Рыбий глаз поможет разобраться в болезнях зрения человека. Океанология.
Американские ученые нашли ген, который может превратить цветное зрение в черно-белое, и наоборот. То есть палочки в колбочки и обратно.
Палочки и колбочки — это специальные клетки сетчатки, преобразующие свет сначала в химические реакции, а потом — в электрический нервный импульс. Их физиологические свойства давно известны: палочки воспринимают мир черно-белым, а колбочки отвечают за цветовое зрение, но ученые до сих пор не знают всех генов, которые определяют развитие тех и других фоторецепторов. Это важно, потому что мутации в этих генах могут вызывать серьезные болезни зрения у человека.
Теперь удалось найти ген, мутация в котором превращает колбочки в палочки.
Разобраться с этим ученым из Университета Флориды (Florida State University) помогла рыбка, которая служит излюбленным модельным объектом биологов. Это аквариумная рыбка данио рерио, или зебровый данио (Danio rerio), в англоязычной литературе известная как zebrafish. Это очень удобный объект для наблюдения за развитием органов в живом организме, так как ее личинка из яйца развивается быстро, при этом она достаточно крупная и прозрачная.
Рыба сложнее человека
Для изучения развития сетчатки данио тоже подходит: как и у большинства рыб, у него цветовое зрение, и сетчатка состоит из мозаики фоторецепторов: палочек и колбочек, как и у человека. Отличие состоит в том, что у данио не три, а четыре типа колбочек, различных по длине поглощаемых световых волн: красные, зеленые, синие и ультрафиолетовые. Еще одно отличие — в том, что каждый тип фоторецепторов рыбы занимает строго определенное место. «Эта мозаика похожа на шахматную доску», — говорит доцент Джеймс Фэдол (James M. Fadool), руководитель исследования. У человека палочки и колбочки тоже образуют мозаику, но не столь четко организованную.
Карен Алварец-Делфин (Karen Alvarez-Delfin), сотрудник факультета биологических наук Университета Флориды (FSU’s Department of Biological Science) изучила развитие сетчатки у личинки данио. Строгое построение рыбьей сетчатки облегчило задачу: в этом случае проще увидеть изменения строения при нарушении работы гена, что и надо было сделать. Исследовательнице удалось найти ген, который определяет, какие именно фоторецепторы будут развиваться из клеток-предшественников в сетчатке. С этим геном tbx2b ученые уже были знакомы, но с другой стороны.
Меняем колбочки на палочки
Чтобы выяснить роль гена в развитии клеток сетчатки, ученые заблокировали его работу в эмбрионе рыбы, используя молекулярно-генетический подход, который часто применяют при работе с данио: ввели антисмысловые олигонуклеотиды, которые делают невозможным синтез белка. В составе гена tbx2b исследователи нашли локус (точечный фрагмент), который назвали «lor» — от «lots of rods», поскольку мутация в этом локусе приводит к тому, что количество ультрафиолетовых колбочек в сетчатке резко падает, а вместо них образуются черно-белые палочки.Ученые считают, что они нашли генетический переключатель дифференцировки клеток-предшественников в палочки и колбочки. Это имеет прямое отношение к болезням зрения у человека, поскольку многие из них связаны с дегенерацией фоторецепторов. Например, при одном типе наследственной дистрофии сетчатки — синдроме ESCS (еnhanced S-cone syndrome) происходит частичное смешение фоторецепторов: в палочках экспрессируются гены, обычно работающие только в колбочках, что приводит человека к слепоте.
Цель биологов — создать на животных модель наследственных болезней зрения человека. «Высокая специализация палочек и колбочек делает их очень уязвимыми к генетическим нарушениям, — подчеркивает Джеймс Фэдол. — Понимание процессов развития фоторецепторов поможет найти новые методы лечения миллионов людей с такими заболеваниями, как пигментная дистрофия сетчатки и дегенерация желтого пятна».