Рыбий глаз поможет разобраться в болезнях зрения человека

Изучая развитие сетчатки глаза рыбы, ученые нашли ген, меняющий колбочки на палочки.

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».

Статья опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.