鸡可以阐明人类如何发展出日光的强烈视觉

人类属于精选的物种俱乐部，由于眼睛后部视网膜中央有一个小斑点，因此在白天可以享受清晰的色觉。其他俱乐部成员包括猴子和猿，各种鱼类和爬行动物，以及许多鸟类，它们必须在远方匆匆吃晚餐或啄食小种子。

不太清楚的是什么控制了高敏度斑点的形成，被称为人类中央凹。哈佛医学院的研究人员现在通过研究一个不寻常的模型：鸡来提供对这个令人困惑的问题的第一次见解。

HMS的遗传学和神经科学Bullard教授Connie Cepko和Cepko实验室的博士后人员Susana da Silva发现，小鸡高敏度区域的形成需要抑制视黄酸，维生素A的衍生物已知可以起作用胚胎发育中的许多重要作用。

除了加深我们对人类如何获得敏感的日间视觉的理解之外，6月22日在发育细胞中报道的研究结果可以帮助再生医学研究人员模拟健康的人类眼睛。

如果这些发现适用于人类，那么这项工作有朝一日也可能提供有关如何对抗黄斑变性的线索，黄斑变性是50岁及以上人群视力丧失的主要原因。黄斑是视网膜中发现中央凹的部分。

“我认为重要的是要了解你如何在视网膜上建立这个专门的区域，这个区域负责你白天做的任何重大活动，比如阅读，驾驶，识别面部和使用手机，”达席尔瓦说。“如果人们能够利用我们从这个基本发育问题中学到的东西来治疗影响视网膜的疾病，那也将是令人兴奋的。”

大多数人类视网膜 - 眼睛的光敏部分，将光转化为神经信号并将它们传递到大脑 - 内衬杆状细胞，这使我们能够在昏暗的光线下看得很清楚。然而，中央凹几乎完全由锥形细胞组成，它对颜色和强光有反应。

二十年前，Cepko实验室的一位研究人员发现，鸡也有无杆区。

虽然现在还不清楚鸡的高敏感区域与我们的接触程度有多紧密，但Cepko认为它是开始提问的好地方 - 特别是因为科学家通常收集的哺乳动物模型生物，包括老鼠，大鼠，兔子和豚鼠，什么都不像中央凹。

在对鸡胚进行的新研究中，Cepko和da Silva发现无杆区中细胞的复杂模式是由于维甲酸的下降而形成的，这种视黄酸仅在视网膜的那个区域发生，并且在发育过程中只发生短暂的一段时间。 。

是什么刺激了下降?进一步探讨，研究人员发现，答案在于产生的酶和破坏视黄酸的酶之间的平衡发生变化。

称为视黄醛脱氢酶或Raldhs的酶通常在视网膜中产生视黄酸。但是Cepko和da Silva发现，当锥体和神经节细胞形成时，Cyp26a1和Cyp26c1酶的水平激增，比Raldhs产生的更快地分解维甲酸。

研究人员发现，当视黄酸水平下降时，一种名为成纤维细胞生长因子8或Fgf8的蛋白质繁盛。Fgf8是胚胎发育中的另一种众所周知的分子，通常与视黄酸一起刺激和模式细胞生长。

一旦他们的工作完成，Cyp26a1和Cyp26c1酶消失，让Raldhs补充无杆区域的视黄酸。

Cepko和da Silva在人类视网膜组织中看到了Raldhs和Cyp26a1相似的表达模式，这表明人类会发生类似的情况。

“这是我们发现这个区域形成的第一个机制，”Cepko说。“我们不知道它会在哪里领先，但它非常令人兴奋。”

干细胞研究人员在构建模仿人眼的所谓类器官方面取得了显着进展，因此他们可以研究人类健康和疾病。但他们遇到的问题是新研究可能有助于他们解决。

“人们可以从干细胞中长出这些令人难以置信的小眼睛，但到目前为止还没有人能够形成中央凹，”Cepko说，他也是马萨诸塞州眼睛和耳朵的HMS眼科教授。

她认为可能会出现麻烦，因为研究人员将维甲酸添加到细胞培养物中。“我们建议在适当的时候去除维甲酸，加入Fgf8或以其他方式操纵这两种分子可能会让它们产生中央凹，”她说。

这项研究也有可能为调查黄斑为何容易发生疾病提供基础，从而可能导致新的治疗方法。“黄斑变性是人口老龄化的一个主要问题，我们不明白为什么这个地区很脆弱，”Cepko说。

但是，Cepko和da Silva主要是由于回答关于视网膜的问题的兴奋，学习人类发展和探索物种之间的进化关系。

“现在我们有了可以检查的分子，我们可以提出很酷的自然历史问题，”Cepko说，他和达席尔瓦一起计划研究每只眼睛有两个中央凹的蜥蜴和鸟类。

“我们也可以提出这样的问题：'每个具有高敏锐度的物种都使用相同的机制吗?'”Cepko说。“如果是这样，我们可能会从共同的祖先那里继承它。”