, где окружающий случайный свет освещает трехмерные объекты. Чтобы решить эту проблему, в экспериментах использовалась арена открытого поля, которая обычно используется для проверки распознавания нового объекта и исследовательского поведения 62,63. Мыши естественным образом избегают открытых пространств и поддерживают близость к стенам своего окружения. Исследовательские экскурсии из этих безопасных мест могут быть мотивированы новыми стимулами. Хотя мыши используют несколько сенсорных модальностей во время исследования, было показано, что зрение имеет решающее значение для пространственной навигации64. Арена состояла из куба, содержащего два разных новых объекта. Мышь была расположена напротив стены арены, достаточно далеко от объектов, которые сами были достаточно далеко друг от друга, так что вероятность случайного столкновения была мала, независимо от того, шло ли животное вдоль стены или исследовало другой объект. Необработанные rd1, rd1, которым была проведена имитация внутриглазной инъекции, rd1, экспрессирующие родопсин или мыши rd1, экспрессирующие MW-опсин, а также животные wt были сняты на видео. Их движения отслеживались в течение 10 мин в первый раз, когда они были помещены на арену (фиг. 13a-d). Было обнаружено, что животные перемещаются в 1,57 раза дальше и движутся со сред скоростью в 1,55 раза быстрее, чем слепые животные rd1, что согласуется с известным визуальным компонентом исследовательского поведения. Поразительно, что, как и животные wt, животные rd1, экспрессирующие MW-опсин, путешествовали дальше (в 1,39 раза) и быстрее (в 1,37 раза), чем их необработанные однопометные особи rd1 (фиг. 13e, f), предполагая, что MW-опсин поддерживает нормальным новый объект исследования. Чтобы проанализировать это далее, эксперименты были сосредоточены на аспектах исследовательского поведения, которые, скорее всего, зависят от зрения на расстоянии; а именно на задержке в исследовании новых объектов, а также скорости и расстояния, пройденных на экскурсиях к объектам. Мыши, которым была проведена имитация внутриглазной инъекции, и мыши rd1, экспрессирующие родопсин, вели себя аналогично необработанным животным rd1, но мыши, экспрессирующие MW-опсин достигали первого и второго объектов в 3,88 и 3,62 раза быстрее, соответственно (фиг. 13g, h), двигаясь со скоростями, которые были в 2,1 раза и в 1,83 раза выше, к первому и второму объектам, соответственно (фиг. 13i, j), и выбирали более короткие пути, которые были в 0,69 раза и 0,64 раза соответственно короче до первого и второго объектов (фиг. 13k, l) по сравнению с необработанными мышами rd1. В каждой из этих мер мыши, экспрессирующие MW-опсин rd1, достигли уровней, которые были аналогичны уровням у животных wt (фиг. 13e-g). Эти результаты показывают, что MW-опсин в RGC обеспечивает ранее слепым животным натуралистическое видение объектов в окружающем свете. The above experiments show that MW-opsin provides pattern recognition over a wide range of light intensities using illuminated displays. The question was how would it work in a natural environment where ambient random light illuminates 3D objects. To overcome this problem, the experiments used the open field arena, which is commonly used to test novel object recognition and exploratory behavior 62,63 . Mice naturally avoid open spaces and maintain closeness to the walls of their environment. Exploratory excursions from these safe places can be motivated by new incentives. Although mice use several sensory modalities during research, vision has been shown to be critical for spatial navigation 64 . The arena consisted of a cube containing two different new objects. The mouse was positioned against the wall of the arena, far enough away from objects that were themselves far enough apart that there was little chance of an accidental collision, whether the animal was walking along the wall or exploring another object. Raw rd1, rd1 sham intraocular injection, rd1 expressing rhodopsin or rd1 mice expressing MW-opsin, and wt animals were videotaped. Their movements were tracked for 10 minutes the first time they were placed in the arena (FIGS. 13a-d). Animals were found to travel 1.57 times farther and move at 1.55 times faster environmental speeds than blind rd1 animals, consistent with the known visual component of exploratory behavior. Strikingly, like wt animals, MW-opsin-expressing rd1 animals traveled further (1.39-fold) and faster (1.37-fold) than their untreated rd1 littermates (Fig. 13e, f). assuming that the MW-opsin keeps the new object of study normal. To analyze this further, the experiments focused on aspects of exploratory behavior most likely to depend on distance vision; namely, the delay in exploring new objects, and the speed and distance traveled on excursions to objects. Mice given sham intraocular injection and rd1 mice expressing rhodopsin behaved similarly to untreated rd1 animals, but mice expressing MW-opsin reached the first and second targets 3.88 and 3.62 times faster, respectively (Fig. 13g, h), moving at speeds that were 2.1 times and 1.83 times higher towards the first and second objects, respectively (Fig. 13i, j), and took shorter paths that were at 0, 69 times and 0.64 times respectively shorter to the first and second objects (Fig. 13k, l) compared to untreated rd1 mice. In each of these measures, mice expressing MW-opsin rd1 reached levels that were similar to those in wt animals (Fig. 13e-g). These results indicate that the MW opsin in the RGC provides previously blind animals with naturalistic vision of objects in ambient light.

Фиг. 5a-5f. Адаптация к свету в активности RGC и зрительно-опосредованное поведение, опосредованное MW-опсином. (a-c) MEA-записи в выделенной сетчатке светового отклика RGC, опосредованного MW-опсином в RGC сетчатки мыши rd1, показывают разницу в чувствительности с сетчаткой, адаптированной к темноте и свету. (a) Затухание светового отклика (Tau OFF) как функция интенсивности вспышки в условиях адаптации к темноте и свету (N = 3 сетчатки, n = 171 клеток). (b) Пример кривой зависимости отклика от интенсивности для репрезентативной сетчатки, сначала адаптированной к темноте (заполненные символы), а затем адаптированной к свету (открытые символы) (n = 57 ячеек). Адаптация к белому свету. Минимальное значение ChR2 от Bi et al. (2006)8 & Sengupta et al. (2016)13. (c) Средний (столбцы ошибок - СОС) нормализованный индекс световой реакции (LRI) при 3 интенсивностях вспышки в одной и той же сетчатке, сначала адаптированной к темноте, а затем адаптированной к свету (N = 3 сетчатки, n = 171 клеток). (d-f) Поведение показывает световую адаптацию в зрительно-опосредованных задачах. (d) Схема адаптации к темноте или свету до тестирования врожденного поведения избегания или наученного поведения распознавания паттернов. (e) Доля времени, проведенного в темном отсеке (доля избегания) при наружном освещении (100 мкВт см-2) или при внутреннем освещении (1 мкВт см-2) в течение 1 часа адаптации к темноте (n = 11 мышей) или адаптации к свету (белый свет; спектральный компонент 1 мВт см-2/535 нм; 50 мкВт см-2; n = 12,13 мыши). (f) Наученное распознавание паттернов параллельных полос, расположенных на расстоянии 1 против 6 см, отображается при низком (0,25 мкВт см-2) или внутреннем (10 мкВт см-2) уровне света в течение 1 часа адаптации к темноте (n = 8,8 мышей) или свету (белый свет; спектральный компонент 1 мВт см-2/535 нм; 50 мкВт см-2; n = 7,7 мышей). Пунктирная линия обозначает среднюю производительность необработанных контрольных мышей rd1. Интенсивность света 3,82×10-1 мВт см-2, длина волны: λ = 535 нм. Все клетки относятся к отсортированным единицам. Значения означают + СОС. Статистическую значимость оценивали с использованием U-критерия Манна-Уитни (* p<0,01). Двухсторонний критерий Cтьюдента с коррекцией Бонферрони: * р<0,05.Fig. 5a-5f. Light adaptation in RGC activity and MW-opsin-mediated visual-mediated behavior. (ac) MEA recordings in isolated retina of the MW-opsin-mediated RGC light response in the rd1 mouse retinal RGC show a difference in sensitivity with dark and light adapted retinas. (a) Light response attenuation (Tau OFF) as a function of flash intensity under dark and light adaptation conditions (N = 3 retinas, n = 171 cells). (b) An example intensity response curve for a representative retina first dark-adapted (filled symbols) and then light-adapted (open symbols) (n = 57 cells). adaptation to white light. The minimum ChR2 value from Bi et al. (2006) 8 & Sengupta et al. (2016) 13 . (c) Mean (error bars - SOS) normalized light response index (LRI) at 3 flash intensities in the same retina first dark adapted and then light adapted (N = 3 retinas, n = 171 cells). (df) Behavior shows light adaptation in visually mediated tasks. (d) Schematic of adaptation to darkness or light prior to testing of innate avoidance behavior or learned pattern recognition behavior. (e) Proportion of time spent in the dark compartment (avoidance fraction) under outdoor light (100 μW cm -2 ) or indoor light (1 μW cm -2 ) during 1 hour of dark adaptation (n = 11 mice) or adaptation to light (white light; spectral component 1 mW cm -2 /535 nm; 50 μW cm -2 ; n = 12.13 mice). (f) Learned pattern recognition of parallel stripes spaced 1 vs 6 cm displayed at low (0.25 µW cm -2 ) or indoor (10 µW cm -2 ) light levels for 1 hour of dark adaptation (n = 8.8 mice) or light (white light; spectral component 1 mW cm -2 /535 nm; 50 μW cm -2 ; n = 7.7 mice). The dotted line represents the average performance of untreated rd1 control mice. Light intensity 3.82×10 -1 mW cm -2 , wavelength: λ = 535 nm. All cells belong to sorted units. Values mean +SOS. Statistical significance was assessed using the Mann-Whitney U-test (*p<0.01). Two-tailed Student's t-test with Bonferroni correction: * p<0.05.

Фиг. 10a-10g. Адаптация к свету при удалении сетчатки и визуальное поведение мыши. (a-d) Репрезентативный след среднего отклика популяции RGC в сетчатке, экспрессирующей MW-опсин (n = 57). Реакция на световые вспышки 500 мс 3,82×101 мВт/см-2 (a, b) или 3,82×10-3 мВт см-2 (c, d) после адаптации к темноте (a, c) или свету (b, d). (e) Избегание светового отсека (доля успешных испытаний на избегание) при освещении в помещении (1 мкВт см-2) в течение 1 часа адаптации к темноте (n = 11 мышей) по сравнению с долей мышей с успешным избеганием при освещении в помещении (1 мкВт см-2; n = 12 мышей) и наружном освещении (100 мкВт см-2; n = 13 мышей) в течение 1 часа адаптации к свету (белый свет; спектральная составляющая 1 мВт см-2/535 нм; 50 мкВт см-2). (f) Доля успешного распознавания параллельных полос, расположенных на расстоянии 1 vs 6 см, отображаемых при низком (0,25 мкВт см-2) или внутреннем (10 мкВт см-2) уровне света после 1 часа, адаптация к темноте (n = 8 мышей при 0,25 мкВт см-2, 8 мышей при 10 мкВт см-2) или свету (n = 7 мышей при 0,25 мкВт см-2, 7 мышей при 10 мкВт см-2). (g) Наученное распознавание паттернов параллельных полос, расположенных на расстоянии 1 против 6 см, отображаемых при освещенности в помещении (10 мкВт см-2) через 1, 4 или 8 часов адаптации к свету (n = 7,4,4) по сравнению с неадаптированными контролями rd1.Fig. 10a-10g. Adaptation to light upon removal of the retina and visual behavior of the mouse. (ad) Representative trace of the average response of the RGC population in the retina expressing MW-opsin (n = 57). Response to light flashes 500 ms 3.82×10 1 mW/cm -2 (a, b) or 3.82×10 -3 mW cm -2 (c, d) after adaptation to darkness (a, c) or light (b, d). (e) Light compartment avoidance (proportion of successful avoidance trials) under indoor light (1 μW cm -2 ) during 1 hour of dark adaptation (n = 11 mice) compared to the proportion of mice with successful avoidance under indoor light ( 1 μW cm -2 ; n = 12 mice) and outdoor illumination (100 μW cm -2 ; n = 13 mice) for 1 hour of light adaptation (white light; spectral component 1 mW cm -2 /535 nm; 50 μW cm -2 ). (f) Recognition success rate of 1 vs 6 cm parallel bands displayed at low (0.25 µW cm -2 ) or indoor (10 µW cm -2 ) light levels after 1 hour, dark adaptation (n = 8 mice at 0.25 μW cm -2 , 8 mice at 10 μW cm -2 ) or light (n = 7 mice at 0.25 μW cm -2 , 7 mice at 10 μW cm -2 ). (g) Scientific recognition of patterns of parallel stripes spaced 1 vs. 6 cm displayed under indoor light (10 μW cm -2 ) after 1, 4, or 8 hours of light adaptation (n = 7,4,4) vs. with non-adapted rd1 controls.

Фиг. 11 (таблица 1). Статистическая значимость избегания света и наученного зрительно-опосредованного поведения. Коэффициенты успеха были рассчитаны для поведенческого избегания (фиг. 4, 5 и фиг. 9, 10). Для определения значимости различий между условиями была построена таблица попарных сопряженностей, и первоначально был проведен двусторонний тест хи-квадрат Пирсона. Чтобы исправить условия с малым n, был также проведен точный односторонний тест Фишера.Fig. 11 (table 1). Statistical significance of light avoidance and learned visually mediated behavior. Success rates were calculated for behavioral avoidance (FIGS. 4, 5 and FIGS. 9, 10). To determine the significance of differences between conditions, a pairwise contingency table was constructed and Pearson's two-tailed chi-square test was initially performed. To correct for the small n conditions, Fisher's exact one-tailed test was also performed.

СсылкиLinks

1. Tuo, J., Bojanowski, C.M. & Chan, C.-C. Genetic factors of age-related macular degeneration. Progress in retinal and eye research 23, 229-249 (2004).1. Tuo, J., Bojanowski, C.M. & Chan, C.-C. Genetic factors of age-related macular degeneration. Progress in retinal and eye research 23, 229-249 (2004).

2. Leveillard, T. & Sahel, J.A. Rod-derived cone viability factor for treating blinding diseases: from clinic to redox signaling. Sci Transl Med 2, 26ps16 (2010).2. Leveillard, T. & Sahel, J.A. Rod-derived cone viability factor for treating blinding diseases: from clinic to redox signaling. Sci Transl Med 2, 26ps16 (2010).

3. Bennett, J. Taking Stock of Retinal Gene Therapy: Looking Back and Moving Forward. Molecular Therapy 25, 1076-1094.3. Bennett, J. Taking Stock of Retinal Gene Therapy: Looking Back and Moving Forward. Molecular Therapy 25, 1076-1094.

4. Daiger, S.P., Bowne, S.J. & Sullivan, L.S. Perspective on genes and mutations causing retinitis pigmentosa. Arch Ophthalmol 125, 151-158 (2007).4. Daiger, S.P., Bowne, S.J. & Sullivan, L.S. Perspective on genes and mutations causing retinitis pigmentosa. Arch Ophthalmol 125, 151-158 (2007).

5. Ferrari, S., et al. Retinitis pigmentosa: genes and disease mechanisms. Curr Genomics 12, 238-249 (2011).5. Ferrari, S., et al. Retinitis pigmentosa: genes and disease mechanisms. Curr Genomics 12, 238-249 (2011).

6. Mazzoni, F., Novelli, E. & Strettoi, E. Retinal ganglion cells survive and maintain normal dendritic morphology in a mouse model of inherited photoreceptor degeneration. J Neurosci 28, 14282-14292 (2008).6. Mazzoni, F., Novelli, E. & Strettoi, E. Retinal ganglion cells survive and maintain normal dendritic morphology in a mouse model of inherited photoreceptor degeneration. J Neurosci 28, 14282-14292 (2008).

7. Haverkamp, S., et al. Synaptic plasticity in CNGA3(-/-) mice: cone bipolar cells react on the missing cone input and form ectopic synapses with rods. J Neurosci 26, 5248-5255 (2006).7. Haverkamp, S., et al. Synaptic plasticity in CNGA3(-/-) mice: cone bipolar cells react on the missing cone input and form ectopic synapses with rods. J Neurosci 26, 5248-5255 (2006).

8. Bi, A., et al. Ectopic expression of a microbial-type rhodopsin restores visual responses in mice with photoreceptor degeneration. Neuron 50, 23-33 (2006).8 Bi, A., et al. Ectopic expression of a microbial-type rhodopsin restores visual responses in mice with photoreceptor degeneration. Neuron 50, 23-33 (2006).

9. Busskamp, V., et al. Genetic reactivation of cone photoreceptors restores visual responses in retinitis pigmentosa. Science 329, 413-417 (2010).9. Busskamp, V., et al. Genetic reactivation of cone photoreceptors restores visual responses in retinitis pigmentosa. Science 329, 413-417 (2010).

10. Lagali, P.S., et al. Light-activated channels targeted to ON bipolar cells restore visual function in retinal degeneration. Nat Neurosci 11, 667-675 (2008).10. Lagali, P.S., et al. Light-activated channels targeted to ON bipolar cells restore visual function in retinal degeneration. Nat Neurosci 11, 667-675 (2008).

11. Thyagarajan, S., et al. Visual function in mice with photoreceptor degeneration and transgenic expression of channelrhodopsin 2 in ganglion cells. J Neurosci 30, 8745-8758 (2010).11. Thyagarajan, S., et al. Visual function in mice with photoreceptor degeneration and transgenic expression of channelrhodopsin 2 in ganglion cells. J Neurosci 30, 8745-8758 (2010).

12. Zhang, Y., Ivanova, E., Bi, A. & Pan, Z.H. Ectopic expression of multiple microbial rhodopsins restores ON and OFF light responses in retinas with photoreceptor degeneration. J Neurosci 29, 9186-9196 (2009).12. Zhang, Y., Ivanova, E., Bi, A. & Pan, Z.H. Ectopic expression of multiple microbial rhodopsins restores ON and OFF light responses in retinas with photoreceptor degeneration. J Neurosci 29, 9186-9196 (2009).

13. Sengupta, A., et al. Red-shifted channelrhodopsin stimulation restores light responses in blind mice, macaque retina, and human retina. EMBO Molecular Medicine 8, 1248-1264 (2016).13. Sengupta, A., et al. Red-shifted channelrhodopsin stimulation restores light responses in blind mice, macaque retina, and human retina. EMBO Molecular Medicine 8, 1248-1264 (2016).

14. Cehajic-Kapetanovic, J., et al. Restoration of Vision with Ectopic Expression of Human Rod Opsin. Current biology : CB 25, 2111-2122 (2015).14. Cehajic-Kapetanovic, J., et al. Restoration of Vision with Ectopic Expression of Human Rod Opsin. Current biology : CB 25, 2111-2122 (2015).

15. Gaub, B.M., Berry, M.H., Holt, A.E., Isacoff, E.Y. & Flannery, J.G. Optogenetic Vision Restoration Using Rhodopsin for Enhanced Sensitivity. Mol Ther 23, 1562-1571 (2015).15. Gaub, B.M., Berry, M.H., Holt, A.E., Isacoff, E.Y. & Flannery, J.G. Optogenetic Vision Restoration Using Rhodopsin for Enhanced Sensitivity. Mol Ther 23, 1562-1571 (2015).

16. Lin, B., Koizumi, A., Tanaka, N., Panda, S. & Masland, R.H. Restoration of visual function in retinal degeneration mice by ectopic expression of melanopsin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105, 16009-16014 (2008).16. Lin, B., Koizumi, A., Tanaka, N., Panda, S. & Masland, R.H. Restoration of visual function in retinal degeneration mice by ectopic expression of melanopsin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 105, 16009-16014 (2008).

17. De Silva, S.R., et al. Long-term restoration of visual function in end-stage retinal degeneration using subretinal human melanopsin gene therapy. Proc Natl Acad Sci U S A (2017).17. De Silva, S.R., et al. Long-term restoration of visual function in end-stage retinal degeneration using subretinal human melanopsin gene therapy. Proc Natl Acad Sci U S A (2017).

18. Cepko, C. Neuroscience. Seeing the light of day. Science 329, 403-404 (2010).18. Cepko, C. Neuroscience. Seeing the light of day. Science 329, 403-404 (2010).

19. Klapper, S.D., Swiersy, A., Bamberg, E. & Busskamp, V. Biophysical Properties of Optogenetic Tools and Their Application for Vision Restoration Approaches. Front Syst Neurosci 10, 74 (2016).19. Klapper, S.D., Swiersy, A., Bamberg, E. & Busskamp, V. Biophysical Properties of Optogenetic Tools and Their Application for Vision Restoration Approaches. Front Syst Neurosci 10, 74 (2016).

20. The Lasker, I.I.f.I.i.V.S. Restoring Vision to the Blind: The Lasker/IRRF Initiative for Innovation in Vision Science. Transl Vis Sci Technol 3, 1 (2014).20. The Lasker, I.I.f.I.i.V.S. Restoring Vision to the Blind: The Lasker/IRRF Initiative for Innovation in Vision Science. Transl Vis Sci Technol 3, 1 (2014).

21. Vinores, S.A., et al. Blood-retinal barrier breakdown in retinitis pigmentosa: light and electron microscopic immunolocalization. Histol Histopathol 10, 913-923 (1995).21. Vinores, S.A., et al. Blood-retinal barrier breakdown in retinitis pigmentosa: light and electron microscopic immunolocalization. Histol Histopathol 10, 913-923 (1995).

22. Kawamura, S. & Tachibanaki, S. Rod and cone photoreceptors: molecular basis of the difference in their physiology. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol 150, 369-377 (2008).22. Kawamura, S. & Tachibanaki, S. Rod and cone photoreceptors: molecular basis of the difference in their physiology. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol 150, 369-377 (2008).

23. Korenbrot, J.I. Speed, sensitivity, and stability of the light response in rod and cone photoreceptors: facts and models. Prog Retin Eye Res 31, 442-466 (2012).23. Korenbrot, J.I. Speed, sensitivity, and stability of the light response in rod and cone photoreceptors: facts and models. Prog Retin Eye Res 31, 442-466 (2012).

24. Masseck, O.A., et al. Vertebrate cone opsins enable sustained and highly sensitive rapid control of Gi/o signaling in anxiety circuitry. Neuron 81, 1263-1273 (2014).24 Masseck, O.A., et al. Vertebrate cone opsins enable sustained and highly sensitive rapid control of Gi/o signaling in anxiety circuitry. Neuron 81, 1263-1273 (2014).

25. Gutierrez, D.V., et al. Optogenetic control of motor coordination by Gi/o protein-coupled vertebrate rhodopsin in cerebellar Purkinje cells. J Biol Chem 286, 25848-25858 (2011).25. Gutierrez, D.V., et al. Optogenetic control of motor coordination by Gi/o protein-coupled vertebrate rhodopsin in cerebellar Purkinje cells. J Biol Chem 286, 25848-25858 (2011).

26. Levitz, J., et al. Optical control of metabotropic glutamate receptors. Nat Neurosci 16, 507-516 (2013).26. Levitz, J., et al. Optical control of metabotropic glutamate receptors. Nat Neurosci 16, 507-516 (2013).

27. Friedmann, D., Hoagland, A., Berlin, S. & Isacoff, E.Y. A spinal opsin controls early neural activity and drives a behavioral light response. Current biology : CB 25, 69-74 (2015).27. Friedmann, D., Hoagland, A., Berlin, S. & Isacoff, E.Y. A spinal opsin controls early neural activity and drives a behavioral light response. Current biology: CB 25, 69-74 (2015).

28. Fischer, R.M., et al. Co-expression of VAL- and TMT-opsins uncovers ancient photosensory interneurons and motorneurons in the vertebrate brain. PLoS Biol 11, e1001585 (2013).28. Fischer, R.M., et al. Co-expression of VAL- and TMT-opsins uncovers ancient photosensory interneurons and motorneurons in the vertebrate brain. PLoS Biol 11, e1001585 (2013).

29. Liegertova, M., et al. Corrigendum: Cubozoan genome illuminates functional diversification of opsins and photoreceptor evolution. Sci Rep 5, 14396 (2015).29 Liegertova, M., et al. Corrigendum: Cubozoan genome illuminates functional diversification of opsins and photoreceptor evolution. Sci Rep 5, 14396 (2015).

30. Chen, M.H., Kuemmel, C., Birge, R.R. & Knox, B.E. Rapid release of retinal from a cone visual pigment following photoactivation. Biochemistry 51, 4117-4125 (2012).30. Chen, M.H., Kuemmel, C., Birge, R.R. & Knox, B.E. Rapid release of retinal from a cone visual pigment following photoactivation. Biochemistry 51, 4117-4125 (2012).

31. Mark, M.D. & Herlitze, S. G-protein mediated gating of inward-rectifier K+ channels. Eur J Biochem 267, 5830-5836 (2000).31. Mark, M.D. & Herlitze, S. G-protein mediated gating of inward-rectifier K+ channels. Eur J Biochem 267, 5830-5836 (2000).

32. Shevtsova, Z., Malik, J.M., Michel, U., Bahr, M. & Kugler, S. Promoters and serotypes: targeting of adeno-associated virus vectors for gene transfer in the rat central nervous system in vitro and in vivo. Exp Physiol 90, 53-59 (2005).32. Shevtsova, Z., Malik, J.M., Michel, U., Bahr, M. & Kugler, S. Promoters and serotypes: targeting of adeno-associated virus vectors for gene transfer in the rat central nervous system in vitro and in vivo . Exp Physiol 90, 53-59 (2005).

33. Sancho-Pelluz, J., et al. Photoreceptor cell death mechanisms in inherited retinal degeneration. Molecular neurobiology 38, 253-269 (2008).33. Sancho-Pelluz, J., et al. Photoreceptor cell death mechanisms in inherited retinal degeneration. Molecular neurobiology 38, 253-269 (2008).

34. Schwartz, E.A. Responses of bipolar cells in the retina of the turtle. The Journal of physiology 236, 211-224 (1974).34 Schwartz, E.A. Responses of bipolar cells in the retina of the turtle. The Journal of Physiology 236, 211-224 (1974).

35. Bourin, M. & Hascoet, M. The mouse light/dark box test. European journal of pharmacology 463, 55-65 (2003).35. Bourin, M. & Hascoet, M. The mouse light/dark box test. European journal of pharmacology 463, 55-65 (2003).

36. Merbs, S.L. & Nathans, J. Photobleaching difference absorption spectra of human cone pigments: quantitative analysis and comparison to other methods. Photochem Photobiol 56, 869-881 (1992).36 Merbs, S.L. & Nathans, J. Photobleaching difference absorption spectra of human cone pigments: quantitative analysis and comparison to other methods. Photochem Photobiol 56, 869-881 (1992).

37. Tochitsky, I., et al. Restoring visual function to blind mice with a photoswitch that exploits electrophysiological remodeling of retinal ganglion cells. Neuron 81, 800-813 (2014).37. Tochitsky, I., et al. Restoring visual function to blind mice with a photoswitch that exploits electrophysiological remodeling of retinal ganglion cells. Neuron 81, 800-813 (2014).

38. Bittner, A.K., Jeter, P. & Dagnelie, G. Grating Acuity and Contrast Tests for Clinical Trials of Severe Vision Loss. Optometry and vision science : official publication of the American Academy of Optometry 88, 1153-1163 (2011).38. Bittner, A.K., Jeter, P. & Dagnelie, G. Grating Acuity and Contrast Tests for Clinical Trials of Severe Vision Loss. Optometry and vision science : official publication of the American Academy of Optometry 88, 1153-1163 (2011).

39. Wong, A.A. & Brown, R.E. Visual detection, pattern discrimination and visual acuity in 14 strains of mice. Genes, Brain and Behavior 5, 389-403 (2006).39. Wong, A.A. & Brown, R.E. Visual detection, pattern discrimination and visual acuity in 14 strains of mice. Genes, Brain and Behavior 5, 389-403 (2006).

40. Pepperberg, D.R. Bleaching desensitization: background and current challenges. Vision Res 43, 3011-3019 (2003).40. Pepperberg, D.R. Bleaching desensitization: background and current challenges. Vision Res 43, 3011-3019 (2003).

41. Kang Derwent, J.J., Qtaishat, N.M. & Pepperberg, D.R. Excitation and desensitization of mouse rod photoreceptors in vivo following bright adapting light. The Journal of physiology 541, 201-218 (2002).41. Kang Derwent, J.J., Qtaishat, N.M. & Pepperberg, D.R. Excitation and desensitization of mouse rod photoreceptors in vivo following bright adapting light. The Journal of Physiology 541, 201-218 (2002).

42. Di Lollo, V., Clark, C.D. & Hogben, J.H. Separating visible persistence from retinal afterimages. Percept Psychophys 44, 363-368 (1988).42. Di Lollo, V., Clark, C.D. & Hogben, J.H. Separating visible persistence from retinal afterimages. Percept Psychophys 44, 363-368 (1988).

43. Hurley, J.B. Shedding light on adaptation. J Gen Physiol 119, 125-128 (2002).43. Hurley, J.B. Shedding light on adaptation. J Gen Physiol 119, 125-128 (2002).

44. Normann, R.A. & Werblin, F.S. Control of retinal sensitivity. I. Light and dark adaptation of vertebrate rods and cones. J Gen Physiol 63, 37-61 (1974).44 Normann, R.A. & Werblin, F.S. Control of retinal sensitivity. I. Light and dark adaptation of vertebrate rods and cones. J Gen Physiol 63, 37-61 (1974).

45. Doroudchi, M.M., et al. Virally delivered channelrhodopsin-2 safely and effectively restores visual function in multiple mouse models of blindness. Mol Ther 19, 1220-1229 (2011).45. Doroudchi, M.M., et al. Virally delivered channelrhodopsin-2 safely and effectively restores visual function in multiple mouse models of blindness. Mol Ther 19, 1220-1229 (2011).

46. Caporale, N., et al. LiGluR restores visual responses in rodent models of inherited blindness. Mol Ther 19, 1212-1219 (2011).46. Caporale, N., et al. LiGluR restores visual responses in rodent models of inherited blindness. Mol Ther 19, 1212-1219 (2011).

47. Gaub, B.M., et al. Restoration of visual function by expression of a light-gated mammalian ion channel in retinal ganglion cells or ON-bipolar cells. Proc Natl Acad Sci U S A 111, E5574-5583 (2014).47 Gaub, B.M., et al. Restoration of visual function by expression of a light-gated mammalian ion channel in retinal ganglion cells or ON-bipolar cells. Proc Natl Acad Sci U S A 111, E5574-5583 (2014).

48. Sommer, M.E., Hofmann, K.P. & Heck, M. Distinct loops in arrestin differentially regulate ligand binding within the GPCR opsin. Nat Commun 3, 995 (2012).48. Sommer, M.E., Hofmann, K.P. & Heck, M. Distinct loops in arrestin differentially regulate ligand binding within the GPCR opsin. Nat Commun 3, 995 (2012).

49. Polosukhina, A., et al. Photochemical restoration of visual responses in blind mice. Neuron 75, 271-282 (2012).49. Polosukhina, A., et al. Photochemical restoration of visual responses in blind mice. Neuron 75, 271-282 (2012).

50. Holladay, J.T. Proper method for calculating average visual acuity. Journal of refractive surgery (Thorofare, N.J.: 1995) 13, 388-391 (1997).50 Holladay, J.T. Proper method for calculating average visual acuity. Journal of refractive surgery (Thorofare, N.J.: 1995) 13, 388-391 (1997).

51. Broichhagen, J., et al. Orthogonal Optical Control of a G Protein-Coupled Receptor with a SNAP-Tethered Photochromic Ligand. ACS Cent Sci 1, 383-393 (2015).51. Broichhagen, J., et al. Orthogonal Optical Control of a G Protein-Coupled Receptor with a SNAP-Tethered Photochromic Ligand. ACS Cent Sci 1, 383-393 (2015).

52. Levitz, J., Broichhagen, J., Leippe, P., Konrad, D., Trauner, D. and Isacoff, E.Y. Dual optical control and mechanistic insights into photoswitchable group II and III metabotropic glutamate receptors. Proc Natl Acad Sci U S A (2017).52. Levitz, J., Broichhagen, J., Leippe, P., Konrad, D., Trauner, D. and Isacoff, E.Y. Dual optical control and mechanistic insights into photoswitchable group II and III metabotropic glutamate receptors. Proc Natl Acad Sci U S A (2017).

53. Roska, B., Molnar, A. & Werblin, F.S. Parallel processing in retinal ganglion cells: how integration of space-time patterns of excitation and inhibition form the spiking output. Journal of neurophysiology 95, 3810-3822 (2006).53. Roska, B., Molnar, A. & Werblin, F.S. Parallel processing in retinal ganglion cells: how integration of space-time patterns of excitation and inhibition form the spiking output. Journal of neurophysiology 95, 3810-3822 (2006).

54. Leinonen H, Tanila H. Vision in laboratory rodents-Tools to measure it and implications for behavioral research. Behav Brain Res, (2017).54. Leinonen H, Tanila H. Vision in laboratory rodents-Tools to measure it and implications for behavioral research. Behav Brain Res, (2017).

55. Prusky GT, West PW, Douglas RM. Behavioral assessment of visual acuity in mice and rats. Vision Res 40, 2201-2209 (2000).55. Prusky GT, West PW, Douglas RM. Behavioral assessment of visual acuity in mice and rats. Vision Res 40, 2201-2209 (2000).

56. Shi C, et al. Optimization of Optomotor Response-based Visual Function Assessment in Mice. Sci Rep 8, 9708 (2018).56 Shi C, et al. Optimization of Optomotor Response-based Visual Function Assessment in Mice. Sci Rep 8, 9708 (2018).

57. Berson DM, Dunn FA, Takao M. Phototransduction by retinal ganglion cells that set the circadian clock. Science 295, 1070-1073 (2002).57. Berson DM, Dunn FA, Takao M. Phototransduction by retinal ganglion cells that set the circadian clock. Science 295, 1070-1073 (2002).

58. Veit J, Hakim R, Jadi MP, Sejnowski TJ, Adesnik H. Cortical gamma band synchronization through somatostatin interneurons. Nat Neurosci 20, 951-959 (2017).58. Veit J, Hakim R, Jadi MP, Sejnowski TJ, Adesnik H. Cortical gamma band synchronization through somatostatin interneurons. Nat Neurosci 20, 951-959 (2017).

59. Brainard DH. The psychophysics toolbox. Spatial Vision 10, 433-436 (1997).59. Brainard DH. The psychophysics toolbox. Spatial Vision 10, 433-436 (1997).

60. Hill DN, Mehta SB, Kleinfeld D. Quality Metrics to Accompany Spike Sorting of Extracellular Signals. Journal of Neuroscience 31, 8699-8705 (2011).60. Hill DN, Mehta SB, Kleinfeld D. Quality Metrics to Accompany Spike Sorting of Extracellular Signals. Journal of Neuroscience 31, 8699-8705 (2011).

61. Berry M, et al. Restoration of Patterned Vision with an Engineered Photo-Activatable G Protein-Coupled Receptor. Nat Commun, (2017).61 Berry M, et al. Restoration of Patterned Vision with an Engineered Photo-Activatable G Protein-Coupled Receptor. Nat Commun, (2017).

62. Antunes M, Biala G. The novel object recognition memory: neurobiology, test procedure, and its modifications. Cognitive Processing 13, 93-110 (2012).62. Antunes M, Biala G. The novel object recognition memory: neurobiology, test procedure, and its modifications. Cognitive Processing 13, 93-110 (2012).

63. Christmas AJ, Maxwell DR. A comparison of the effects of some benzodiazepines and other drugs on aggressive and exploratory behaviour in mice and rats. Neuropharmacology 9, 17-29 (1970).63. Christmas AJ, Maxwell DR. A comparison of the effects of some benzodiazepines and other drugs on aggressive and exploratory behavior in mice and rats. Neuropharmacology 9, 17-29 (1970).

64. Buhot MC, Dubayle D, Malleret G, Javerzat S, Segu L. Exploration, anxiety, and spatial memory in transgenic anophthalmic mice. Behavioral neuroscience 115, 455-467 (2001).64. Buhot MC, Dubayle D, Malleret G, Javerzat S, Segu L. Exploration, anxiety, and spatial memory in transgenic anophthalmic mice. Behavioral neuroscience 115, 455-467 (2001).

65. Cronin T, et al. Efficient transduction and optogenetic stimulation of retinal bipolar cells by a synthetic adeno-associated virus capsid and promoter. EMBO Molecular Medicine 6, 1175-1190 (2014).65 Cronin T, et al. Efficient transduction and optogenetic stimulation of retinal bipolar cells by a synthetic adeno-associated virus capsid and promoter. EMBO Molecular Medicine 6, 1175-1190 (2014).

66. Berry MH, et al. Restoration of patterned vision with an engineered photoactivatable G protein-coupled receptor. Nat Commun 8, 1862 (2017).66 Berry MH, et al. Restoration of patterned vision with an engineered photoactivatable G protein-coupled receptor. Nat Commun 8, 1862 (2017).

Хотя настоящее изобретение было описано со ссылкой на его конкретные варианты осуществления, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что могут быть сделаны различные изменения и эквиваленты могут быть заменены без отклонения от истинной сущности и объема изобретения. Кроме того, может быть сделано много модификаций для адаптации конкретной ситуации, материала, состава вещества, способа, стадии или стадий способа к цели, сущности и объему настоящего изобретения. Предполагается, что все такие модификации находятся в пределах объема прилагаемой формулы изобретения.While the present invention has been described with reference to specific embodiments thereof, those skilled in the art will appreciate that various changes may be made and equivalents may be substituted without departing from the true spirit and scope of the invention. In addition, many modifications can be made to adapt a particular situation, material, composition of matter, method, method step or steps to the purpose, spirit and scope of the present invention. All such modifications are intended to be within the scope of the appended claims.

Claims (24)

1. Способ восстановления или улучшения зрительной функции у индивидуума, имеющего дегенерацию сетчатки, причем способ включает введение индивидууму по меньшей мере одного рекомбинантного вектора экспрессии, содержащего одно или несколько из: i) нуклеотидной последовательности, кодирующей опсин средней длины волны (MW-опсин); ii) нуклеотидной последовательности, кодирующей длинноволновый опсин (LW-опсин); и iii) нуклеотидной последовательности, кодирующей коротковолновый опсин (SW-опсин), где нуклеотидная последовательность, кодирующая SW-опсин, нуклеотидная последовательность, кодирующая MW-опсин, или нуклеотидная последовательность, кодирующая LW-опсин, функционально связана с промотором, отличным от промотора опсина, и экспрессируется в клетке сетчатки у индивидуума, причем указанное введение обеспечивает восстановление или улучшение зрительной функции у индивидуума благодаря экспрессии указанной нуклеиновой кислоты в клетках сетчатки этого индивидуума, где клетка сетчатки представляет собой ганглиозную клетку сетчатки, амакриновую клетку, горизонтальную клетку или биполярную клетку.1. A method of restoring or improving visual function in an individual having retinal degeneration, the method comprising administering to the individual at least one recombinant expression vector comprising one or more of: i) a nucleotide sequence encoding a medium wavelength opsin (MW-opsin); ii) a nucleotide sequence encoding a long wavelength opsin (LW-opsin); and iii) a nucleotide sequence encoding a short wavelength opsin (SW opsin), wherein the nucleotide sequence encoding the SW opsin, the nucleotide sequence encoding the MW opsin, or the nucleotide sequence encoding the LW opsin is operably linked to a promoter other than the opsin promoter. , and is expressed in a retinal cell of an individual, wherein said administration provides restoration or improvement of visual function in an individual by expressing said nucleic acid in retinal cells of that individual, where the retinal cell is a retinal ganglion cell, amacrine cell, horizontal cell, or bipolar cell. 2. Способ по п. 1, в котором MW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 1; причем LW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 4, и причем SW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 85% аминокислотной последовательности, представленной в SEQ ID NO: 5.2. The method according to p. 1, in which the MW-opsin contains an amino acid sequence identical to at least 85% of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; wherein the LW opsin contains an amino acid sequence that is at least 85% identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4, and where the SW opsin contains an amino acid sequence that is at least 85% identical to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: : five. 3. Способ по п. 1, в котором рекомбинантный вектор экспрессии содержит нуклеотидную последовательность, кодирующую SW-опсин, при этом SW-опсин содержит аминокислотную последовательность, идентичную по меньшей мере на 87% аминокислотной последовательности SW-опсина человека, представленной в SEQ ID NO: 5, или идентичную по меньшей мере на 87% аминокислотной последовательности SW-опсина мыши, представленной в SEQ ID NO: 6.3. The method of claim 1, wherein the recombinant expression vector contains a nucleotide sequence encoding a SW opsin, wherein the SW opsin contains an amino acid sequence that is at least 87% identical to the human SW opsin amino acid sequence shown in SEQ ID NO : 5, or at least 87% identical to the amino acid sequence of the mouse SW opsin shown in SEQ ID NO: 6. 4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором экспрессия MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетке сетчатки обеспечивает структурированное зрение и распознавание изображения индивидуумом.4. The method according to any one of paragraphs. 1-3, wherein expression of MW opsin and/or LW opsin and/or SW opsin in a retinal cell provides structured vision and image recognition to an individual. 5. Способ по п. 4, в котором распознаваемое изображение представляет собой: 5. The method according to claim 4, wherein the image to be recognized is: a) статическое изображение или паттерн илиa) a static image or pattern, or b) движущееся изображение или паттерн.b) a moving image or pattern. 6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором экспрессия MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетке сетчатки обеспечивает распознавание изображения при интенсивности света от 10-4 Вт/см2 до 1 Вт/см2.6. The method according to any one of paragraphs. 1-5, in which the expression of MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin in the retinal cell provides image recognition at light intensity from 10 -4 W/cm 2 to 1 W/cm 2 . 7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором экспрессия MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетке сетчатки обеспечивает распознавание изображения при интенсивности света, которая по меньшей мере в 10 раз ниже, чем интенсивность света, необходимая для обеспечения распознавания изображения индивидуумом, экспрессирующим полипептид канального родопсина в клетке сетчатки.7. The method according to any one of paragraphs. 1-6, in which the expression of MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin in the retinal cell provides image recognition at a light intensity that is at least 10 times lower than the light intensity required to provide image recognition by an individual expressing the channel rhodopsin polypeptide in a retinal cell. 8. Способ по любому из пп. 1-7, в котором экспрессия MW-опсина, и/или LW-опсина, и/или SW-опсина в клетке сетчатки обеспечивает кинетику, которая по меньшей мере в 2 раза быстрее, чем кинетика в клетке сетчатки вызванная полипептидом родопсина.8. The method according to any one of paragraphs. 1-7, in which the expression of MW-opsin and/or LW-opsin and/or SW-opsin in the retinal cell provides kinetics that is at least 2 times faster than the kinetics in the retinal cell caused by the rhodopsin polypeptide. 9. Способ по любому из пп. 1-8, в котором рекомбинантный вектор экспрессии представляет собой рекомбинантный вирусный вектор.9. The method according to any one of paragraphs. 1-8, wherein the recombinant expression vector is a recombinant viral vector. 10. Способ по п. 9, в котором указанный рекомбинантный вирусный вектор представляет собой аденоассоциированный вирусный вектор, лентивирусный вектор, вектор вируса простого герпеса или ретровирусный вектор.10. The method of claim 9, wherein said recombinant viral vector is an adeno-associated viral vector, a lentiviral vector, a herpes simplex vector, or a retroviral vector. 11. Способ по любому из пп. 1-10, в котором промотор представляет собой промотор синапсина, промотор CAG, промотор CMV, промотор grm6, промотор Pleiades, промотор ChAT, промотор V-glut, промотор GAD, промотор PV, промотор соматостатина (SST), нейропептидный Y (NPY) промотор, промотор VIP, промотор родопсинкиназы, промотор гена вителлиформной макулярной дистрофии 2 (VMD2) или промотор гена межфоторецепторного ретинол-связывающего белка (IRBP).11. The method according to any one of paragraphs. 1-10, wherein the promoter is synapsin promoter, CAG promoter, CMV promoter, grm6 promoter, Pleiades promoter, ChAT promoter, V-glut promoter, GAD promoter, PV promoter, somatostatin (SST) promoter, neuropeptide Y (NPY) promoter , a VIP promoter, a rhodopsin kinase promoter, a vitelliform macular degeneration 2 (VMD2) gene promoter, or an interphotoreceptor retinol-binding protein (IRBP) gene promoter. 12. Способ по любому из пп. 1-11, в котором указанное введение осуществляется посредством внутриглазной инъекции, интравитреальной инъекции, субретинальной инъекции, или осуществляется с помощью периокулярного, внутриглазного, интравитреального, субконъюнктивального, ретробульбарного, склерального, субретинального или межкамерного пути введения.12. The method according to any one of paragraphs. 1-11, wherein said administration is by intraocular injection, intravitreal injection, subretinal injection, or by periocular, intraocular, intravitreal, subconjunctival, retrobulbar, scleral, subretinal, or intercameral route of administration. 13. Способ по любому из пп. 1-12, в котором индивидуум имеет глазное заболевание, выбранное из пигментного ретинита, макулярной дегенерации, ретиношизиса и врожденного амавроза Лебера, а также диабетической ретинопатии, или в котором у индивидуума имело место отслоение сетчатки или потеря фоторецептора вследствие травмы или повреждения головы.13. The method according to any one of paragraphs. 1-12, wherein the subject has an ocular disease selected from retinitis pigmentosa, macular degeneration, retinoschisis, and Leber's congenital amaurosis, and diabetic retinopathy, or wherein the subject has had retinal detachment or photoreceptor loss due to trauma or injury to the head. 14. Способ по любому из пп. 1-13, в котором по меньшей мере один рекомбинантный вектор экспрессии образует комплекс с наночастицей.14. The method according to any one of paragraphs. 1-13, in which at least one recombinant expression vector forms a complex with a nanoparticle. 15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что клетка сетчатки представляет собой ганглиозную клетку сетчатки.15. The method of claim 1, wherein the retinal cell is a retinal ganglion cell. 16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что по меньшей мере один рекомбинантный вектор экспрессии представляет собой рекомбинантный аденоассоциированный вирусный вектор.16. The method of claim. 1, characterized in that at least one recombinant expression vector is a recombinant adeno-associated viral vector. 17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что у индивидуума имеется пигментный ретинит.17. The method of claim. 1, characterized in that the individual has retinitis pigmentosa. 18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что аденоассоциированный вирусный вектор представляет собой AAV2.18. The method of claim 16 wherein the adeno-associated viral vector is AAV2. 19. Способ по п. 1, отличающийся тем, что указанное введение осуществляют периокулярным, внутриглазным, интравитреальным, субконъюнктивальным, ретробульбарным, склеральным, субретинальным или межкамерным путем введения.19. The method according to claim 1, characterized in that said administration is carried out by the periocular, intraocular, intravitreal, subconjunctival, retrobulbar, scleral, subretinal or intercameral route of administration. 20. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промотор представляет собой промотор синапсина.20. The method of claim 1, wherein the promoter is a synapsin promoter. 21. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промотор представляет собой промотор CAG.21. The method of claim 1 wherein the promoter is a CAG promoter. 22. Способ по п. 1, отличающийся тем, что промотор представляет собой промотор V-glut.22. The method of claim 1 wherein the promoter is the V-glut promoter.
RU2020119546A 2017-11-13 2018-11-13 Compositions and methods for improvement of visual function RU2787071C2 (en)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201762585237P 2017-11-13 2017-11-13
US62/585,237 2017-11-13
US201762589476P 2017-11-21 2017-11-21
US62/589,476 2017-11-21
US201862641783P 2018-03-12 2018-03-12
US62/641,783 2018-03-12
PCT/US2018/060669 WO2019094904A1 (en) 2017-11-13 2018-11-13 Compositions and methods for enhancing visual function

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2020119546A RU2020119546A (en) 2021-12-15
RU2020119546A3 RU2020119546A3 (en) 2022-03-23
RU2787071C2 true RU2787071C2 (en) 2022-12-28

Family

ID=

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017055421A1 (en) * 2015-09-29 2017-04-06 Ist Austria Pancreatic beta-cell proliferation methods and device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017055421A1 (en) * 2015-09-29 2017-04-06 Ist Austria Pancreatic beta-cell proliferation methods and device

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ИВАНОВА М.Е. и др. Современные способы генетического лечения дистрофий сетчатки. Российский офтальмологический журнал 2013; 4: 103-110. GAUB B.M. et al. Optogenetic Vision Restoration Using Rhodopsin for Enhanced Sensitivity. Mol Ther. 2015 Oct; 23(10): 1562-71. DE SILVA S.R. et al. Long-term restoration of visual function in end-stage retinal degeneration using subretinal human melanopsin gene therapy. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Oct 17; 114(42): 11211-11216. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20200339641A1 (en) Compositions and methods for enhancing visual function
AU2021245195B2 (en) Identification of Channelopsin-2 (Chop2) mutations and methods of use
US10912845B2 (en) Treatment of retinal degeneration using gene therapy
JP7023279B2 (en) SynP198, Promoter for Specific Expression of Genes in Directionally Selective Retinal Ganglion Cells
Zou et al. Fast gene transfer into the adult zebrafish brain by herpes simplex virus 1 (HSV-1) and electroporation: methods and optogenetic applications
Lu et al. A robust optomotor assay for assessing the efficacy of optogenetic tools for vision restoration
Cohen Retinal prostheses
RU2787071C2 (en) Compositions and methods for improvement of visual function
Cha et al. Stage-dependent changes of visual function and electrical response of the retina in the rd10 mouse model
JP6779546B2 (en) Optogenetic regulation with multi-characteristic opsin for visual acuity restoration and other uses
Ferrarese et al. Atypical cortical feedback underlies failure to process contextual information in the superior colliculus of Scn2a+/-autism model mice
WO2023196746A1 (en) Compositions and methods for enhancing visual function
EA043449B1 (en) IDENTIFICATION OF CHANNEL-OPSIN-2 (Chop2) MUTATIONS AND METHODS OF APPLICATION