Ганглиозные клетки сетчатки (RGC) — это узкое место, через которое все визуальные впечатления проходят от сетчатки к мозгу. Команда из Института нейробиологии Макса Планка, Калифорнийского университета в Беркли и Гарвардского университета создала молекулярный каталог, который описывает различные типы этих нейронов. Таким образом, отдельные типы RGC могут быть систематически изучены и связаны с конкретным соединением, функцией и поведенческой реакцией.
Когда данио (маленькие рыбки) видят свет, они часто плывут к нему. То же и с добычей, хотя сигналы совершенно другие. А вот хищник побуждает рыбу убегать. Это хорошо, потому что путаница имела бы фатальные последствия. Но как мозгу удается правильно реагировать на визуальный стимул?
Оптические сигналы генерируются фотонами, которые бомбардируют сетчатку глаза. Нейроны сетчатки собирают и обрабатывают эти отпечатки. При этом сетчатка фокусируется на важных деталях: есть ли контраст или цвет? Есть маленькие или большие предметы? Что-то движется? Как только эти детали отфильтрованы, ганглиозные клетки сетчатки (RGC) отправляют их в мозг, где они переводятся в определенное поведение.
Будучи единственным связующим звеном между сетчаткой и мозгом, RGC играют центральную роль в зрительной системе. Мы уже знали, что определенные типы RGC отправляют разные детали в разные области мозга. Однако было неясно, как типы RGC различаются на молекулярном уровне, каковы их соответствующие функции и как они помогают регулировать контекстно-зависимое поведение.
Чтобы начать разгадывать эту загадку, команда под руководством Ивонны Кёльш из лаборатории Хервига Байера проанализировала генетическое разнообразие RGC. Сотрудничая с группами Джошуа Санеса (Гарвардский университет) и Картика Шекхара (Калифорнийский университет в Беркли), они определили транскриптомы, то есть паттерны всех активных генов, в RGC и, таким образом, присвоили каждой клетке свой уникальный молекулярный отпечаток. Вычислительный анализ крупномасштабного набора данных, включающего более 30 000 RGC, выявил не менее 32 различных типов RGC на основе сходства.
Гены, специфичные для типов клеток
В этом новом каталоге типов нейрональных клеток ученые обнаружили гены, которые активны только в определенных типах RGC. С помощью этих генов и целевого редактирования генома они получили генетический доступ к выбранным типам RGC — необходимое условие для изучения их структуры и функций.
Таким образом, у почти прозрачных рыбок данио можно было флуоресцентно маркировать типы RGC и регистрировать, в каких областях мозга заканчиваются их аксональные проекции. Также было возможно определить, какие визуальные детали предпочитает тип RGC. Для этого исследователи показали личинкам рыб различные зрительные стимулы и исследовали, какие из них активируют тот или иной тип клеток. Например, один тип RGC реагировал на свет, но не на симуляцию атакующего хищника.
Что означает для поведения рыб, если этот тип клеток больше не функционирует? Обычно личинки рыб предпочитают яркую среду, в которой они могут воспринимать окружающую среду и легко находить пищу. Когда ученые отключили вышеупомянутый тип клеток, измеряющих условия освещения, рыбы потеряли способность ориентироваться в благоприятной среде — явный признак того, что тип RGC особенно важен для приближения света.
Узкоспециализированные гены
Анализ связывает молекулярно описанный тип RGC с определенной структурой, функцией и поведенческой реакцией. Это также показывает, насколько специализированы отдельные типы RGC — от областей мозга, с которыми они контактируют, до их роли в поведении. Это открытие подтверждает теорию о том, что узкоспециализированные нейронные цепи являются секретом мозга для преобразования различных визуальных стимулов в правильное поведение.
В будущем молекулярный каталог позволит систематически исследовать другие типы RGC. Таким образом, исследование делает решительный шаг вперед в достижении всестороннего понимания функциональной архитектуры визуальной системы.
