Science:决定我们能看到各种颜色的居然是它

赤橙黄绿青蓝紫,为什么我们能看到这些五彩的颜色?这一看起来很普通的问题,却引起了约翰霍普金斯大学科学家们的注意。“行动派”的他们培育了跟人类视网膜发育相似的“类器官”,发现竟然是甲状腺激素在影响决定我们能看到各种颜色。

最终研究结果以“Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids”为题发表在《Science》杂志上,这也为治疗色盲以及黄斑变性等眼部疾病的药物开发奠定了基础。

1.决定我们能看到颜色的锥形光感器

锥形光感器是我们眼睛能看到颜色的原因,它所表达的视蛋白色素能对不同波长的光作出反应。在最新的研究中,约翰霍普金斯大学的发展生物学家RobertJohnston和他的团队专注于蓝、红、绿的视锥细胞——人眼中的三个锥形光感应器。三种亚型可由其表达的视觉色素来定义:蓝视蛋白(短波长;S)、绿视蛋白(中波长;M)或红视蛋白(长波长;L)。影响视素表达或功能的突变导致各种形式的色盲和视网膜变性。

以前大部分视觉研究都是在老鼠和鱼身上进行的,但是这两种动物都没有人的日视和色觉。所以Johnston的研究团队利用干细胞制造出了“人类眼睛”——类器官。类器官和视网膜的分布、表达谱和圆锥亚形相似。

“我们跟大多数哺乳动物的眼睛不一样的重要原因就是这各三色视觉”第一作者—约翰霍普金斯大学研究生KiaraEldred说,“我们正试图弄清楚也正在研究这些细胞到底为什么能给我们带来特殊的颜色视觉。”

2.甲状腺激素决定视锥细胞的分化

在过去的几个月里,在实验室中细胞逐渐生长发育并变成了成熟的视网膜,研究小组发现首先确定的是蓝色的视锥细胞,其次是红色和绿色。在这两种情况下,他们发现甲状腺激素的水平竟然是决定分子开关的关键。而且,是完全由眼睛本身来控制这种激素水平,因为培养皿中并没有甲状腺。

这一发现表明,锥形细胞调节亚型的分化受甲状腺激素控制。这也解释了为什么早产儿甲状腺激素水平低,因为母亲供应不足,视力障碍的发生率高。

Johnston的实验室一直在探索细胞命运的决定机制——也就是说,子宫里发生什么,它能够把发育中的细胞变成特定的细胞。这也是我们人类生物学未知的领域。Eldred说:“如果我们能回答决定细胞发育最终结果的原因,我们就有可能为那些有光感受器损伤的人恢复色觉。”

当然了,这些发现还只是第一步。将来,该团队希望用“类器官”进一步了解色觉和黄斑等视网膜上其他区域的形成机制。而且,由于黄斑变性是人类致盲的主要原因之一,因此了解黄斑的形成机制将非常有助于临床治疗。与此同时,我们也期待这一天的到来!

参考文献:DS,Hattar S,Taylor J, et al.Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids.Science,2018,;362(6411).

来源:中国眼科医生)

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