Чтобы полностью понять, как световые рецепторы, называемые фоторецепторами, влияют на ранние стадии процесса зрения, исследователи традиционно сосредоточили свое внимание на том, как две ключевые сенсорные клетки – палочки и колбочки – преобразуют элементарные частицы света в электрические сигналы и как эти сигналы передаются в мозг по специальным цепям. Жезлы используются для ночного видения, а колбочки – для дневного и цветового зрения.
Хотя в течение некоторого времени было известно, что электрические сигналы могут передаваться между фоторецепторами через соединители клеток, называемые щелевыми соединениями, природа и функция остаются плохо изученными.
«Это исследование приведет к лучшему пониманию того, как сетчатка обрабатывает сигналы от палочек и колбочек в глазах, в частности, в условиях окружающего освещения, когда активны оба типа фоторецепторов, например, на рассвете и в сумерках. Эти знания в настоящее время отсутствуют и, возможно, должны быть приняты во внимание при разработке фоторецепторов или имплантатов сетчатки для восстановления зрения », – сказал Кристоф П. Рибелайга, доктор философии, со-ведущий автор исследования и доцент и заведующий кафедрой Бернис Вайнгартен отделения офтальмологии и визуальных наук Руиса в Медицинской школе Макговерна в UTHealth.
Со-ведущий автор Стив Мэсси, доктор философии, профессор кафедры Элизабет Морфорд и научный руководитель отделения офтальмологии и визуальных наук Руиса в Медицинской школе Макговерна в UTHealth.
Связь – или связь – между палочками и колбочками в сетчатке имеет решающее значение для понимания того, как работает процесс визуальной сигнализации.
К своему удивлению исследователи обнаружили, что стержни не взаимодействуют напрямую с другими стержнями, а колбочки редко взаимодействуют напрямую с другими колбочками. Вместо этого большая часть сигналов происходит через связь между палочками и колбочками.
Исследователи определили специфический белок под названием коннексин 36 (Сх36) в качестве основного компонента щелевых соединений палочка / колбочка.
«Мы отметили, что каждый стержень имеет электрический доступ к конусу, и что зазоры между конусом и конусом встречаются очень редко», – сказал Мэсси. «По нашим оценкам, более 95% всех щелевых переходов между фоторецепторами представляют собой щелевые переходы стержень / конус; они имеют наибольший объем и наибольшую проводимость. Таким образом, щелевые соединения стержень / конус доминируют в сети фоторецепторов как по размеру, так и по количеству."
Чтобы помочь исследователям лучше понять, как организована сеть фоторецепторов, они разработали генетические линии мышей для работы, которые были выведены для устранения щелевых контактов в палочках или колбочках.
«Наше исследование имеет важные выводы, – сказал Рибелайга. "Наши данные позиционируют щелевые соединения стержень / конус как краеугольный камень фоторецепторной сети. Щелевое соединение стержень / колбочка – это вход стержневого пути, по которому сигналы стержневого происхождения могут проходить через сетчатку. Таким образом, мы получили мышей, которые по существу не способны вступить в этот путь.
В будущих экспериментах мы будем использовать этих животных для определения функциональной важности пути палочка / колбочка в обработке сетчаткой сигналов палочки и для зрения."
В 2018 году исследователи из отдела офтальмологии и визуальных наук Руиса получили гранты на сумму более 4 миллионов долларов от Национального института глаз при Национальном институте здравоохранения на изучение развития, функции и электрических взаимодействий фоторецепторов.
Рибелайга и Мэсси возглавили работу по описанию архитектуры сети электрически связанных рецепторов, что стало важным шагом на пути к лучшему пониманию того, как фоторецепторы кодируют световые сигналы и как сетчатка обрабатывает эти сигналы.