Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойБиологияПочему люди видят цвета, которые не видят собаки? Новое исследование объясняет,...

Почему люди видят цвета, которые не видят собаки? Новое исследование объясняет, почему

- Advertisement -

Новое исследование показывает, как сетчатка человека, выращенная в лабораториях, демонстрирует, что ретиноевая кислота, а не гормоны щитовидной железы, определяет развитие цветочувствительных клеток, имеющих решающее значение для человеческого зрения. Это открытие расширяет наше понимание дальтонизма, потери зрения и генетической основы того, как мы видим цвет, предлагая многообещающие возможности для будущих методов лечения нарушений зрения.

Исследователи культивировали сетчатку человека в лабораторных условиях, раскрывая процесс, посредством которого производное витамина А производит уникальные клетки, ответственные за способность человека воспринимать широкий спектр цветов. Эта зрительная способность отсутствует у собак, кошек и других млекопитающих.

«Эти органоиды сетчатки позволили нам впервые изучить эту очень специфичную для человека черту», ​​— сказал автор Роберт Джонстон, доцент кафедры биологии. «Это огромный вопрос о том, что делает нас людьми, что отличает нас».

Результаты, опубликованные в ПЛОС Биология, улучшить понимание дальтонизма, возрастной потери зрения и других заболеваний, связанных с фоторецепторными клетками. Они также демонстрируют, как гены инструктируют сетчатку человека создавать определенные клетки, чувствительные к цвету. Ученые считали, что этот процесс контролируется гормонами щитовидной железы.

Механизм восприятия цвета

Изменяя клеточные свойства органоидов, исследовательская группа обнаружила молекулу, называемую ретиноевой. кислота определяет, будет ли колбочка специализироваться на восприятии красного или зеленого света. Только люди с нормальным зрением и близкородственные приматы развивают красный сенсор.

Ученые на протяжении десятилетий считали, что красные колбочки образуются в результате подбрасывания монеты, когда клетки случайным образом начинают воспринимать зеленые или красные волны, а исследования команды Джонстона недавно намекнули, что этот процесс можно контролировать с помощью уровня гормонов щитовидной железы. Вместо этого новое исследование предполагает, что красные колбочки материализуются в результате определенной последовательности событий, организованных ретиноевой кислотой в глазу.

Органоид сетчатки отмечен синими колбочками на голубом и зеленым/красными колбочками на зеленом. Пурпурным цветом отмечены клетки, называемые палочками, которые помогают глазу видеть в условиях низкой освещенности или темноты. Фото: Сара Хадыняк/Университет Джонса Хопкинса.

Команда обнаружила, что высокий уровень ретиноевой кислоты на ранних стадиях развития органоидов коррелирует с более высоким соотношением зеленых шишек. Точно так же низкие уровни кислоты изменили генетические инструкции сетчатки и на более позднем этапе развития привели к образованию красных колбочек.

«В этом все еще может быть некоторая случайность, но наш главный вывод заключается в том, что ретиноевая кислота вырабатывается на ранних стадиях развития», — сказал Джонстон. «Это время действительно имеет значение для изучения и понимания того, как создаются эти колбочки».

Зеленые и красные колбочки удивительно похожи, за исключением белка опсина, который улавливает свет и сообщает мозгу, какие цвета видят люди. Различные опсины определяют, станет ли колбочка зеленым или красным сенсором, хотя гены каждого сенсора остаются на 96% идентичными. С помощью революционного метода, позволяющего обнаружить эти тонкие генетические различия в органоидах, команда отслеживала изменения соотношения шишек в течение 200 дней.

«Поскольку мы можем контролировать в органоидах популяцию зеленых и красных клеток, мы можем как бы сделать пул более зеленым или более красным», — сказала автор Сара Хадыняк, которая проводила исследование в качестве аспиранта в лаборатории Джонстона и сейчас работает в Университете Дьюка. «Это имеет значение для выяснения того, как именно ретиноевая кислота действует на гены».

Вариативность и видение

Исследователи также нанесли на карту широко варьирующиеся соотношения этих клеток в сетчатке 700 взрослых. По словам Хадыняка, одним из самых удивительных результатов нового исследования стало то, как у людей изменились пропорции зеленых и красных колбочек.

Часть сетчатки человека. Пунктирными линиями изображен отдельный зеленый конус синим цветом и красный конус розовым. Фото: Сара Хадыняк/Университет Джонса Хопкинса.

Ученые до сих пор не до конца понимают, как соотношение зеленых и красных колбочек может так сильно варьироваться, не влияя при этом на чье-то зрение. Если бы эти типы клеток определяли длину человеческой руки, разные соотношения дали бы «удивительно разную» длину рук, сказал Джонстон.

Чтобы лучше понять такие заболевания, как дегенерация желтого пятна, которая вызывает потерю светочувствительных клеток вблизи центра сетчатки, исследователи работают с другими лабораториями Джона Хопкинса. Цель состоит в том, чтобы углубить понимание того, как колбочки и другие клетки связаны с нервной системой.

«Будущая надежда — помочь людям с этими проблемами со зрением», — сказал Джонстон. «Пройдет некоторое время, прежде чем это произойдет, но просто знать, что мы можем создавать эти разные типы клеток, очень, очень многообещающе».

Ссылка: «Передача сигналов ретиноевой кислоты регулирует пространственно-временную спецификацию зеленых и красных колбочек человека» Сара Э. Хадыняк, Джоанна Ф.Д. Хаген, Киара К. Элдред, Борис Бренерман, Катажина А. Хасси, Раджив К. Маккой, Майкл Э.Г. Саурия, Джеймс А. Кухенбекер, Томас Рех, Ян Гласс, Морин Нейтц, Джей Нейтц, Джеймс Тейлор и Роберт Дж. Джонстон-младший, 11 января 2024 г., ПЛОС Биология.
DOI: 10.1371/journal.pbio.3002464.

Среди других авторов Джона Хопкинса: Киара К. Элдред, Борис Бренерман, Катажина А. Хасси, Джоанна Ф.Д. Хаген, Раджив К. Маккой, Майкл Э.Г. Саурия и Джеймс Тейлор; а также Джеймс А. Кухенбекер, Томас Рех, Ян Гласс, Морин Нейтц, Джей Нейтц из Вашингтонский университет.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме