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Lo studio scopre che l'indicatore luminoso percepisce le celle per svilupparsi prima della visione

I ricercatori alla scuola di medicina dell'università di Washington a St. Louis hanno trovato che le celle che compongono un sistema senza visualizzazione nell'occhio esistono e funzionanti molto prima che i coni retinici ed i coni che elaborano attaccassero la visione. La scoperta dovrebbe aiutare gli scienziati ad imparare più circa le funzioni senza visualizzazione dell'occhio quale la sincronizzazione dell'orologio interno e circadiano dell'organismo, delle risposte dell'allievo per accendersi e della versione luminoso regolamentata degli ormoni.

I ricercatori riferiscono nell'emissione del 22 dicembre del neurone che nella retina del mouse, celle retiniche intrinsecamente fotosensibili del ganglio (ipRGCs) è attivo e funzionante alla nascita. Quello era sorprendente perché la retina del mouse non si sviluppa completamente finché un mouse non fosse vecchio quasi tre settimane ed i primi bastoncelli non compaiono fino ai circa 10 giorni dopo la nascita.

“Eravamo sgomento trovare che questi fotoricettori stavano infornando i potenziali d'azione il giorno della nascita,„ dice Russell N. Van Gelder, M.D., il Ph.D., professore associato dell'oftalmologia e delle scienze visive e di biologia molecolare e di farmacologia. “I mouse sono molto acerbi quando nascono. Richiede circa tre settimane dopo che la nascita affinchè la retina completamente si sviluppi. Nessuno precedentemente aveva individuato l'infornamento dipendente dalla luce delle cellule in un mouse prima dei 10 giorni.„

Van Gelder dice che le celle del ganglio reagiscono ad indicatore luminoso in due modi, invianti i messaggi alle parti del cervello che gestiscono i ritmi circadiani e (il primo giorno o due di vita) anche provocare un'ondata di attività che si sparge tramite la retina, possibilmente aiutante le celle visive si sviluppa.

Van Gelder e colleghi ha passare gli ultimi anni che imparano come gli animali del capanno mimetico (e la gente) possono indicatore luminoso di senso ed usarlo per collocare i loro orologi circadiani. I ipRGCs in primo luogo sono stati identificati nel 2002 -- da David M. Berson, Ph.D. e colleghi alla Brown University -- come le celle che potrebbero indicatore luminoso di senso anche in occhi visivamente ciechi. Ma era molto difficile e che richiede tempo isolare e studiare le celle, richiedenti l'iniezione precisa di una tintura del tracciato nei cervelli degli animali di contrassegnare ed identificare i ipRGCs.

Quello è cambiato come risultato di un avanzamento tecnico sviluppato da Daniel C. Tu e Donald Zhang, entrambi gli studenti di programma di formazione dello scienziato medico nel laboratorio di Van Gelder e co-primi autori di questo studia. Il Tu e Zhang hanno usato una tecnica di schiera dell'multi-elettrodo in cui gli elettrodi minuscoli e diversi sono collocati circa 200 micron a parte. Ogni elettrodo è i meri 30 micron nella dimensione -- ci sono 25.400 micron per pollice --e 60 elettrodi sono contenuti su una griglia.

“Questo gioco risulta essere perfetto per una retina,„ Van Gelder dice. “Potete eliminare la retina e collocarlo, cella-side del ganglio giù, su questa schiera. Poi gli elettrodi prendono gli impulsi delle celle del ganglio quando quelle celle reagiscono ad indicatore luminoso.„

Considerando che la tecnica originale dell'iniezione del cervello ha permesso i ricercatori studiassero soltanto uno o due ipRGCs al giorno, la schiera dell'multi-elettrodo permette che il gruppo di Van Gelder studi 30 volte che molti. Quegli studi hanno rivelato una popolazione delle cellule che reagisce rapidamente ed accendersi coerente.

“Se date alle celle un le serie di impulsi di indicatore luminoso identici ed esaminate quanto velocemente infornano, la reazione è ogni volta identica,„ Van Gelder dice. “Le celle del ganglio individuano la luminosità e sono estremamente buone. Potreste fare un buon esposimetro per una macchina fotografica da queste celle perché sono coerenti nella loro risposta a luminosità sopra l'equivalente di quasi 10 aperture del diaframma su una macchina fotografica. Quello è completamente differente dai coni retinici e dai coni nella retina. Quelle celle visive non possono individuare molto bene la luminosità. Individuano il contrasto, la sensibilità ed il moto.„

Studiando queste popolazioni dei ipRGCs, Van Gelder egualmente ha trovato le celle per richiedere una proteina chiamata melanopsin di percepire e reagire agli impulsi di indicatore luminoso. Quando il gruppo ha esaminato le retine dei mouse che geneticamente sono stati costruiti per mancare del melanopsin, hanno trovato che le celle del ganglio hanno perso tutta la sensibilità ad indicatore luminoso.

La capacità di studiare molte di queste celle immediatamente ha permesso che il gruppo di Van Gelder imparasse che ci fossero tre popolazioni distinte dei ipRGCs ed ogni tipo delle cellule reagisce per accendersi diversamente. Un certo incendio quando un indicatore luminoso accende ma cattura rapidamente più lungamente per smettere di infornare quando esce. Altre celle richiedono un attimo per arrampicarsi la loro risposta ma d'altra parte rapidamente per smettere di infornare quando l'area ottiene il buio. Un terzo tipo delle cellule è lento accendere una volta esposto per accendersi e richiede il suo tempo che interrompe nell'oscurità.

Inoltre, le celle tendono a reagire ad indicatore luminoso nei gruppi. Elettricamente, alcune delle celle lavorano quasi come un coro, inviante parecchie “armonie„ sincronizzate al cervello come componente di una grande “canzone„ che risponde agli impulsi leggeri.

“Potevamo individuare circa 20 per cento delle celle del ganglio siamo stati accoppiati ad altre celle del ganglio,„ dice. “Che è probabilmente un preventivo basso perché se avessimo una griglia più fine e potessimo registrare le attività di celle più diverse, potremmo trovare bene più interazioni.„

Van Gelder crede che l'attività iniziale e le interazioni dei ipRGCs possano migliorare in qualche modo la sopravvivenza aiutando gli animali individuino l'indicatore luminoso e collochino i loro orologi circadiani prima dello sviluppo della visione. E dice perché le retine tendono ad essere molto simili nella maggior parte dei mammiferi, celle umane del ganglio anche può svilupparsi e cominciare a funzionare più presto dei coni retinici e dei coni.

Sebbene l'indicatore luminoso di senso dei ipRGCs in mouse ed in esseri umani, essi non connetta alla corteccia visiva del cervello. Invece, inviano i segnali alle parti più profonde e più antiche del cervello, quale l'ipotalamo, da cui aggettano alle regioni del cervello che gestiscono l'orologio circadiano come pure la risposta dell'allievo ad indicatore luminoso.

“La tecnica di schiera dell'multi-elettrodo che Dan Tu e Don Zhang hanno introdotto in questo campo dovrebbe aiutarci ad imparare molto più circa come queste celle retiniche del ganglio influenzano tutti i tipi di funzioni senza visualizzazione e rinforzano il fatto che l'occhio è responsabile più appena della visione,„ Van Gelder dice.