Un article récent publié par une équipe conjointe de chercheurs de Hopkins et de l’Université de Washington à Seattle a utilisé des cellules rétiniennes organoïdes établir que le développement des cellules humaines à cônes rouges et verts est régulé par l’acide rétinoïque. Le document, intitulé La signalisation de l’acide rétinoïque régule la spécification spatio-temporelle des cônes verts et rouges humainsa été publié dans PLOS Biology le 11 janvier 2024.
Les cellules coniques sont l’un des deux principaux types de cellules photoréceptrices situé dans la rétine. Les autres photorécepteurs principaux sont les cellules en bâtonnets. Chez l’homme, il existe trois types de cônes – bleu (également appelé court/S), vert (moyen/M) et rouge (long/L) – chaque cellule possédant des propriétés uniques qui lui permettent de recevoir et de traiter des longueurs d’onde spécifiques de la lumière. . La plupart des mammifères ne font pas la distinction entre les cônes verts et rouges, ce qui a obscurci le mécanisme qui distingue les deux.
Selon le professeur agrégé de biologie et chercheur principal Robert Johnston, l’équipe a initialement supposé que la distinction rouge/vert se produisait de manière aléatoire : comme cela arrive chez certains insectes.
« Lorsque nous avons entamé ce processus, le modèle principal était que ces [red and green cone cells] ont été décidés au hasard. La cellule avançait et disait au hasard : « D’accord, je vais être rouge ou je vais être vert », un peu comme un tirage au sort. Il a fallu beaucoup de travail pour comprendre que ce n’est pas comme ça en soi », a déclaré Johnston dans une interview avec La Newsletter.
Une partie du défi réside dans la similitude remarquable entre les cellules à cônes rouges et verts, dont la seule différence réside dans leur photopigment opsine, OPN1LW (L-opsin) ou OPN1MW (M-opsin), respectivement. De plus, ces séquences protéiques photopigmentaires sont 96 pour cent identique. Cette similitude contraste avec les cônes bleus qui se différencient plus tôt que les cellules rouges/vertes et possèdent des formes et des protéines différentes.
La première étape dans la découverte du mécanisme à l’origine de ce processus a été l’observation faite par Sarah Hadyniak, ancienne doctorante de Hopkins et première auteure. Hadyniak a reconnu qu’il y avait une composante temporelle dans le développement des cellules coniques, les photorécepteurs verts se développant en premier, suivis des photorécepteurs rouges. Basé sur recherches antérieures du laboratoire, l’équipe a supposé que les hormones thyroïdiennes régulaient ce processus. Cependant, l’analyse a prouvé que l’expression de l’hormone thyroïdienne s’est stabilisée avant la différenciation finale des cônes rouges et verts.
« Le timing est un élément clé à cet égard, et ce que Sarah a montré, c’est que pendant le développement, vous obtenez d’abord les cellules des cônes verts, puis les cônes rouges. C’était la première grande observation, car elle a établi que ce n’était pas comme nous le pensions », a déclaré Johnston.
L’étude continue a relié le moment du développement des cônes rouges et verts à la présence d’acide rétinoïque qui a fourni à l’équipe un régulateur pour la différenciation des cônes.
« Il existe ces enzymes qui activent l’acide rétinoïque. Ils s’expriment fortement au moment où les cônes verts sont fabriqués, et ils s’éteignent avec le temps lorsque les cônes rouges apparaissent », a déclaré Johnston. “Nous avons donc pensé : ‘D’accord, si ces activateurs de l’acide rétinoïque sont élevés dès le début, alors peut-être que nous obtiendrons les cônes verts, et s’il y a un faible taux d’acide rétinoïque, nous obtiendrons les cônes rouges.'”
Tout au long du processus, le laboratoire a travaillé avec des organoïdes, des tissus modifiés issus de cellules souches capables de reproduire les structures des tissus naturels. Bien qu’ils ne ressemblent pas à des yeux, les organoïdes possèdent toutes les cellules trouvées dans les yeux humains et se développent sur la même période de 9 mois, ce qui permet un modèle précis du développement humain.
“Les organoïdes reçoivent une grande partie du flash, mais il s’agit vraiment d’un travail formidable réalisé par une grande équipe, et il englobe les différentes stratégies permettant de réfléchir à la biologie humaine”, a souligné Johnston.
En plus de découvrir le mécanisme de l’acide rétinoïque, l’équipe a mené une étude sur les ratios de cônes rouges et verts chez un groupe de 700 adultes ayant une vision normale des couleurs ; ces ratios peuvent aller d’un rouge pour trois verts à 1:17. En raison des gammes de longueurs d’onde qui se chevauchent de ces cellules, l’impact sur la vie quotidienne semble marginal, les systèmes sensoriels permettant une plus grande variation dans l’expression des gènes que les autres systèmes biologiques. Il existe cependant des différences. Par exemple, la couleur attribuée aux balles de tennis peut être perçue comme plus jaune (indiquant plus de cônes rouges) ou plus verte (plus de cônes verts).
En regardant vers l’avenir, Johnston espère continuer à explorer le développement de la rétine, en se concentrant sur les mécanismes qui régulent les hormones thyroïdiennes et l’acide rétinoïque. De plus, il espère que de nouvelles recherches sur les organoïdes éclaireront leur utilisation thérapeutique.
“Nous devons savoir comment les cellules sont fabriquées, et deuxièmement, nous devons savoir si ces organoïdes peuvent fabriquer toutes les cellules et à quel moment ils les produisent, car cela aura un impact si nous voulons effectuer des greffes”, a-t-il déclaré. « L’objectif global de notre laboratoire est de comprendre autant que possible la façon dont la rétine humaine est fabriquée. Je pense juste que c’est un puzzle super cool, comment créer une centaine de types différents de quelque chose ? Nous commençons vraiment à comprendre cela.
2024-02-04 23:19:36
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