Una nuova ricerca ha scoperto come le retine umane, coltivate in laboratorio, dimostrano che l’acido retinoico, piuttosto che gli ormoni tiroidei, determina lo sviluppo di cellule sensibili ai colori cruciali per la visione umana. Questa scoperta fa avanzare la nostra comprensione del daltonismo, della perdita della vista e delle basi genetiche del modo in cui vediamo i colori, offrendo strade promettenti per futuri trattamenti dei disturbi della vista.
I ricercatori hanno coltivato la retina umana in laboratorio, svelando il processo mediante il quale un derivato della vitamina A produce le cellule uniche responsabili della capacità umana di percepire un vasto spettro di colori. Questa capacità visiva è assente nei cani, nei gatti e in vari altri mammiferi.
Robert Johnston, professore associato di biologia e autore dello studio ha dichiarato: “Questi organoidi retinici ci hanno permesso per la prima volta di studiare un tratto molto specifico dell’uomo”.
I risultati, pubblicati sulla rivista PLOS Biology, hanno aumentato la comprensione del daltonismo, della perdita della vista legata all’età e di altre malattie collegate alle cellule dei fotorecettori. Hanno dimostrato anche come i geni istruiscono la retina umana a produrre specifiche cellule sensibili ai colori, un processo che gli scienziati pensavano fosse controllato dagli ormoni tiroidei.
Meccanismo di rilevamento dei colori
Modificando le proprietà cellulari degli organoidi, il gruppo di ricerca ha scoperto che una molecola chiamata acido retinoico determina se un cono sarà specializzato nel rilevamento della luce rossa o verde. Solo gli esseri umani con vista normale e i primati strettamente imparentati hanno sviluppato il sensore rosso.
Per decenni gli scienziati hanno pensato che i coni rossi si formassero attraverso un meccanismo in cui le cellule si impegnavano a percepire le lunghezze d’onda verdi o rosse, e che il processo poteva essere controllato dai livelli di ormone tiroideo. Invece, la nuova ricerca ha suggerito che i coni rossi si materializzino attraverso una sequenza specifica di eventi orchestrati dall’acido retinoico all’interno dell’occhio.
Il team ha scoperto anche che alti livelli di acido retinoico nello sviluppo iniziale degli organoidi erano correlati a rapporti più elevati di coni verdi. Allo stesso modo, bassi livelli di acido hanno cambiato le istruzioni genetiche della retina e hanno generato coni rossi più avanti nello sviluppo.
Johnston ha spiegato: “Potrebbe esserci ancora un po’ di casualità, ma la nostra grande scoperta è che l’acido retinoico viene prodotto nelle prime fasi dello sviluppo. Questo è davvero importante per apprendere e comprendere come nascono le cellule coniche.”
I coni verdi e rossi sono molto simili, fatta eccezione per una proteina chiamata opsina, che rileva la luce e invia impulsi al cervello. Diverse opsine determinano se un cono diventerà un sensore verde o rosso, sebbene i geni di ciascun sensore rimangano identici al 96%. Con una tecnica innovativa che ha individuato quelle sottili differenze genetiche negli organoidi, il team ha monitorato i cambiamenti nel rapporto dei coni nell’arco di 200 giorni.
L’autrice Sarah Hadyniak che ha condotto la ricerca come studentessa di dottorato nel laboratorio di Johnston e ora è alla Duke University, ha spiegato: “Poiché possiamo controllare negli organoidi la popolazione di globuli verdi e rossi, possiamo in un certo senso spingere il pool a essere più verde o più rosso. Questo ha implicazioni per capire esattamente come l’acido retinoico agisce sui geni”.
I ricercatori hanno anche mappato i rapporti ampiamente variabili di queste cellule nella retina di 700 adulti. Vedere come le proporzioni dei coni verdi e rossi sono cambiate negli esseri umani è stata una delle scoperte più sorprendenti della nuova ricerca, ha detto Hadyniak.
Gli scienziati ancora non comprendono appieno come il rapporto tra coni verdi e rossi possa variare così notevolmente senza influenzare la vista. Se questi tipi di cellule determinassero la lunghezza di un braccio umano, i diversi rapporti produrrebbero lunghezze del braccio “incredibilmente diverse”, ha affermato Johnston.
Per comprendere meglio malattie come la degenerazione maculare, che causa la perdita di cellule fotosensibili vicino al centro della retina, i ricercatori stanno lavorando con altri laboratori della Johns Hopkins. L’obiettivo è approfondire la comprensione di come i coni e le altre cellule si collegano al sistema nervoso.
Johnston ha concluso: “La speranza futura è aiutare le persone con questi problemi di vista. Ci vorrà un po’ di tempo prima che ciò accada, ma il solo fatto di sapere che possiamo creare questi diversi tipi di cellule è molto, molto promettente.”
