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圖片來源：© EVGENIY / Fotolia

研究結(jié)果以“Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids”為題發(fā)表在《Science》雜志上，為開發(fā)治療色盲和黃斑變性等眼疾的藥物奠定了基礎。

DOI: 10.1126/science.aau6348

眼睛中的錐形光感器是我們能看到顏色的“秘訣”所在，其表達的視蛋白色素可以對不同波長的光做出響應。在研究中，約翰霍普金斯大學的發(fā)育生物學家Robert Johnston和他的團隊將注意力放在了那些讓人們能夠看到藍色、紅色和綠色的視錐細胞——人眼中的三個錐形光感受器。這三個亞型是由其表達的視覺色素所定義：藍視蛋白（短波長；S）、綠視蛋白（中波長；M）或紅視蛋白（長波長；L）。影響視素表達或功能的突變導致各種形式的色盲和視網(wǎng)膜變性。

以往，大多數(shù)視覺研究都是在小鼠和魚身上進行的，但這兩種動物都沒有人類日間視力和色覺。因此，Johnston的團隊用干細胞創(chuàng)造了他們需要的“人類眼睛”——類器官。類器官和視網(wǎng)膜具有相似的分布、表達譜和圓錐亞型的形態(tài)。

“三色視覺將我們與大多數(shù)其他哺乳動物區(qū)別開來，”作者、約翰霍普金斯大學研究生Kiara Eldred說，“我們的研究正試圖弄清楚這些細胞能帶給我們什么特殊的顏色視覺。”

Temporally regulated TH signaling specifies cone subtypes.

在過去的幾個月，隨著細胞在實驗室中生長并成為成熟的視網(wǎng)膜，研究小組發(fā)現(xiàn)首先確定的是藍色視錐細胞，然后是紅色和綠色視錐細胞。在這兩種情況下，他們發(fā)現(xiàn)分子開關的關鍵竟然是甲狀腺激素水平的高低。重要的是，這種激素的水平竟然不是受甲狀腺控制（因為培養(yǎng)皿中沒有甲狀腺），而是由眼睛本身控制。

這一發(fā)現(xiàn)表明，錐形細胞向其調(diào)節(jié)亞型的分化受甲狀腺激素的調(diào)控。這也解釋了為什么早產(chǎn)兒由于缺乏母體的供應而使得甲狀腺激素水平較低，其視力障礙發(fā)生率較高。

Johnston的實驗室一直在探索細胞命運的決定機制——即在子宮中發(fā)生什么，可以將發(fā)育中的細胞轉(zhuǎn)變?yōu)樘囟愋偷募毎?。這在很大程度上是人類生物學未知的方面。Eldred說:“如果我們能夠回答導致細胞終端命運的原因，我們就能夠為那些光感受器受損的人恢復色覺。”

這些發(fā)現(xiàn)只是步。未來，研究小組希望使用“類器官”來進一步了解色覺和視網(wǎng)膜其他區(qū)域（如黃斑）的形成機制。由于黃斑變性是人類致盲的主要原因之一，因此了解黃斑的形成機制有助于臨床治療。

責編：風鈴

參考資料

Human retinas grown in a dish explain how color vision develops

Thyroid hormone signaling specifies cone subtypes in human retinal organoids