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2024-02-04 20:19:36
ホプキンス大学とシアトルのワシントン大学の研究者の共同チームが発表した最近の論文では、網膜細胞が使用された オルガノイド ヒトの赤錐体細胞と緑錐体細胞の発達が、 レチノイン酸。 というタイトルの論文は、 レチノイン酸シグナル伝達はヒトの緑錐体と赤錐体の時空間的仕様を制御する、2024年1月11日にPLOS Biology誌に掲載されました。
錐体細胞は 2 つの主要なタイプのうちの 1 つです。 光受容細胞 網膜にあります。 他の主要な光受容体は桿体細胞です。 人間には、青 (短/S)、緑 (中/M)、赤 (長/L) の 3 種類の錐体があり、それぞれの細胞が特定の波長の光を受け取り、処理できる独自の特性を備えています。 。 ほとんどの哺乳類には緑の錐体と赤の錐体を区別できないため、両者を区別するメカニズムが不明瞭になっています。
生物学准教授で主任研究員のロバート・ジョンストン氏によると、研究チームは当初、赤と緑の区別はランダムに発生すると考えていたという。 一部の昆虫で起こるように。
「私たちがこのプロセスに入ったとき、主なモデルは次のようなものでした。 [red and green cone cells] ランダムに決定されました。 セルは進行し、ランダムに「よし、私は赤になるか、それとも緑になる」とコイン投げのような感じで言いました。 それ自体がそうではないことを理解するには、多大な努力が必要だった」とジョンストン氏はインタビューで語った。 ニュースレター。
課題の一部は、赤と緑の錐体細胞の驚くべき類似点であり、唯一の違いはそれらの細胞内に見出されます。 オプシン光色素、それぞれ、OPN1LW (L-オプシン) または OPN1MW (M-オプシン)。 さらに、これらの光色素タンパク質配列は、 96% 同一。 この類似性は、赤/緑細胞よりも早い段階で分化し、異なる形状とタンパク質を有する青錐体とは対照的です。
このプロセスの背後にあるメカニズムを発見するための最初のステップは、元ホプキンス大学博士課程の学生で筆頭著者のサラ・ハディニアックによる観察でした。 ハディニアックは、錐体細胞の発達には一時的な要素があり、最初に緑色の光受容体が発達し、次に赤色の光受容体が発達することを認識しました。 に基づく 研究室の事前研究、研究チームは、甲状腺ホルモンがこのプロセスを調節していると仮定しました。 しかし、分析により、甲状腺ホルモンの発現は赤錐体と緑錐体が最終的に分化する前に安定することが証明されました。
「これにはタイミングが重要であり、サラが示したのは、開発中に最初に緑色の錐体セルが得られ、後で赤色の錐体が得られるということです。 これは私たちが考えていたものではないことが証明されたので、これは最初の大きな観察でした」とジョンストン氏は語った。
継続的な研究により、赤と緑の錐体発達のタイミングとレチノイン酸の存在が関連付けられ、これにより研究チームは錐体分化の調節因子を得ることができました。
「レチノイン酸を活性化する酵素があります。 それらは緑の錐体が形成されると同時に高度に発現され、時間が経つと赤い錐体が形成されると消失します」とジョンストン氏は語った。 「そこで私たちは、『よし、これらのレチノイン酸活性化因子が早期に高ければ、緑の錐体が得られるかもしれない。そして、レチノイン酸が低ければ、赤い錐体が得られるだろう』と考えました。」
プロセス全体を通して、研究室はオルガノイド、つまり天然組織の構造を複製できる幹細胞から成長させた人工組織を扱いました。 オルガノイドは目には似ていないかもしれませんが、人間の目にあるすべての細胞を備えており、同じ 9 か月の期間にわたって発達するため、人間の発達の正確なモデルが可能になります。
「オルガノイドは多くの注目を集めていますが、実際、これは素晴らしいチームによる素晴らしい研究であり、人間の生物学について考えるためのさまざまな戦略にまたがるものです」とジョンストン氏は強調した。
レチノイン酸のメカニズムを明らかにすることに加えて、研究チームは正常な色覚を持つ成人 700 人のグループを対象に、赤錐体と緑錐体比の調査を実施しました。 これらの比率は、赤 1 対緑 3 から 1:17 までの範囲になります。 これらの細胞の波長範囲は重複しているため、感覚系は他の生物学的系よりも遺伝子発現の変動が大きく、日常生活への影響はわずかであるように見えます。 ただし、違いもあります。 たとえば、テニス ボールの色は、より黄色 (より赤いコーンが多いことを示す) またはより緑 (より多くの緑色のコーン) として認識される可能性があります。
ジョンストン氏は将来に目を向け、甲状腺ホルモンとレチノイン酸を調節するメカニズムに焦点を当てて、網膜の発達の研究を続けたいと考えている。 さらに、オルガノイドのさらなる研究により、オルガノイドの治療上の使用に関する情報が得られることを期待しています。
「私たちは細胞がどのように作られるのかを知る必要があります。そして2番目に、これらのオルガノイドがすべての細胞を作ることができるかどうか、そしてそれらが何回作られるのかを知る必要があります。それは移植をしたい場合に影響を与えるからです」と彼は言いました。 「私たちの研究室の大きな目標は、人間の網膜がどのように作られるのかをできる限り解明することです。 とてもクールなパズルだと思うのですが、どうやって 100 種類も作ることができるのでしょうか? 私たちはそれを本当に理解し始めています。」
#ホプキンス研究室が錐体細胞発生の背後にあるメカニズムを解明