Когда дело доходит до понимания того, как нейроны соединяются, образуя цепи в мозгу, ученые на протяжении десятилетий обращались к сетчатке скромной лабораторной мыши как к идеальному модельному организму. Но в качестве модели для лечения заболеваний, связанных со зрением, мыши просто не оборудованы.
Проблема, сказал Джошуа Сэйнс, Джефф С. Тарр, профессор молекулярной и клеточной биологии и директор Центра исследований мозга, не хватает ли у них ямки – небольшой специализированной области в сетчатке, которая делает возможным резкое центральное зрение?. Среди млекопитающих только приматы имеют ямку, что делает практически невозможным изучение таких вопросов на мышах.
И хотя фовеа была хорошо изучена на протяжении десятилетий – исследователи продемонстрировали как функциональную, так и структурную специализацию фовеальных клеток, – механизмы, которые вызывают эти различия, остаются загадкой.
Чтобы разгадать эту загадку, группа исследователей во главе с Санесом применила высокопроизводительные методы генетического секвенирования для создания первого клеточного атласа сетчатки приматов и обнаружила, что, хотя ямка и периферическая сетчатка имеют большинство одинаковых типов клеток, клетки находятся в разных пропорциях в каждом регионе, 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 болезнь может нарушить зрение. Работа описана в статье, опубликованной в Cell 21 февраля.
Чтобы создать клеточный атлас, Санес и его коллеги начали с 165 000 клеток, собранных из сетчатки макак, примерно половина из которых были фовеальными клетками, а половина – периферическими клетками, а затем использовали генетические инструменты, чтобы разделить их на различные типы.
В целом, по словам Санеса, команда определила от 65 до 70 отдельных типов как в фовеальных, так и в периферических клетках, а также в генах, экспрессируемых каждым типом, и результаты дали как хорошие, так и плохие новости.
По словам Санеса, хорошей новостью было то, что они также придумали идеи о том, что делает фовеа особенной.
“Около 90 процентов типов ячеек являются общими, но что более показательно, так это то, что…они экспрессируют множество разных генов “, – сказал Санес. “Мы считаем, что изучение этих генов поможет нам объяснить большую функциональную разницу между клеткой в центральной ямке и клеткой на периферии.”
Плохая новость, по его словам, заключалась в том, что, когда команда попыталась найти мышиные эквиваленты основного типа, который отправляет сообщение из ямки в мозг, названного «карликовая ганглиозная клетка», названного из-за их небольшого размера, они в основном пришли к выводу. пустой.
«К сожалению,« карлики »- это подавляющее большинство фовеальных ганглиозных клеток», – сказал Санес. “Мы надеялись найти мышиный эквивалент этих клеток…чтобы мы могли изучить их, используя все инструменты, которые мы уже разработали, но мы не. Так что это было разочарование.”
Вооружившись этим 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, экспрессируются в фовеальных клетках – заманчивый ключ к разгадке того, почему такие заболевания влияют на ямка. Макула – это немного более крупная область сетчатки с фовеа в центре, поэтому «этот рисунок имеет смысл», – говорит 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. Точно так же для диабетического макулярного отека мы обнаружили два гена восприимчивости, экспрессируемые на более высоких уровнях в кровеносных сосудах в ямке, чем на периферии. Эти два заболевания являются одними из основных причин слепоты в США.S. и большая часть мира.
«Мы также вернули эти гены в клеточный атлас мышей, и во многих случаях они либо не экспрессировались, либо экспрессировались в разных клетках», – продолжил Санес. “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 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 низкая. высокий, мы можем проверить это.
«Что касается фундаментальных исследований, мы можем взять ген, который, по нашему мнению, может играть роль в физиологических различиях в клетках, и поместить его в клетку мыши и посмотреть, изменит ли он свойства этой клетки», – сказал он. продолжение. “Это даст нам хорошее начало, поскольку мы будем искать ответы на подобные вопросы.”