211service.com
Slepé myši vidí světlo
Slepé myši vyvinuly rudimentární vidění, když výzkumníci aktivovali určité buňky sítnice pomocí genu běžně se vyskytujícího v řasách. Myši nejenže vnímaly přítomnost světla, ale také reagovaly na pohybující se černobílý vzor, což naznačuje, že dokážou rozlišit předměty určité velikosti.
Podívejte se, jak jezdí: Na vnějším povrchu sítnice této slepé myši chybí tlustá vrstva fotoreceptorových buněk, které by se za normálních okolností jevily jako další pruh modré na pravé straně. U vidící myši jsou to buňky fotoreceptorů, které sdělují zrakovému systému, kdy je přítomno světlo. Místo toho byly bipolární buňky ON této myši – další typ buněk sítnice, zobrazený zeleně – navrženy tak, aby detekovaly světlo a reagovaly na něj pomocí světlocitlivého kanálového proteinu, který se běžně vyskytuje v řasách. Myši ošetřené genem pro tento kanálový protein utekly před jasným světlem a sledovaly pohybující se černobílý vzor, což naznačuje, že měly základní vizuální schopnosti.
Neviděli byste velmi jemné detaily, ale viděli byste nějaké větší objekty, říká Botond Roska , neurobiolog v Institut Friedricha Mieschera pro biomedicínský výzkum , ve Švýcarsku, který výzkum vedl spolu se spolupracovníky na Harvardská lékařská fakulta . Jejich výsledky byly tento týden zveřejněny na internetu Příroda Neuroscience .
Myši použité ve studii mají formu geneticky kontrolované slepoty, při které v sítnici chybí všechny fotoreceptorové buňky. Tento stav, způsobený takovými chorobami, jako je makulární degenerace nebo retinitis pigmentosa, je hlavní příčinou slepoty u lidí. Protože myší fotoreceptorové buňky zcela chyběly, vědci se zaměřili na další vrstvu buněk ve zrakovém okruhu, nazývanou bipolární buňky.
Obvykle bipolární buňky reagují na intenzitu světla. Podskupina nazvaná ON bipolární buňky vystřelí v reakci na světlo, zatímco další podskupina, nazvaná OFF bipolární buňky, se vypne v reakci na světlo. Tyto signály spolupracují, aby řekly mozku o jasu blízkých objektů. U slepých myší ani jeden z těchto typů buněk – které normálně přijímají informace z buněk fotoreceptorů – nedokáže vnímat přítomnost světla.
Roskova skupina se zaměřila na bipolární buňky ON pomocí na světlo citlivého řasového proteinu zvaného channelrhodopsin-2 (ChR2), aby poskytla světelnou citlivost tam, kde dříve žádná nebyla. V podstatě jsme přepracovali fotoreceptory do sítnice, říká Roska.
Protein ChR2 se zabudovává do vnější membrány bipolární buňky ON, kde působí jako světelný kanál. Když je přítomno světlo, kanál se otevře a do buňky se zaplaví kladně nabité ionty. Tento příliv pozitivního náboje aktivuje buňku, spouští uvolňování neurotransmiterů a šíří reakci na další blízké neurony. Čistým efektem je, že puls světla generuje elektrický signál, který prochází okem a nakonec až do mozku.
Trik byl zaměřit se pouze na bipolární buňky. Pokud by OFF bipolární buňky – nebo kterýkoli z mnoha dalších typů buněk sítnice – byly také citlivé na světlo, mozek by v reakci na světlo dostával smíšené signály. Takže před injekcí genu ChR2 do očí myší jej výzkumníci změnili útržkem regulační DNA, na kterou by reagovaly pouze bipolární buňky ON. Tímto způsobem, i když všechny typy buněk sítnice převzaly gen, pouze bipolární buňky ON vytvořily protein ChR2.
Na rozdíl od svých slepých protějšků reagovaly ošetřené myši na jasné světlo tak, že pobíhaly po klecích, jako by se chtěly schovat. A když byly ošetřené myši umístěny na nehybnou plošinu uvnitř rotujícího bubnu s černobílými pruhy, sledovaly pohybující se vzor. Použitím postupně menších pruhů byli vědci schopni odhadnout hranici schopnosti myší rozlišovat detaily – jak se ukázalo, je to asi o polovinu lepší než u normálních myší.
Na tomto dokumentu bylo krásné, že dokázali obnovit funkci chování, která byla velmi, velmi čistá a jasná, říká Ed Boyden , odborný asistent na hl MIT Media Lab , který je průkopníkem využití ChR2 pro bioinženýrství v mozku. Jde o první zlepšení chování, které lidé zaznamenali kvůli použití tohoto genu ve zrakovém systému, říká Boyden, který se na výzkumu nepodílel.
Pokud je technika přizpůsobena k léčbě slepoty u lidí, říká Roska, gen bude pravděpodobně doručen pomocí viru zvaného AAV. Tento virus je běžným nástrojem pro lidskou genovou terapii – nedávno byl použit k poskytnutí léku na extrémně vzácný typ lidské slepoty – a v řadě klinických studií se ukázal jako bezpečný a účinný. Vyladěním jeho obalového proteinu by vědci mohli potenciálně adaptovat AAV tak, aby infikoval pouze ON bipolární buňky, čímž by přidali další vrstvu specifičnosti.
Virové podání by mohlo zesílit účinnost techniky, říká Roska, možná ještě více zlepšit vidění. Zatímco technika použitá k podání genu ve studii na myších ovlivnila pouze asi 10 procent bipolárních buněk ON, AAV může rozšířit dosah genu.
Roska a jeho kolegové plánují v budoucnu řešit i druhou polovinu bipolárního okruhu – OFF bipolární buňky. Nedávno Boyden a další vyvíjeli jakousi sesterskou techniku k ChR2, využívající kanálový protein nazývaný halorhodopsin, který deaktivuje buňky v reakci na světlo. Pokud by byl halorhodopsin exprimován specificky v OFF bipolárních buňkách, mohla by být obnovena i tato složka zrakového okruhu. To by vám dalo jakousi push-pull kontrolu nad získáváním informací do mozku, říká Boyden.
Roskova skupina však stále hledá genový regulátor specifický pro OFF bipolární buňky, aby mohly cílit na halorhodopsin s adekvátní specificitou. I když máme správný nástroj, říká, nemáme správnou adresu.