Glaukom i makularna degeneracija izazivaju slepilo kod miliona ljudi svake godine. Stotine gena su uključene u povećanje osetljivosti na bolesti, a takvi geni su često polazne tačke za terapije koje sprečavaju ili preokreću slepilo. Ali nije uvek jasno gde, kada i zašto se ovi geni izražavaju u vizuelnom sistemu.
U kulminaciji više od decenije istraživanja, naučnici sa Harvarda su završili detaljnu analizu koja ne samo da bi mogla da osvetli put ka boljim, ciljanijim genskim terapijama za slepilo, već i da inspiriše novo shvatanje ogromne složenosti ljudskog vida.
Tim, predvođen neurobiologom Džošuom Sanesom, napisao je kompletan katalog od skoro 160 tipova ćelija koji se nalaze u svim strukturama ljudskog oka, kao i inventar gena koje svaki tip ćelije izražava. Oni detaljno navode svoje nalaze, koje nazivaju atlas ćelija ljudskog oka, u časopisu Proceedings of the National Academi of Sciences.
„Naš atlas se može koristiti za procenu koji tipovi ćelija izražavaju bilo koji gen povezan sa bolešću, sugerišući na taj način načine za dizajniranje efikasnih terapijskih strategija“, rekao je Sanes.
Profesor molekularne i ćelijske biologije Jeff C. Tarr i osnivački direktor Harvardovog Centra za nauku o mozgu, Sanes je dugo bio zainteresovan za to kako se složena neuronska kola formiraju u mozgu sisara, posebno u neuralnoj retini, koja oblaže zadnji deo oka i deluje kao kamera, delom kao grafički procesor. Većina nepovratnog slepila je rezultat bolesti mrežnjače. Retina je takođe relativno lak deo mozga za proučavanje jer se nalazi izvan lobanje, „što znači da možete da je proučavate bez bušenja rupa“, rekao je on.
Pre više od 10 godina, Sanes i njegove kolege su počeli da koriste jednoćelijsko RNK sekvenciranje da identifikuju gene koji su eksprimirani u hiljadama ćelija retine odjednom. Tadašnja nova tehnologija, zajedno sa sve snažnijom bioinformatikom, omogućila im je da katalogiziraju ćelije neuralne retine pomoću svojih RNK transkripata, koji su delići jedinstvenih informacija koje postaju čitljive kada se DNK kopira u RNK u svakoj ćeliji.
Zaintrigiran patogenezom slepila, Sanes se okrenuo korišćenju sekvenciranja RNK za analizu ne samo ćelija mrežnjače, već i čitavog ljudskog oka, uključujući okolne strukture kao što su rožnjača, šarenica i optički nerv. Mnoge od ovih struktura su umešane u gubitak vida.
Za novu studiju, tim je analizirao 151.000 pojedinačnih ćelija, uključujući optički nerv, glavu optičkog nerva, skleru i pigmentni epitel retine.
Ukupno su identifikovali skoro 160 tipova ćelija. Neke su specifične za strukture poput sočiva ili mrežnjače, dok druge dele više struktura. Njihova analiza formira plan za saznanje koji tipovi ćelija izražavaju koje gene, i što je najvažnije, gde se geni eksprimiraju.
Kao dokaz, koristili su svoj atlas da mapiraju ekspresiju više od 180 gena povezanih sa glaukomom, koji je vodeći uzrok slepila širom sveta. Glaukom ne obuhvata samo mrežnjaču, već i očna tkiva u prednjem i zadnjem delu oka. Istraživači su otkrili gene povezane sa glaukomom izražene u brojnim tipovima ćelija, uključujući mrežnjaču, trabekularnu mrežu i glavu optičkog nerva, kao i neka mesta koja nisu očekivali, poput pigmentnog epitela retine.
Mapiranje genetskog izraza u ljudskom oku može dati informacije o terapiji slepila, a istovremeno nudi tragove za evoluciju ljudskog vida. U tu svrhu, Sanesova laboratorija je takođe koristila sekvenciranje jedne RNK za kreiranje atlasa neuronskih ćelija primata, glodara, riba, ptica i drugih životinjskih vrsta. Upoređujući tipove ćelija koje se dele među vrstama, istraživači mogu da donesu zaključke o tome kako je evolucija prvenstveno delovala u oblikovanju različitih dizajna mrežnjače.
