W ludzkim oku istnieją trzy rodzaje komórek stożkowych, które regulują widzenie kolorów, wykrywając światło czerwone, niebieskie lub zielone, ale niewiele wiadomo na temat tego, jak te wyspecjalizowane komórki pojawiają się w oczach rosnącego płodu. Jednak naukowcy niedawno dostrzegli te mechanizmy kształtujące, hodując organoidy - bardzo małe, prymitywne narządy - zbudowane z komórek oka, aby mogli obserwować komórki podczas ich rozwoju.
Chociaż małe organoidy nie wyglądały jak w pełni ukształtowane oczy, zawierały fotoreceptory reagujące na światło, a komórki (i ich geny) nadal zachowywały się tak, jak komórki stożka w ludzkim oku. Co ciekawe, komórki wykrywające kolory w hodowanej w laboratorium tkance oka zorganizowały się tak, jak te komórki u płodu, z komórkami stożkowymi wykrywającymi niebieskie światło, które pojawiły się jako pierwsze, a następnie komórkami wykrywającymi światło czerwone i zielone. Eksperymenty z tymi komórkami pozwoliły po raz pierwszy rzucić okiem na mechanizmy, które wytwarzają nasze unikalne widzenie kolorów, naukowcy opisali w nowym badaniu.
Wiadomo, że komórki niebieskiego stożka rozwijały się już przed czerwonymi i zielonymi sąsiadami. Ale nie było jasne, dlaczego pojawili się w tej kolejności i co skłoniło komórki do „wybrania tych losów” jako niebieskiego, czerwonego lub zielonego, powiedziała główna autorka badań Kiara Eldred, doktorantka na Wydziale Biologii Uniwersytetu Johns Hopkins (JHU) w Maryland.
„Nie byliśmy pewni, co w kontekście rozwoju sprawiło, że te komórki różniły się od siebie” - powiedział Eldred Live Science.
Naukowcy zalecili, aby komórki macierzyste zamieniły się w tkankę oka, ale dokładnie to, jaki typ tkanki oka określają same komórki, powiedział współautor badań Robert Johnston Jr., adiunkt w Wydziale Biologii JHU.
„Po prostu rozwijają się i rosną jak siatkówka w naczyniu” - powiedział Johnston Live Science.
Ponieważ naukowcy chcieli, aby ich rosnące mini-oczy postępowały zgodnie z tym samym harmonogramem, co oczy płodu w macicy, monitorowali rozwój tkanek siatkówki przez dziewięć miesięcy.
Co więcej, wcześniejsze badania na myszach i danio pręgowanym wskazywały, że hormon tarczycy pomógł uruchomić rozwój komórek związanych z widzenie kolorów, Eldred powiedział. Aby to sprawdzić, naukowcy wykorzystali narzędzie do edycji genów CRISPR do manipulowania receptorami komórek stożkowych hormonu, aby zobaczyć, jak to zmieni ich wzorce wzrostu.
Odkryli, że poziomy hormonu tarczycy, które były obecne na różnych etapach rozwoju oka, odgrywały dużą rolę w kształtowaniu tożsamości komórek. Kiedy naukowcy wyłączyli receptory hormonu, wyhodowali mini-oczy, które miały tylko komórki wykrywające niebieski, zdolne do widzenia tylko niebieskiego światła. A kiedy zalali organoidy dodatkowym hormonem tarczycy na wczesnym etapie procesu wzrostu - zanim mogły powstać niebieskie komórki - wszystkie komórki kolorowe rozwinęły się na czerwono i zielono, podali naukowcy.
„To powiedziało nam, że zrozumieliśmy na tyle mechanizm, że moglibyśmy hodować ludzkie komórki siatkówki w naczyniu i moglibyśmy powiedzieć im, jakie komórki chcielibyśmy stworzyć”, powiedział Johnston Live Live.
Johnston powiedział, że oprócz ujawnienia tajemnic widzenia kolorów, wyhodowana w laboratorium tkanka oka może się przydać do badania innych aspektów wzroku, które są unikalne dla ludzi, i może zapewnić wgląd w leczenie ślepoty i jaskry.
Odkrycia zostały opublikowane online dzisiaj (11 października) w czasopiśmie Science.
