The impact of phosphatidylethanolamine on phototoxicity of all-trans-retinal in human retinal pigment epithelium cell line ARPE-19

Rodopsyna jest białkiem receptorowym biorącym udział w procesie widzenia. Po absorpcji fotonu, chromofor rodopsyny – 11-cis-retinal ulega izomeryzacji, a w efekcie cząsteczka rodopsyny rozpada się na część białkową – opsynę i izomer chromoforu – całkowicie-trans-retinal (atRAL). Całkowicie-trans-retinal jest związkiem fotoreaktywnym, który po wzbudzeniu światłem niebieskim jest zdolny do generowania wolnych rodników oraz tlenu singletowego. Fosfatydyloetanolamina obficie występująca w błonach zewnętrznych segmentów fotoreceptorów może ograniczać fotoreaktywność całkowicie-trans-retinalu, wchodząc z nim w reakcję i tworząc związek typu zasady Schiffa. W badaniach będących przedmiotem niniejszej pracy badano potencjalną toksyczność całkowicie-trans-retinalu w obecności i pod nieobecność fosfatydyloetanolaminy w komórkach nabłonka barwnikowego siatkówki ARPE-19. W przeprowadzonych eksperymentach komórki ARPE-19 inkubowano z liposomami zawierającymi całkowicie-trans-retinal i liposomami zawierającymi całkowicie-trans-retinal oraz fosfatydyloetanolaminę, a następnie komórki naświetlano światłem niebieskim i badano ich przeżywalność. Rozmiary liposomów zostały zmierzone metodą dynamicznego rozpraszania światła (DLS), a przeżywalność komórek określono w oparciu o test MTT. Wpływ fosfatydyloetanolaminy był porównywany z działaniem endogennych antyoksydantów – zeaksantyny i witaminy E. Wstępne wyniki sugerują, że fosfatydyloetanolamina w widoczny sposób ogranicza toksyczność całkowicie-trans-retinalu względem komórek ARPE-19 zarówno w ciemności jak i po ekspozycji na światło niebieskie. Reakcje fotochemiczne towarzyszące pierwszym etapom transdukcji sygnału wzrokowego w oku mają istotne znaczenie dla jego prawidłowego funkcjonowania. Niestety, produkty przejściowe tych reakcji mogą mieć udział także w procesie fotouszkodzenia siatkówki, co w konsekwencji może prowadzić m.in do zwyrodnienia plamki żółtej, jednak mechanizmy leżące u podstawy fotouszkodzenia komórek siatkówki wciąż są słabo poznane. Badanie i analiza tych procesów pozwoli lepiej zrozumieć patofizjologię siatkówki, a w dalszej perspektywie może przyczynić się do opracowania nowych terapii w chorobach narządu wzroku.

Rhodopsin is a receptor protein involved in the process of vision. After photon absorption, the rhodopsin chromophore – 11-cis-retinal undergoes isomerisation, and as a result, the rhodopsin molecule breaks down into a protein part – opsin and the chromophore isomer – all-trans-retinal (atRAL). All-trans-retinal is a photoreactive compound that, under excitation with blue light generates free radicals and singlet oxygen. Phosphatidylethanolamine, a lipid especially abundant in the membranes of photoreceptor outer segments, can reduce the photoreactivity of all-trans-retinal by reacting with it, forming a Schiff base compound. This study investigated the potential toxicity of all-trans retinal in the presence and absence of phosphatidylethanolamine in retinal pigment epithelium cells ARPE-19. In performed experiments, ARPE-19 cells were incubated with all-trans-retinal-loaded liposomes or liposomes containing both all-trans-retinal and phosphatidylethanolamine. Subsequently, the cells were irradiated with blue light and their viability was examined. Size and polydispersity of prepared liposomes were measured by dynamic light scattering (DLS) and cell viability was determined by the MTT assay. The impact of phosphatidylethanolamine on atRAL toxicity was compared to that of the endogenous antioxidants – zeaxanthin and vitamin E. Preliminary results suggest that phosphatidylethanolamine significantly reduces the toxicity of all-trans-retinal in ARPE-19 cells both in the dark and when exposed to blue light irradiation. Photochemical reactions, which accompany the first steps of visual transduction in the eye, are very important for its normal functioning. However, transient products formed during these reactions may also be involved in the retinal photodamage, and consequently, in a long run, lead to i.a. macular degeneration. Nevertheless, the mechanisms underlying retinal cell damage and degeneration are still under investigation. Studying these processes will help understand the pathophysiology of the retina, and may then lead to the development of new treatments for eye diseases.