Bilim

Evrimin Gözleri: Retina Hücrelerinin Antik Kökenlerini Ortaya Çıkarmak

Evrimin Gözleri: Retina Hücrelerinin Antik Kökenlerini Ortaya Çıkarmak. Çeşitli türlere ait gözleri analiz eden çığır açıcı araştırma, retinal hücre tiplerinin antik kökenlerine ve evrimsel korunmasına ışık tutuyor. Hem türler arası benzerlikleri hem de türe özgü adaptasyonları ortaya koyan bu çalışma, göz hastalıkları araştırmaları ve görme evrimi anlayışımız için önemli bilgiler sunuyor.  Omurgalıların retinal hücre tiplerinin sayısı büyük farklılıklar gösterse de çoğunun ortak bir kökene sahip olduğu görülmektedir . Karthik Shekhar ve meslektaşları, Boston’daki kasaplardan inek ve domuz gözleri toplarken birkaç kaşlarını kaldırdılar, ancak bu gözler (sonuçta insanlar da dahil olmak üzere 17 ayrı türden ) omurgalı retinasının evrimi hakkında bilgi sağlıyor ve daha iyi hayvan modellerine yol açabilir. insan göz hastalıkları için.

Retina, görsel bilgiyi beynin geri kalanına iletmeden önce toplu olarak işleyen, çeşitli hücre türlerini içeren minyatür bir bilgisayardır. Retinadaki birçok hücre tipinin hayvanlar arasında karşılaştırmalı bir analizinde (Shekhar’ın önceki çalışmalarının gösterdiği gibi yalnızca farelerin retinasında 130 hücre tipi vardır) araştırmacılar çoğu hücre tipinin eski bir evrimsel tarihe sahip olduğu sonucuna vardı. Moleküler düzeydeki farklılıklarıyla ayırt edilen bu hücre tipleri, işlevlerine ve görsel dünyamızın oluşumuna nasıl katıldıklarına dair ipuçları veriyor.

Retina Hücrelerinin Antik Kökenleri Türler arasındaki dikkat çekici koruma, yaklaşık 200 milyon yıl önce Dünya’da dolaşan tüm memelilerin son ortak atasının retinasının, modern memelilerin retinasına rakip olacak bir karmaşıklığa sahip olması gerektiğini akla getiriyor. Aslında, bu hücre türlerinden bazılarının 400 milyon yıldan daha uzun bir süre öncesine, tüm omurgalıların, yani memelilerin, sürüngenlerin, kuşların ve çeneli balıkların ortak atalarına kadar izlenebileceğine dair açık ipuçları var.

Fareler ve insanlar gibi omurgalı türlerinin retinası, çeneli omurgalıların kökeninin 400 milyon yıl öncesinden bu yana dikkate değer ölçüde korunmuştur. Bu şema, ON ve OFF “cüce” ​​retinal ganglion hücreleri (MGC’ler) dahil olmak üzere, insan ve farelerin retina hücreleri arasındaki benzerlikleri göstermektedir. Katkıda bulunanlar: Hugo Salais, Metazoa Studio, İspanya Sonuçlar , BRAIN Initiative Cell Census Network’ün yetişkin fare beyninin hücre tipi bir atlasını oluşturma çabalarının en son sonuçlarını bildiren 10 kağıtlık bir paketin parçası olarak 13 Aralık’ta Nature dergisinde yayınlandı . İlk yazar, Berkeley’deki California Üniversitesi’nde Shekhar’ın grubunda kimya ve biyomoleküler mühendislik yüksek lisans öğrencisi olan Joshua Hahn’dır . Çalışma, Harvard Üniversitesi’ndeki Joshua Sanes’in grubuyla eşit bir işbirliğiydi

Omurgalıların Görüşünde Şaşırtıcı Bulgular Bulgular bir sürprizdi çünkü omurgalıların görme yeteneği türden türe çok büyük farklılıklar gösteriyor. Balıkların su altında görmeye ihtiyacı vardır, fareler ve kediler iyi bir gece görüşüne ihtiyaç duyar ve maymunlar ve insanlar, avlanma ve yiyecek arama için çok keskin bir gündüz görüşü geliştirmişlerdir. Bazı hayvanlar canlı renkler görürken, bazıları ise dünyayı siyah beyaz görmekle yetinirler. Ancak araştırmacılar, çok sayıda hücre tipinin bir dizi omurgalı türü arasında paylaşıldığını ve bu türleri tanımlayan gen ekspresyon programlarının büyük olasılıkla çeneli omurgalıların ortak atasına kadar uzandığını öne sürdüğünü belirtti. Ekip, örneğin ince ayrıntıları görme yeteneğimizden sorumlu olan hücre tipinin (cüce) retinal ganglion hücresinin sanıldığı gibi primatlara özgü olmadığını buldu. Araştırmacılar, istatistiksel çıkarım yaklaşımlarını kullanarak büyük ölçekli gen ekspresyonu verilerini analiz ederek, diğer tüm memelilerde cüce hücrelerin evrimsel benzerlerini keşfettiler, ancak bu benzerler çok daha küçük oranlarda meydana geldi.

“Gördüğümüz şey, primatlara özgü olduğu düşünülen bir şeyin açıkça benzersiz olmadığıdır. UC Berkeley’de kimya ve biyomoleküler mühendislik alanında yardımcı doçent olan Shekhar, “Bu, muhtemelen çok eski olan bir hücre tipinin yeniden modellenmiş bir versiyonudur” dedi. “İlk omurgalıların retinası muhtemelen son derece karmaşıktı, ancak parça listesi o zamandan bu yana türeyen tüm türlerde kullanıldı, genişletildi, yeniden tasarlandı veya yenilendi.” Tesadüfen, Shekhar’ın UC Berkeley’deki meslektaşlarından biri olan Optometri Okulu’ndan Teresa Puthussery, geçen ay Nature’da insan gözünde kaybolduğu düşünülen başka bir hücre tipinin (bakış stabilizasyonundan sorumlu bir tür retinal ganglion hücresi) hala orada olduğunu bildirdi . . Puthussery ve meslektaşları, primat retina doku örneklerinde bu hücre tipini tanımlamaya yardımcı olan moleküler belirteçleri seçmek için Shekhar’ın ortak yazdığı önceki bir makaledeki bilgileri kullandılar.

Omurgalı Gözlerindeki Benzerlikler Omurgalıların gözleri de benzer bir plana sahip olduğundan, keşifler bir anlamda sürpriz değil: Işık, sinyali bipolar, yatay ve amakrin hücrelere ileten fotoreseptörler tarafından algılanır ve bunlar da retina ganglion hücrelerine bağlanır. , daha sonra sonuçları beynin görsel korteksine aktarır. Shekhar, retinadan görsel kortekse kadar görsel sistem içindeki binlerce ila onbinlerce nöronun moleküler bileşimini aynı anda analiz etmek için yeni teknolojiler, özellikle de tek hücre genomiği kullanıyor.

Tanımlanan retinal hücre tiplerinin sayısı omurgalılarda büyük farklılıklar gösterdiğinden (Shekhar ve meslektaşlarının daha önceki çalışmalarına göre insanlarda yaklaşık 70, farelerde ise 130) bu farklı hücre tiplerinin kökenleri bir gizemdi. Shekhar, yeni araştırmadan ortaya çıkan olasılıklardan birinin, primat beyni daha karmaşık hale geldikçe primatların göz içindeki sinyal işlemeye (yaklaşan bir avcıya tepki vermek gibi refleks eylemlerin anahtarı olan) daha az güvenmeye başlaması olduğunu söyledi. görsel korteks içindeki analiz hakkında daha fazla bilgi. Bu nedenle insan gözünde moleküler olarak farklı hücre türlerinde belirgin bir azalma vardır.

İnsan Retinasının Evrimi “Çalışmamız, insan retinasının karmaşık görsel hesaplamalar gerçekleştiren hücre türlerini temelde görsel dünyanın nispeten işlenmemiş bir görüntüsünü beyne ileten hücre türleri ile değiştirecek şekilde evrimleşmiş olabileceğini, böylece çok daha karmaşık şeyler yapabileceğimizi söylüyor. öyle,” dedi Shekhar. “İncelik uğruna hızdan vazgeçiyoruz.”

Göz Hastalığı Araştırmalarına Yönelik Etkiler Ekibin çeşitli omurgalı retinalarındaki hücre türlerini gösteren yeni ayrıntılı haritası, insan gözü hastalıklarıyla ilgili araştırmalara yardımcı olabilir. Shekhar’ın grubu aynı zamanda dünyada geri dönüşü olmayan körlüğün önde gelen nedeni olan ve ABD’de maküla dejenerasyonundan sonra körlüğün ikinci en yaygın nedeni olan glokomun moleküler özelliklerini de inceliyor.

Fareler glokom araştırmaları için favori bir model hayvan olmasına rağmen, çok az sayıda cüce retinal ganglion hücre benzerlerine sahiptirler. Bu hücre tipleri farelerdeki tüm ganglion hücrelerinin yalnızca %2 ila %4’ünü oluştururken, insanlarda retina ganglion hücrelerinin %90’ı cüce hücrelerdir. Shekhar, “Bu çalışma klinik açıdan önemlidir çünkü sonuçta cüce hücreler muhtemelen insan glokomunda en çok önemsememiz gereken şeydir” dedi. “Faredeki benzerlerini bilmek, bu glokom fare modellerini biraz daha iyi tasarlamamıza ve yorumlamamıza yardımcı olacağını umuyoruz.”

Retina Araştırmalarında Tek Hücreli Transkriptomik Shekhar ve Sanes, son sekiz yıldır hücrelerdeki mRNA moleküllerinin profilini çıkarmak ve onları gen ekspresyon parmak izlerine göre sınıflandırmak için tek hücreli genomik yaklaşımlar uyguluyorlar. Bu teknik, yavaş yavaş retina içinde giderek daha fazla farklı hücre tipinin tanımlanmasına yardımcı oldu; bunların çoğu, Shekhar’ın Broad Institute’ta tek hücreli genomiğin öncülerinden biri olan Aviv Regev’de doktora sonrası araştırmacı iken başlattığı çalışmalar sayesinde oldu. Shekhar, Shekhar’ın yardımcı danışmanı ve işbirlikçisi olan ünlü retina nörobiyologu Sanes ile laboratuvarında çalışmaya başladı. Mevcut çalışmada, retina hücre tiplerinin evrim boyunca nasıl değiştiğini anlamak için tek hücreli transkriptomik yaklaşımlarını diğer türlere genişletmek istediler. Toplamda 17 türden göz topladılar: insan, iki maymun (makak ve marmoset), dört kemirgen (üç fare türü ve bir yer sincabı), üç toynaklı hayvan (inek, koyun ve domuz), ağaç faresi, opossum, gelincik , tavuk, kertenkele, zebra balığı ve taş balığı.

Sanes’in Harvard’daki ekibinin transkriptomik deneyleri yürütmesi ve Shekhar’ın UC Berkeley’deki ekibinin hesaplamalı analizi yürütmesiyle, türlerin her birinde birçok yeni hücre türü tanımlandı. Daha sonra bu çeşitliliği, erken omurgalılardaki aynı ata hücre tipinden türemiş olması muhtemel hücre tipleri olan daha küçük bir “ortotip” seti ile eşleştirdiler. Fotoreseptörler ve retinal ganglion hücreleri arasında yer alan bir nöron sınıfı olan bipolar hücreler için 14 farklı ortotip buldular. Mevcut türlerin çoğu 13 ila 16 bipolar tip içerir, bu da bu tiplerin çok az evrimleştiğini düşündürür. Buna karşılık, türler arasında daha fazla çeşitlilik gösteren 21 ortotip retina ganglion hücresi buldular. Şu ana kadar yapılan çalışmalarda farelerde 40’tan fazla, insanlarda ise yaklaşık 20 farklı tür tespit edilmiştir.

Evrimsel Ayrışma ve Korunma İlginç bir şekilde, diğer retina sınıflarıyla karşılaştırıldığında, retina ganglion hücre tipleri arasındaki belirgin evrimsel farklılık, doğal seçilimin, retinadan beynin geri kalanına bilgi ileten nöron türlerinin çeşitlendirilmesi üzerinde daha güçlü bir şekilde etki ettiğini göstermektedir. Ayrıca farelerde retina hücre tipi spesifikasyonunda rol oynayan çok sayıda transkripsiyon faktörünün yüksek oranda korunduğunu da buldular; bu da retinanın gelişimine yol açan moleküler adımların da evrimsel olarak korunabileceğini öne sürüyor. Yeni çalışmaya dayanarak Shekhar, glokom araştırmasını farelerde alfa hücreleri adı verilen cüce hücrelerin analogları üzerine yeniden odaklıyor.

İlgili Makaleler

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

Başa dön tuşu