De nouvelles recherches révèlent comment les rétines humaines, cultivées en laboratoire, démontrent que l’acide rétinoïque, plutôt que les hormones thyroïdiennes, détermine le développement de cellules sensibles à la couleur, cruciales pour la vision humaine. Cette découverte fait progresser notre compréhension du daltonisme, de la perte de vision et des bases génétiques de la façon dont nous voyons la couleur, offrant ainsi des pistes prometteuses pour les futurs traitements des troubles de la vision.
Des chercheurs ont cultivé des rétines humaines en laboratoire, dévoilant le processus par lequel un dérivé de la vitamine A produit les cellules uniques responsables de la capacité humaine à percevoir un vaste spectre de couleurs. Cette capacité visuelle est absente chez les chiens, les chats et divers autres mammifères.
« Ces organoïdes rétiniens nous ont permis pour la première fois d’étudier ce trait très spécifique à l’homme », a déclaré l’auteur Robert Johnston, professeur agrégé de biologie. « C’est une immense question de savoir ce qui nous rend humains, ce qui nous différencie. »
Les résultats, publiés dans Biologie PLOS, améliorent la compréhension du daltonisme, de la perte de vision liée à l’âge et d’autres maladies liées aux cellules photoréceptrices. Ils démontrent également comment les gènes ordonnent à la rétine humaine de fabriquer des cellules spécifiques détectant la couleur, un processus que les scientifiques pensaient contrôlé par les hormones thyroïdiennes.
Mécanisme de détection des couleurs
En modifiant les propriétés cellulaires des organoïdes, l’équipe de recherche a découvert qu’une molécule appelée rétinoïque acide détermine si un cône se spécialisera dans la détection de la lumière rouge ou verte. Seuls les humains ayant une vision normale et les primates étroitement apparentés développent le capteur rouge.
Pendant des décennies, les scientifiques ont pensé que les cônes rouges se formaient grâce à un mécanisme de tirage au sort dans lequel les cellules s’engageaient au hasard à détecter les longueurs d’onde vertes ou rouges. Des recherches menées par l’équipe de Johnston ont récemment laissé entendre que le processus pourrait être contrôlé par les niveaux d’hormones thyroïdiennes. Au lieu de cela, la nouvelle recherche suggère que les cônes rouges se matérialisent à travers une séquence spécifique d’événements orchestrés par l’acide rétinoïque dans l’œil.
Organoïde rétinien marqué pour montrer des cônes bleus en cyan et des cônes verts/rouges en vert. Les cellules appelées bâtonnets qui aident l’œil à voir dans des conditions de faible luminosité ou d’obscurité sont marquées en magenta. Crédit : Sarah Hadyniak/Université Johns Hopkins
L’équipe a découvert que des niveaux élevés d’acide rétinoïque au début du développement des organoïdes étaient en corrélation avec des ratios plus élevés de cônes verts. De même, de faibles niveaux d’acide modifiaient les instructions génétiques de la rétine et généraient des cônes rouges plus tard au cours du développement.
« Il se peut que cela comporte encore une part de hasard, mais notre grande découverte est que l’acide rétinoïque est produit au début du développement », a déclaré Johnston. « Ce timing est vraiment important pour apprendre et comprendre comment ces cellules coniques sont fabriquées. »
Les cellules des cônes verts et rouges sont remarquablement similaires, à l’exception d’une protéine appelée opsine, qui détecte la lumière et indique au cerveau les couleurs que les gens voient. Différentes opsines déterminent si un cône deviendra un capteur vert ou rouge, bien que les gènes de chaque capteur restent identiques à 96 %. Grâce à une technique révolutionnaire qui a repéré ces différences génétiques subtiles dans les organoïdes, l’équipe a suivi les changements du rapport des cônes sur 200 jours.
« Parce que nous pouvons contrôler dans les organoïdes la population de globules verts et rouges, nous pouvons en quelque sorte pousser le pool à être plus vert ou plus rouge », a déclaré l’auteur Sarah Hadyniak, qui a mené la recherche en tant que doctorante dans le laboratoire de Johnston et qui est maintenant à l’Université Duke. « Cela a des implications pour déterminer exactement comment l’acide rétinoïque agit sur les gènes. »
Variabilité et vision
Les chercheurs ont également cartographié les proportions très variables de ces cellules dans la rétine de 700 adultes. Voir comment les proportions des cônes verts et rouges ont changé chez les humains a été l’une des découvertes les plus surprenantes de la nouvelle recherche, a déclaré Hadyniak.
Une coupe d’une rétine humaine. Les lignes pointillées représentent un cône vert individuel en bleu et un cône rouge en rose. Crédit : Sarah Hadyniak/Université Johns Hopkins
Les scientifiques ne comprennent toujours pas vraiment comment le rapport entre les cônes verts et rouges peut varier autant sans affecter la vision d’une personne. Si ces types de cellules déterminaient la longueur d’un bras humain, les différents ratios produiraient des longueurs de bras « incroyablement différentes », a déclaré Johnston.
Pour mieux comprendre des maladies telles que la dégénérescence maculaire, qui provoque la perte de cellules sensibles à la lumière près du centre de la rétine, les chercheurs travaillent avec d’autres laboratoires de Johns Hopkins. L’objectif est d’approfondir leur compréhension de la manière dont les cônes et autres cellules se lient au système nerveux.
« L’espoir pour l’avenir est d’aider les personnes souffrant de ces problèmes de vision », a déclaré Johnston. « Cela va prendre un peu de temps avant que cela se produise, mais le simple fait de savoir que nous pouvons fabriquer ces différents types de cellules est très, très prometteur. »
Parmi les autres auteurs de Johns Hopkins figurent : Kiara C. Eldred, Boris Brenerman, Katarzyna A. Hussey, Joanna FD Hagen, Rajiv C. McCoy, Michael EG Sauria et James Taylor ; ainsi que James A. Kuchenbecker, Thomas Reh, Ian Glass, Maureen Neitz, Jay Neitz du Université de Washington.
