Клеточные типы глаза имеют древнее эволюционное происхождение

Исследование сетчатки 17 видов позвоночных, включая человека, показало, что большинство её клеточных типов имеют древнее эволюционное происхождение. Это указывает на высокую сложность сетчатки общего предка всех млекопитающих, жившего около 200 миллионов лет назад, а некоторые типы клеток могут прослеживаться более чем на 400 миллионов лет — к общему предку всех позвоночных.

Результаты, опубликованные в Nature, стали сюрпризом, учитывая огромное разнообразие зрения у разных видов. Например, рыбы видят под водой, мыши и кошки обладают хорошим ночным зрением, а приматы — острым дневным. Однако множество молекулярно определённых типов клеток оказались общими для разных видов.

Ключевые открытия:

• «Карликовые» ганглиозные клетки, ответственные за остроту зрения у приматов, не уникальны. Их эволюционные аналоги обнаружены у всех других млекопитающих, хотя и в меньшей пропорции (2–4% у мыши против 90% у человека).
• Сетчатка ранних позвоночных, вероятно, была крайне сложной, а её «список деталей» (типы клеток) впоследствии использовался, расширялся и модифицировался у разных видов.
• Эволюция приматов, возможно, шла по пути сокращения числа специализированных клеточных типов в сетчатке в пользу передачи менее обработанного изображения в зрительную кору для более сложного анализа («мы жертвуем скоростью ради тонкости»).

Методология и детали:

Исследование, проведённое группами Картика Шекхара (Калифорнийский университет в Беркли) и Джошуа Санeса (Гарвард), применило одноклеточную транскриптомику для анализа экспрессии генов. Были изучены глаза 17 видов: от человека и обезьян до грызунов, коров, птиц, ящериц, рыб и миноги.

• Для биполярных клеток (нейроны между фоторецепторами и ганглиозными клетками) выявлено 14 эволюционно консервативных «ортотипов». Их состав у современных видов почти не изменился.
• Для ганглиозных клеток (передают сигнал в мозг) найдено 21 ортотип, но они демонстрируют большое разнообразие между видами, что указывает на сильное давление естественного отбора именно на эти передающие нейроны.

Клиническое значение:

Открытие особенно важно для изучения глаукомы — ведущей причины необратимой слепоты.

• Поскольку в человеческой глаукоме страдают в основном «карликовые» клетки, а у мышей — их мало, новые данные помогут лучше интерпретировать эксперименты на мышиных моделях и перенаправить исследования на аналоги этих клеток (альфа-клетки) у грызунов.