La conservazione evolutiva delle cellule retiniche
Una ricerca rivoluzionaria, che ha analizzato gli occhi di diverse specie, ha messo in luce le origini antiche e la conservazione evolutiva dei tipi di cellule retiniche. Questo studio, rivelando sia somiglianze interspecifiche che adattamenti specifici per specie, offre intuizioni cruciali per la ricerca sulle malattie oculari e la nostra comprensione dell’evoluzione della visione. Sebbene i vertebrati varino ampiamente nel numero di tipi di cellule retiniche, la maggior parte sembra avere un’origine comune.
Karthik Shekhar e i suoi colleghi hanno raccolto occhi di mucca e maiale dai macellai di Boston, ma quegli occhi – alla fine provenienti da 17 specie separate, inclusi gli umani – stanno fornendo intuizioni sull’evoluzione della retina dei vertebrati e potrebbero portare a migliori modelli animali per le malattie oculari umane.
La retina: un mini computer
La retina è un mini computer che contiene diversi tipi di cellule che elaborano collettivamente le informazioni visive prima di trasmetterle al resto del cervello. In un’analisi comparativa tra animali dei molti tipi di cellule nella retina – i soli topi hanno 130 tipi di cellule nella retina, come hanno mostrato studi precedenti di Shekhar – i ricercatori hanno concluso che la maggior parte dei tipi di cellule ha una storia evolutiva antica. Questi tipi di cellule, distinti dalle loro differenze a livello molecolare, forniscono indizi sulle loro funzioni e su come partecipano alla costruzione del nostro mondo visivo.
Le origini antiche delle cellule retiniche
La loro notevole conservazione attraverso le specie suggerisce che la retina dell’ultimo antenato comune di tutti i mammiferi, che vagava sulla Terra circa 200 milioni di anni fa, doveva avere una complessità che rivaleggiava con la retina dei mammiferi moderni. Infatti, ci sono chiari indizi che alcuni di questi tipi di cellule possono essere fatti risalire a più di 400 milioni di anni fa agli antenati comuni di tutti i vertebrati – cioè mammiferi, rettili, uccelli e pesci con mascelle.
Sorprendenti scoperte nella visione dei vertebrati
La visione dei vertebrati varia ampiamente
Le scoperte sono state una sorpresa, poiché la visione dei vertebrati varia così ampiamente da specie a specie. I pesci devono vedere sott’acqua, topi e gatti richiedono una buona visione notturna, e scimmie e umani hanno sviluppato una vista diurna molto nitida per la caccia e la raccolta. Alcuni animali vedono colori vividi, mentre altri si accontentano di vedere il mondo in bianco e nero.
Tuttavia, numerosi tipi di cellule sono condivisi tra una gamma di specie di vertebrati, suggerendo che i programmi di espressione genica che definiscono questi tipi probabilmente risalgono all’antenato comune dei vertebrati con mascelle, hanno concluso i ricercatori.
Le somiglianze negli occhi dei vertebrati
Le scoperte sono, in un certo senso, non una sorpresa totale, poiché gli occhi dei vertebrati hanno un piano simile: la luce viene rilevata dai fotorecettori, che trasmettono il segnale alle cellule bipolari, orizzontali e amacrine, che a loro volta si collegano con le cellule gangliari retiniche, che poi trasmettono i risultati alla corteccia visiva del cervello. Shekhar utilizza nuove tecnologie, in particolare la genomica delle singole cellule, per analizzare la composizione molecolare di migliaia o decine di migliaia di neuroni contemporaneamente all’interno del sistema visivo, dalla retina alla corteccia visiva.
L’evoluzione della retina umana
Il nostro studio sta dicendo che la retina umana potrebbe essersi evoluta per scambiare tipi di cellule che eseguono calcoli visivi sofisticati per tipi di cellule che trasmettono essenzialmente un’immagine relativamente non elaborata del mondo visivo con il cervello in modo che possiamo fare cose molto più sofisticate con quello”, ha detto Shekhar. “Stiamo rinunciando alla velocità per la raffinatezza.”
Implicazioni per la ricerca sulle malattie oculari
La nuova mappa dettagliata dei tipi di cellule in una varietà di retine di vertebrati potrebbe aiutare la ricerca sulle malattie oculari umane. Il gruppo di Shekhar sta anche studiando i segni molecolari del glaucoma, la principale causa di cecità irreversibile nel mondo e, negli Stati Uniti, la seconda causa più comune di cecità dopo la degenerazione maculare.
La trascrittomica delle singole cellule nella ricerca retinica
Shekhar e Sanes, negli ultimi otto anni, hanno applicato approcci genomici delle singole cellule per profilare le molecole di mRNA nelle cellule per categorizzarle secondo le loro impronte digitali di espressione genica. Quella tecnica ha gradualmente aiutato a identificare sempre più tipi di cellule distinti all’interno della retina, molti di loro attraverso studi che Shekhar ha avviato mentre era un ricercatore post-dottorato con Aviv Regev, uno dei pionieri della genomica delle singole cellule, al Broad Institute. Fu nel suo laboratorio che Shekhar iniziò a lavorare con Sanes, un rinomato neurobiologo retinico che divenne il co-consulente e collaboratore di Shekhar.
Divergenza evolutiva e cons
ervazione
Curiosamente, la pronunciata divergenza evolutiva tra i tipi di cellule gangliari retiniche, rispetto ad altre classi retiniche, suggerisce che la selezione naturale agisce più fortemente sulla diversificazione dei tipi di neuroni che trasmettono informazioni dalla retina al resto del cervello.
Hanno anche scoperto che numerosi fattori di trascrizione, che sono stati implicati nella specificazione del tipo di cellula retinica nei topi, sono altamente conservati, suggerendo che anche i passaggi molecolari che portano allo sviluppo della retina potrebbero essere conservati evolutivamente.
Basandosi sul nuovo lavoro, Shekhar sta riorientando la sua ricerca sul glaucoma sugli analoghi delle cellule midget, chiamate cellule alfa, nei topi.
