Inimese silmas on kolme tüüpi koonuserakke, mis reguleerivad värvinägemist, tunnetades punast, sinist või rohelist valgust, kuid vähe on teada, kuidas need spetsialiseerunud rakud kasvava loote silmis esile kerkivad. Kuid teadlased andsid hiljuti ülevaate nendest kujunemismehhanismidest, kasvatades silmarakkudest tehtud organoide - väga väikeseid primitiivseid elundeid -, et nad saaksid rakke nende arenemise ajal jälgida.
Ehkki pisikesed organoidid ei tundunud täielikult moodustatud silmadena, sisaldasid nad valgusele reageerivaid fotoretseptorid ning rakud (ja nende geenid) käitusid ikkagi nagu koonusrakud inimsilmas. Tähelepanuväärne on see, et laboris kasvanud silmakoe värvustundlikud rakud organiseerusid nii, nagu need rakud teevad, esmalt ilmuvad sinist valgustundlikud koonuserakud, millele järgnevad punast ja rohelist valgust tajuvad rakud. Nende rakkudega tehtud katsed pakkusid esimest pilku mehhanismidesse, mis tekitavad meie ainulaadse värvinägemise, teatasid teadlased uues uuringus.
Sinise koonuse rakud arenesid teada juba enne nende punaseid ja rohelisi naabreid. Kuid oli ebaselge, miks nad ilmusid selles järjekorras ja mis ajendas rakke "valima neid saatuseid" siniseks, punaseks või roheliseks, ütles uuringu autor Kiara Eldred, Johns Hopkinsi ülikooli (JHU) bioloogiaosakonna doktorant. Marylandis.
"Me ei olnud kindlad, mis arengukontekstis neid rakke üksteisest eristama sundis," rääkis Eldred Live Science'ile.
Teadlased suunasid tüvirakud silmakoeks, kuid täpselt seda tüüpi silmakoe määravad rakud ise, ütles uuringu kaasautor JHU bioloogiaosakonna abiprofessor Robert Johnston Jr.
"Nad lihtsalt arenevad ja kasvavad võrkkestana tassis," rääkis Johnston Live Science'ile.
Kuna teadlased soovisid, et nende kasvavad minisilmad järgiksid sama ajakava nagu loote silmad emakas, jälgisid nad võrkkesta kudede arengut üheksa kuud.
Veelgi enam, eelnevad uuringud hiirte ja sebrakaladega vihjasid, et kilpnäärmehormoon aitas käivitada värvinägemisega seotud rakkude arengut, ütles Eldred. Selle testimiseks kasutasid teadlased geeni redigeerimise tööriista CRISPR, et manipuleerida koonuserakkude retseptoritega hormooni jaoks, et näha, kuidas see nende kasvumustreid muudab.
Nad leidsid, et kilpnäärme hormooni tase, mis oli silma erinevates arengufaasides, mängis rakkude identiteedi kujundamisel suurt rolli. Kui teadlased keelasid hormooni retseptorid, kasvasid neil minisilmad, millel olid ainult sinist valgust tundvad rakud ja mis nägid ainult sinist valgust. Ja kui nad kasvasid kasvuperioodi alguses kilpnäärmehormoonidega orgaanilised organid üle enne siniste rakkude moodustumist, arenesid kõik värvirakud punaseks ja roheliseks, teatasid teadlased.
"See ütles meile, et mõistsime mehhanismi piisavalt, et saaksime kasvatada nõges inimese võrkkesta rakke ja saime neile öelda, milliseid rakke me tahame teha," rääkis Johnston Live Science'ile.
Lisaks värvinägemise saladuste paljastamisele võib laboris kasvanud silmakude osutuda kasulikuks ka muude inimestele ainulaadsete nägemisaspektide uurimisel ning võiks pakkuda teadmisi pimeduse ja glaukoomi raviks, ütles Johnston.
Tulemused avaldati veebis täna (11. oktoober) ajakirjas Science.
