В течение десятилетий ученые обращались к сетчатке скромной лабораторной мыши как к идеальному модельному организму для понимания того, как нейроны соединяются, образуя цепи в мозгу. Но в качестве модели зрения и заболеваний, связанных со зрением, мыши просто не приспособлены.
Проблема, по словам Джошуа Сейнса, профессора молекулярной и клеточной биологии им. Джеффа С. Тарра и директора Центра изучения мозга, заключается в том, что у них отсутствует ямка - небольшая специализированная область в сетчатке, которая делает резкое возможно центральное зрение. Среди млекопитающих ямка есть только у приматов.
Фовеа хорошо изучена на протяжении десятилетий. Исследователи продемонстрировали как функциональную, так и структурную специализацию фовеальных клеток, но механизмы, обуславливающие различия между центральной ямкой и периферической сетчаткой, остаются загадкой..
Чтобы приступить к разгадке этой тайны, группа исследователей под руководством Санеса применила высокопроизводительные методы генетического секвенирования для создания первого клеточного атласа сетчатки приматов. Они обнаружили, что в то время как центральная ямка и периферическая сетчатка содержат в основном одни и те же типы клеток, клетки обнаруживаются в разных пропорциях в каждой области, и многие из них демонстрируют разные паттерны экспрессии генов.
Исследование, по словам Санеса, дает исследователям важную основу для дальнейшего развития, поскольку они стремятся понять, как работает зрение у приматов, в том числе у людей, и как оно может быть нарушено болезнью. Работа описана в статье, опубликованной в Cell 21 февраля.
Для создания клеточного атласа Санес и его коллеги начали с 165 000 клеток, собранных из сетчатки макак, примерно половина из них фовеальная, а половина периферическая. Команда использовала генетические инструменты, чтобы разделить их на различные типы, идентифицировав от 65 до 70 отдельных типов в обеих частях глаза, а также гены, экспрессируемые каждым типом..
Результаты принесли как хорошие, так и плохие новости.
Хорошая новость, по словам Санеса, заключается в том, что исследователи придумали, что делает ямку особенной. «Около 90 процентов типов клеток являются общими, - сказал Санес, - но что более важно, так это то, что… [два типа] экспрессируют множество разных генов. Мы считаем, что изучение этих генов поможет нам объяснить многие функциональное различие между клеткой в центральной ямке и клеткой на периферии».
Плохая новость заключалась в том, что, когда команда попыталась найти мышиные эквиваленты основного типа клеток, которые посылают сообщение из центральной ямки в мозг, называемого «карликовой ганглиозной клеткой» из-за своего небольшого размера, они в основном подошли. пустой.
«К сожалению, «карлики» составляют подавляющее большинство фовеальных ганглиозных клеток», - сказал Санес. «Мы надеялись, что найдем мышиный эквивалент этих клеток… чтобы мы могли изучить их, используя все инструменты, которые мы уже разработали, но мы этого не сделали. Так что это было разочарованием».
Вооружившись своим клеточным атласом, Санес и его коллеги обратились к почти 200 генам, ответственным за слепоту, и обнаружили, что некоторые из них, особенно те, которые связаны с дегенерацией желтого пятна и диабетическим макулярным отеком, избирательно экспрессируются в фовеальных клетках. почему такие заболевания в первую очередь поражают центральную ямку: макула - это немного большая область сетчатки с центральной ямкой в ее центре, поэтому «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. То же самое и с диабетическим макулярным отеком - мы обнаружили, что два гена предрасположенности экспрессируются на более высоких уровнях в кровеносных сосудах в центральной ямке, чем на периферии». Дегенерация желтого пятна и диабетический отек желтого пятна являются одними из основных причин слепоты в США и во всем мире.
«Мы также вернули эти гены в клеточный атлас мыши, - продолжил Санес, - и во многих случаях они либо не экспрессировались, либо экспрессировались в других клетках. Это говорит о том, что, по крайней мере, для некоторых из этих заболеваниях, наблюдение за тем, как ген действует у мышей, может быть малоинформативным, потому что он может не экспрессироваться в одних и тех же клетках».
В дальнейшем, по словам Санеса, клеточный атлас может служить ценным ресурсом как для исследований, посвященных конкретным заболеваниям, так и для фундаментальных научных вопросов.
«Что касается болезни, просто обладая этими знаниями, мы сможем подумать о более эффективных методах лечения», - сказал Санес.«Это также может быть основой для изучения патологического материала. Мы сотрудничаем с людьми, которые на протяжении многих лет собирали глаза для различных целей, что означает, что мы могли бы начать проверять гипотезы - поэтому, если мы думаем, что, возможно, люди с глаукомой упускают определенный тип клетки или экспрессия гена слишком низкая или слишком высокая, мы можем это проверить.
«Что касается фундаментальных исследований, - продолжил он, - мы можем взять ген, который, как мы, возможно, имеем основания полагать, может играть роль в физиологических различиях в клетках, поместить его в клетку мыши и посмотреть, это изменяет свойства этой клетки. Это даст нам большое преимущество, когда мы будем искать ответы на подобные вопросы».