Цветовое зрение органоидов глаза

Зеленые и красные колбочки, специализированные светочувствительные клетки позволяют людям видеть миллионы цветов. Этого не могут собаки, кошки и другие млекопитающие. Красный сенсор развивается только у людей с нормальным зрением и у близкородственных приматов.

Ученые десятилетиями считали, что колбочки образуются случайно, что клетки бессистемно выбирают специализацию — красную или зеленую, хотя существовало подозрение, что этот процесс могут контролировать гормоны щитовидной железы. Светочувствительные клетки глаза удивительно похожи, за исключением белка опсина, который распознает цвет и сообщает о нем мозгу. Разные опсины определяют, станет ли колбочка зеленым или красным сенсором, хотя гены сенсоров общие на 96%.

Органоиды сетчатки глаза впервые позволили ученым под руководством профессора биологии Роберта Джонстона (Robert J. Johnston) из Университета Джона Хопкинса детально изучить эти явления. Ученые выявили тонкие генетические различия в органоидах и проследили за изменением соотношения светочувствительных клеток в течение 200 дней. Оказалось, что высокий уровень ретиноевой кислоты на ранних стадиях развития органоида связан с более высокой долей зеленых колбочек в сетчатке. Аналогично низкий уровень кислоты изменял генетические инструкции так, что на более поздних этапах развития органоида появлялись красные колбочки. Таким образом молекула производной витамина А определяла вид колбочки.

Роберт Джонстон говорит, что, возможно, здесь присутствует некоторая случайность. Но главный вывод исследования заключается в том, что ретиноевая кислота вырабатывается на самых ранних этапах развития колбочек. Ученые могут контролировать ее содержание, а значит, менять соотношение зеленых и красных сенсорных клеток. Исследователи также составили карты соотношений двух видов колбочек для сетчаток глаз 700 взрослых людей. Удивительным открытием стало то, насколько сильно изменяется пропорция разных колбочек. Почему она не влияет на зрение человека, пока неясно.

Ученые считают, что они на пути к выяснению механизмов дальтонизма, возрастной потери зрения и других заболеваний, связанных с фоторецепторными клетками. Биологи надеются помочь людям с дегенерацией центра сетчатки и другими проблемами зрения. Профессор Джонстон отмечает, что для этого могут пригодиться различные виды колбочек, которые его группа умеет выращивать. Статью об исследовании опубликовал журнал PLOS Biology.