科学者たちは、ビタミンA誘導体が何百万色ものスペクトルを見る能力の発達に重要な役割を果たしていることを発見し、人間の視覚に関するカラフルな謎を解き明かした。この発見は、色覚の生物学的基盤に光を当てるだけでなく、視覚に関連する疾患の理解にも示唆を与えるものである。
ジョンズ・ホプキンス大学の研究チームは、実験室で培養したヒトの網膜を用いて、ビタミンA由来の分子であるレチノイン酸が網膜の錐体細胞の特殊化に影響を与える過程を明らかにした。これらの細胞は色覚に不可欠であり、人間が赤と緑のどちらの光を感知しているかを決定する。
ジョンズ・ホプキンス大学の生物学准教授で研究チームのメンバーであるロバート・ジョンストンは、「この網膜オルガノイドのおかげで、この非常にヒトに特異的な形質を初めて研究することができました」と今回の発見の意義を強調し、「何がわれわれを人間たらしめているのか、何がわれわれを異質な存在にしているのかという、大きな疑問です」と述べた。
『PLOS Biology』誌に発表されたこの研究は、ヒトの眼における赤色錐体の分化はランダムな出来事であるという長年の信念を覆すものである。以前は、錐体細胞は無秩序に緑か赤の波長を感知すると考えられていた。しかし、今回の研究では、レチノイン酸が赤錐体の発生を特定の順序で制御することが示された。
研究者らは、網膜オルガノイドの初期発生段階において、レチノイン酸の濃度を変化させると、緑錐体と赤錐体の比率が変化することを発見した。レチノイン酸のレベルが高いと緑錐体が多く発生し、低いと発生過程の後半で赤錐体が多く発生した。ジョンストンは、「まだランダム性があるかもしれませんが、我々の大きな発見は、発生初期にレチノイン酸が作られるということです」と明言した。
緑と赤の錐体細胞は驚くほどよく似ており、光を感知して脳に色情報を伝達する役割を担うオプシンタンパク質が主に異なっている。高度な技術によって、研究チームは200日以上にわたってオルガノイドの微妙な遺伝的差異を追跡することができ、緑錐体と赤錐体の細胞の割合が、視力に影響を与えることなく個体間で大きく変化することを明らかにした。
「もし、これらの種類の細胞が人間の腕の長さを決めるとしたら、比率の違いによって『驚くほど違う 』腕の長さが生み出されるでしょう」とジョンストンが例え話で説明するように、このばらつきは科学者を困惑させる。
ジョンストンの研究室で博士課程の学生として研究を行ったサラ・ハディニアックは、「私たちはオルガノイドの中で緑色細胞と赤色細胞の集団をコントロールすることができるので、より緑色に、あるいはより赤色になるようにプールをプッシュすることができるのです。このことは、レチノイン酸が遺伝子にどのように作用しているかを正確に解明することにつながります」と彼らの研究がもたらす潜在的な影響について語った。
この研究は、網膜の中心部で光を感知する細胞が失われる黄斑変性症のような疾患に対する理解を深めることに貢献する可能性がある。研究チームは、ジョンズ・ホプキンスの他の研究室と協力して、錐体や他の細胞が神経系とどのようにつながっているかをさらに研究している。ジョンストンは「将来の希望は、このような視力障害を持つ人々を助けることです。それが実現するまでには、もう少し時間がかかりそうですが、このような異なるタイプの細胞を作ることができると分かっただけでも、非常に有望です」と将来について楽観的な見通しを示した。
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