Проблема, сказал Джошуа Сэйнс, Джефф С. Тарр, профессор молекулярной и клеточной биологии и директор Центра исследований мозга, утверждает, что у них отсутствует ямка – небольшая специализированная область в сетчатке, которая делает возможным резкое центральное зрение. Среди млекопитающих фовеа есть только у приматов.
Ямка хорошо изучена на протяжении десятилетий. Исследователи продемонстрировали как функциональную, так и структурную специализацию фовеальных клеток, но механизмы, которые приводят к различиям между фовеа и периферической сетчаткой, остаются загадкой.
Чтобы разгадать эту загадку, группа исследователей во главе с Санесом применила высокопроизводительные методы генетического секвенирования для создания первого клеточного атласа сетчатки приматов. Они обнаружили, что хотя ямка и периферическая сетчатка имеют большинство одинаковых типов клеток, клетки обнаруживаются в разных пропорциях в каждой области, и многие из них демонстрируют разные паттерны экспрессии генов.
По словам Санеса, это исследование предлагает важную основу для исследователей, которые хотят понять, как работает зрение у приматов, включая людей, и как оно может быть нарушено болезнью.
Работа описана в статье, опубликованной в Cell в феврале. 21 год.
Чтобы создать клеточный атлас, Санес и его коллеги начали с 165000 клеток, собранных из сетчатки макак, около половины из которых фовеальные, а половина – периферические. Команда использовала генетические инструменты, чтобы разделить их на различные типы, идентифицировав от 65 до 70 отдельных типов в обеих частях глаза, а также гены, которые каждый тип выражает.
Результаты принесли как хорошие, так и плохие новости.
По словам Санеса, хорошей новостью было то, что исследователи пришли к выводу, что делает ямку особенной. «Около 90 процентов типов клеток являются общими, – сказал Санес, – но что более показательно, так это то, что [два типа] экспрессируют множество разных генов. Мы считаем, что изучение этих генов поможет нам объяснить большую часть функциональных различий между клеткой в ямке и клеткой на периферии."
Плохая новость заключалась в том, что, когда команда попыталась найти мышиные эквиваленты основного типа клеток, которые отправляют сообщение из ямки в мозг – так называемой «сверхмалой ганглиозной клеткой» из-за ее небольшого размера, – они в основном оказались пустыми.
«К сожалению,« карлики »- это подавляющее большинство фовеальных ганглиозных клеток», – сказал Санес. "Мы надеялись найти мышиный эквивалент этих клеток чтобы мы могли изучать их, используя все инструменты, которые мы уже разработали, но мы не. Так что это было разочарование."
Вооружившись своим клеточным атласом, Санес и его коллеги обратились к почти 200 генам, связанным с заболеваниями слепоты, и обнаружили, что некоторые из них, особенно связанные с дегенерацией желтого пятна и диабетическим отеком желтого пятна, избирательно экспрессируются в фовеальных клетках – заманчивый ключ к разгадке причин возникновения таких заболеваний. в первую очередь влияют на фовеа: макула – это немного большая область сетчатки с фовеа в центре, так что «эта закономерность имеет смысл», – сказал Санес.
«Например, мы обнаружили, что один ген предрасположенности к дегенерации желтого пятна экспрессируется на значительно более высоких уровнях в фовеальных палочках и колбочках, чем в периферических палочках и колбочках», – сказал Санес. "Это может быть связано с тем, что это заболевание желтого пятна. Аналогично для диабетического макулярного отека – мы обнаружили два гена восприимчивости, экспрессирующиеся на более высоких уровнях в кровеносных сосудах в ямке, чем на периферии.«Дегенерация желтого пятна и диабетический отек желтого пятна являются одними из основных причин слепоты в США.S. и мир.
«Мы также вернули эти гены в клеточный атлас мышей, – продолжил Санес, – и во многих случаях они либо не экспрессировались, либо экспрессировались в разных клетках». Это говорит о том, что, по крайней мере, для некоторых из этих заболеваний изучение того, как ген действует у мышей, может быть не очень показательным, поскольку он может не экспрессироваться в тех же клетках."
По словам Санеса, в будущем клеточный атлас может служить ценным ресурсом как для исследований, посвященных конкретным заболеваниям, так и для решения фундаментальных научных вопросов.
«Что касается болезни, просто обладая этими знаниями, мы сможем подумать о более эффективных методах лечения», – сказал Санес. "Это также может быть основанием для изучения патологического материала. Мы сотрудничаем с людьми, которые годами копили глаза для различных целей, что означает, что мы можем начать проверять гипотезы – поэтому, если мы думаем, что, возможно, людям с глаукомой не хватает определенного типа клеток, или экспрессия гена слишком низкая или слишком высоко, мы можем проверить это.
«Что касается фундаментальных исследований, – продолжил он, – мы можем взять ген, который, по нашему мнению, может играть роль в физиологических различиях в клетках, и поместить его в клетку мыши и посмотреть, изменяет ли он свойства эта ячейка. Это даст нам хорошее начало, поскольку мы будем искать ответы на подобные вопросы."
Это исследование финансировалось Национальным институтом глаз (входит в состав Национальных институтов здравоохранения), Институтом Броуда и Фондом BrightFocus.