By |
Các nhà nghiên cứu đã nuôi cấy võng mạc của con người trong môi trường phòng thí nghiệm, tiết lộ quá trình mà một dẫn xuất của vitamin A tạo ra các tế bào duy nhất chịu trách nhiệm về khả năng nhận biết dải màu rộng lớn của con người. Khả năng thị giác này không có ở chó, mèo và nhiều loài động vật có vú khác.
Tác giả Robert Johnston, phó giáo sư sinh học cho biết: “Những cơ quan võng mạc này lần đầu tiên cho phép chúng tôi nghiên cứu đặc điểm rất đặc trưng này của con người”. “Đó là một câu hỏi lớn về điều gì tạo nên con người chúng ta, điều gì khiến chúng ta khác biệt.”
Những phát hiện được công bố trên PLOS Sinh học nâng cao hiểu biết về bệnh mù màu, giảm thị lực do tuổi tác và các bệnh khác liên quan đến tế bào cảm quang. Họ cũng chứng minh cách các gen hướng dẫn võng mạc của con người tạo ra các tế bào cảm nhận màu sắc cụ thể, một quá trình mà các nhà khoa học cho rằng được kiểm soát bởi hormone tuyến giáp.
Cơ chế cảm biến màu sắc
Bằng cách điều chỉnh các đặc tính tế bào của các chất hữu cơ, nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng một phân tử có tên là axit retinoic xác định liệu hình nón sẽ chuyên cảm nhận ánh sáng đỏ hay xanh lục. Chỉ những người có thị lực bình thường và các loài linh trưởng có quan hệ gần gũi mới phát triển được cảm biến màu đỏ.
Trong nhiều thập kỷ, các nhà khoa học cho rằng các tế bào hình nón màu đỏ được hình thành thông qua cơ chế tung đồng xu, trong đó các tế bào ngẫu nhiên cam kết cảm nhận các bước sóng màu xanh lá cây hoặc đỏ – và nghiên cứu từ nhóm của Johnston gần đây gợi ý rằng quá trình này có thể được kiểm soát bởi nồng độ hormone tuyến giáp. Thay vào đó, nghiên cứu mới cho thấy các tế bào hình nón màu đỏ hình thành thông qua một chuỗi sự kiện cụ thể được điều phối bởi axit retinoic trong mắt.
Cơ quan võng mạc được đánh dấu để hiển thị các tế bào hình nón màu xanh lam ở màu lục lam và các tế bào hình nón màu lục/đỏ có màu xanh lục. Các tế bào được gọi là tế bào que giúp mắt nhìn thấy trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc tối được đánh dấu bằng màu đỏ tươi. Nhà cung cấp hình ảnh: Sarah Hadyniak/Đại học Johns Hopkins
Nhóm nghiên cứu phát hiện ra rằng hàm lượng axit retinoic cao trong quá trình phát triển ban đầu của các chất hữu cơ tương quan với tỷ lệ hình nón xanh cao hơn. Tương tự, nồng độ axit thấp đã thay đổi hướng dẫn di truyền của võng mạc và tạo ra các tế bào hình nón màu đỏ sau này trong quá trình phát triển.
Johnston cho biết: “Có thể vẫn còn một số điều ngẫu nhiên, nhưng phát hiện lớn của chúng tôi là bạn tạo ra axit retinoic sớm trong quá trình phát triển”. “Thời điểm này thực sự quan trọng đối với việc học và hiểu cách thức các tế bào hình nón này được tạo ra.”
Các tế bào hình nón màu xanh lá cây và màu đỏ giống nhau một cách đáng chú ý, ngoại trừ một loại protein gọi là opsin, có chức năng phát hiện ánh sáng và báo cho não biết màu sắc mà mọi người nhìn thấy. Các opsin khác nhau xác định liệu hình nón sẽ trở thành cảm biến màu xanh lá cây hay màu đỏ, mặc dù gen của mỗi cảm biến vẫn giống nhau đến 96%. Với một kỹ thuật đột phá có thể phát hiện ra những khác biệt di truyền tinh tế trong các cơ quan, nhóm nghiên cứu đã theo dõi sự thay đổi tỷ lệ hình nón trong hơn 200 ngày.
Tác giả Sarah Hadyniak, người thực hiện nghiên cứu với tư cách là nghiên cứu sinh tiến sĩ tại phòng thí nghiệm của Johnston và hiện là nghiên cứu sinh tại phòng thí nghiệm của Johnston, cho biết: “Bởi vì chúng tôi có thể kiểm soát số lượng tế bào xanh và đỏ trong các chất hữu cơ nên chúng tôi có thể đẩy nhóm tế bào trở nên xanh hơn hoặc đỏ hơn”. tại Đại học Duke. “Điều đó có ý nghĩa trong việc tìm ra chính xác cách thức axit retinoic tác động lên gen.”
Sự thay đổi và tầm nhìn
Các nhà nghiên cứu cũng lập bản đồ tỷ lệ rất khác nhau của các tế bào này trong võng mạc của 700 người trưởng thành. Hadyniak cho biết tỷ lệ hình nón màu xanh lá cây và màu đỏ thay đổi như thế nào ở người là một trong những phát hiện đáng ngạc nhiên nhất của nghiên cứu mới.
Một phần của võng mạc con người. Các đường chấm chấm mô tả một hình nón màu xanh lá cây riêng lẻ có màu xanh lam và một hình nón màu đỏ có màu hồng. Nhà cung cấp hình ảnh: Sarah Hadyniak/Đại học Johns Hopkins
Các nhà khoa học vẫn chưa hiểu đầy đủ làm thế nào tỷ lệ tế bào hình nón màu xanh lá cây và màu đỏ có thể thay đổi lớn đến vậy mà không ảnh hưởng đến thị lực của con người. Johnston cho biết, nếu những loại tế bào này quyết định độ dài của cánh tay con người thì các tỷ lệ khác nhau sẽ tạo ra chiều dài cánh tay “khác biệt đáng kinh ngạc”.
Để xây dựng sự hiểu biết về các bệnh như thoái hóa điểm vàng, nguyên nhân gây mất tế bào cảm nhận ánh sáng gần trung tâm võng mạc, các nhà nghiên cứu đang hợp tác với các phòng thí nghiệm khác của Johns Hopkins. Mục đích là giúp họ hiểu sâu hơn về cách tế bào hình nón và các tế bào khác liên kết với hệ thần kinh.
Johnston nói: “Hy vọng trong tương lai là có thể giúp đỡ những người gặp vấn đề về thị lực. “Sẽ phải mất một thời gian nữa điều đó mới xảy ra, nhưng chỉ cần biết rằng chúng ta có thể tạo ra những loại tế bào khác nhau này là rất rất hứa hẹn.”
Tham khảo: “Tín hiệu axit Retinoic điều chỉnh đặc điểm không gian và thời gian của các tế bào hình nón màu xanh lá cây và màu đỏ của con người” của Sarah E. Hadyniak, Joanna FD Hagen, Kiara C. Eldred, Boris Brenerman, Katarzyna A. Hussey, Rajiv C. McCoy, Michael EG Sauria, James A . Kuchenbecker, Thomas Reh, Ian Glass, Maureen Neitz, Jay Neitz, James Taylor và Robert J. Johnston Jr, ngày 11 tháng 1 năm 2024, PLOS Sinh học.
DOI: 10.1371/journal.pbio.3002464
Các tác giả khác của Johns Hopkins bao gồm: Kiara C. Eldred, Boris Brenerman, Katarzyna A. Hussey, Joanna FD Hagen, Rajiv C. McCoy, Michael EG Sauria, và James Taylor; cũng như James A. Kuchenbecker, Thomas Reh, Ian Glass, Maureen Neitz, Jay Neitz của Đại học Washington.
