Des chercheurs ont cultivé des rétines humaines en laboratoire pour révéler le processus par lequel un dérivé de la vitamine A crée des cellules uniques qui permettent aux humains de percevoir un vaste spectre de couleurs. Les chiens, chats et autres mammifères ne possèdent pas cette capacité visuelle.

"Ces organismes rétiniens nous permettent d'étudier pour la première fois ce trait très spécifique à l'homme", a déclaré l'auteur Robert Johnston, professeur agrégé de biologie. "C'est une question importante de savoir ce qui nous rend humains et ce qui nous rend uniques."

Les résultats de la recherche, publiés dans « PLOS Biology », approfondissent 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 de vision des couleurs, un processus qui, selon les scientifiques, est contrôlé par les hormones thyroïdiennes.

En ajustant les propriétés cellulaires de l'organisme, l'équipe a découvert qu'une molécule appelée acide rétinoïque détermine si les cônes détectent spécifiquement la lumière rouge ou verte. Seuls les humains et les primates étroitement apparentés ayant une vision normale développent des capteurs rouges.

Pendant des décennies, les scientifiques ont pensé que les cônes rouges se formaient grâce à un mécanisme semblable à un jeu de pièces de monnaie, dans lequel les cellules travaillaient de manière chaotique pour détecter les longueurs d'onde vertes ou rouges - un processus qui, selon des recherches récentes de l'équipe de Johnston, pourrait être contrôlé par les niveaux d'hormones thyroïdiennes. Mais de nouvelles recherches montrent que les cônes rouges se forment grâce à une chaîne spécifique d’événements orchestrés par l’acide rétinoïque présent dans l’œil.

Marquage des organismes rétiniens, cônes bleus en cyan, cônes vert/rouge en vert. Les cellules en bâtonnets, qui aident l’œil à voir dans des conditions de faible luminosité ou d’obscurité, sont mises en évidence en magenta. Source : Sarah Hadyniak/Université Johns Hopkins

L'équipe a découvert qu'au cours du développement précoce d'un organisme, des niveaux plus élevés d'acide rétinoïque étaient associés à une proportion plus élevée de cônes verts. De même, de faibles concentrations d’acide rétinoïque modifient les instructions génétiques de la rétine pour produire des cônes rouges plus tard au cours du développement.

"Il se peut qu'il y ait encore une part de hasard, mais notre grande découverte est que l'acide rétinoïque est produit très tôt dans le développement. Ce timing est vraiment important pour apprendre et comprendre comment ces cônes sont produits", a déclaré Johnston.

Les cônes verts ressemblent beaucoup aux cônes rouges, à l’exception d’une protéine appelée opsine, qui détecte la lumière et indique au cerveau la couleur qu’une personne voit. Différentes opsines déterminent si un cône devient un capteur vert ou rouge, bien que les gènes de chaque capteur soient identiques à 96 %. Grâce à une technique révolutionnaire, l’équipe a découvert ces différences génétiques subtiles dans les organismes et a suivi les changements dans les proportions des cônes sur 200 jours.

"Parce que nous pouvons contrôler le nombre de globules verts et rouges dans un organisme, nous pouvons pousser le pool de cellules à devenir plus vert ou plus rouge, ce qui a des implications importantes pour comprendre comment l'acide rétinoïque agit sur les gènes", a déclaré l'auteur Sarah Hadyniak, doctorante dans le laboratoire de Johnston et maintenant à l'Université Duke.

Les chercheurs ont également cartographié différentes proportions de ces cellules dans la rétine de 700 adultes. Hardiniak a déclaré que voir comment le rapport entre les cônes verts et rouges change chez les humains était l'une des découvertes les plus surprenantes de la nouvelle étude.

Coupes de rétine humaine. La ligne bleue pointillée représente un seul cône vert et la ligne rose représente un seul cône rouge. Crédit photo : Sarah Hadyniak/Université Johns Hopkins

Les scientifiques ne comprennent toujours pas vraiment pourquoi le rapport entre les cônes verts et les cônes rouges peut varier autant sans affecter la vision d'une personne. Si ces cellules déterminent la longueur d'un bras humain, a déclaré Johnston, alors différents ratios produiraient des « différences étonnantes » dans la longueur du bras.

Pour comprendre des maladies comme la dégénérescence maculaire, qui provoque la perte de cellules photoréceptrices près du centre de la rétine, les chercheurs collaborent avec d'autres laboratoires de Johns Hopkins. L’objectif est d’approfondir leur compréhension de la manière dont les cônes et autres cellules communiquent avec le système nerveux.

"L'espoir pour l'avenir est d'aider les gens à résoudre ces problèmes de vision", a déclaré Johnston. "Cela va prendre un certain temps pour y arriver, mais le simple fait de savoir que nous pouvons fabriquer ces différents types de cellules est très, très prometteur."

Source compilée : ScitechDaily