У людей крошечная область в центре сетчатки, называемая ямкой, критически важна для просмотра мелких деталей. Плотно упакованный колбочками фоторецепторных клеток, он используется при чтении, вождении и наблюдении за интересующими объектами. У некоторых животных есть похожая особенность в глазах, но исследователи полагали, что среди млекопитающих ямка была уникальна для приматов – до сих пор.
Ученые из Пенсильванского университета сообщают, что у собак тоже есть область сетчатки, которая сильно напоминает ямку человека. Более того, эта область сетчатки восприимчива к генетическим слепым заболеваниям у собак, как и у людей.
"Невероятно, что в 2014 году мы все еще можем сделать анатомическое открытие у вида, за которым мы наблюдали в течение последних 20000 лет, и что, кроме того, это имеет большое клиническое значение для людей," сказал Уильям Белтран, доцент офтальмологии в Школе ветеринарной медицины Пенна и со-ведущий автор исследования с Артуром Сидесияном, профессором офтальмологии в Медицинской школе Перельмана Пенна.
"Совершенно захватывающе иметь возможность исследовать эту очень специализированную и важную часть центрального зрения собаки, которая имеет такое неожиданно сильное сходство с нашей сетчаткой," Cideciyan добавил.
Среди дополнительных соавторов – Карина Э. из Penn Vet. Гузевич, Симоне Ивабе, Эрин М. Скотт, Светлана В. Савина, Гордон Рутель и старший автор Густаво Д. Агирре; Малгожата Свайдер Перельмана, Лингли Чжан, Ричард Зоргер, Александр Сумарока и Сэмюэл Джи. Якобсон; и Франк Стефано из Пенсильванской школы стоматологической медицины.
Статья опубликована в журнале PLOS ONE.
Слово "ямка" происходит от латинского значения "яма," из-за того, что у человека и многих других приматов внутренние слои сетчатки в этой области тонкие, а внешние слои заполнены фоторецепторными клетками колбочек. Считается, что это истончение внутреннего слоя позволяет клеткам фовеального конуса привилегированный доступ к свету.
Известно, что у собак есть так называемая центральная область, область вокруг центра сетчатки с относительным увеличением плотности фоторецепторных клеток колбочек. Но у собак отсутствует образование ямок, которое есть у людей, и до этого исследования считалось, что увеличение плотности фоторецепторных клеток колбочек не приближалось к тому, что наблюдается у приматов. До этого исследования самая высокая зарегистрированная плотность у собак составляла 29000 колбочек на квадратный миллиметр по сравнению с более чем 100000 колбочек на квадратный миллиметр, наблюдаемых в ямках человека и макак.
Оказывается, в предыдущих исследованиях на собаках была упущена крохотная область повышенной плотности клеток. В этом исследовании, исследуя сетчатку глаза собаки с мутацией, которая вызывает заболевание, сходное с формой Х-сцепленной дегенерации сетчатки у людей, исследователи из Пенсильвании заметили истончение слоя сетчатки, содержащего фоторецепторные клетки.
Ориентируясь на эту область, они исследовали сетчатку нормальных собак, используя передовые методы визуализации, включая конфокальную сканирующую лазерную офтальмоскопию, оптическую когерентную томографию и двухфотонную микроскопию. Позволяя ученым визуализировать различные слои сетчатки, эти методы позволили им определить небольшую область максимальной плотности колбочек, а затем оценить количество колбочек путем подсчета клеток в этой уникальной области.
Основываясь на своих наблюдениях, исследователи обнаружили, что плотность колбочек достигала более 120 000 клеток на квадратный миллиметр в никогда ранее не описываемой фовеа-подобной области центральной области – плотность, сравнимая с плотностью ямок приматов.
"В этой области нет настоящего ориентира, как у людей," Агирре сказал, "поэтому открытие такой плотности было неожиданным."
Они также признали, что "сторона выхода" области этой плотной колбочки соответствовали области плотных ганглиозных клеток сетчатки, которые передают сигналы в мозг.
Пациенты с дегенерацией желтого пятна испытывают потерю фоторецепторных клеток – палочек и колбочек, которые обрабатывают свет – в ямке или рядом с ней, что приводит к разрушительной потере центрального зрения.
Чтобы выяснить, затронута ли фовеа-подобная область у собак, исследователи из Пенсильвании использовали те же методы, которые они использовали для изучения нормальных собак, чтобы исследовать животных, у которых были мутации в двух генах (BEST1 и RPGR), которые могут привести к дегенерации желтого пятна у людей.
В обоих случаях начало заболевания повлияло на фовеа-подобную область у собак очень похоже на то, как болезни присутствуют у людей – центральные поражения сетчатки появляются раньше, чем поражения периферической сетчатки.
"Неизвестно, почему ямка подвержена раннему проявлению болезни при определенных наследственных заболеваниях и почему ее удается избежать при других условиях," Cideciyan сказал. "Наши результаты, которые показывают собачий эквивалент генетического заболевания человека, поражающего область сетчатки, имеющую огромное значение для зрения человека, являются очень многообещающими с точки зрения человека. Они могли бы позволить проводить трансляционные исследования, позволяя нам тестировать методы лечения дегенеративных заболеваний фовеаля и желтого пятна человека у собак."
Кроме того, это открытие дает представление о редком заболевании человека, известном как fovea plana, при котором люди имеют нормальную остроту зрения, но не "яма" в их ямке. Другими словами, их ямка напоминает ямку собак, что противоречит ранее существовавшему предположению о том, что отсутствие ткани и кровеносных сосудов, покрывающих ямку, является предпосылкой для высокого разрешения зрения.
Тот факт, что собаки имеют ямковидную область плотных фоторецепторных клеток, также может указывать на то, что собаки видят более остро, чем предполагалось ранее.
"Это дает нам структурную основу для поддержки идеи о том, что у собак может быть более высокая острота зрения, чем было измерено до сих пор," Белтран сказал. "Возможно даже, что некоторые породы имеют особенно высокую плотность клеток и могут использоваться в качестве рабочих собак для определенных задач, требующих высокого уровня функции зрения."
Забегая вперед, исследователи могут сосредоточиться на этой области, похожей на ямку, в исследованиях методов лечения не только Х-сцепленной дегенерации сетчатки и болезни Беста, но и других связанных со зрением проблем, влияющих на макулу и ямку.