Pourquoi les humains peuvent-ils voir des couleurs que les chiens ne peuvent pas voir? De nouvelles recherches expliquent pourquoi.

De nouvelles recherches révèlent comment les rétines humaines, cultivées en laboratoire, démontrent que l'acide rétinoïque, plutôt que les hormones thyroïdiennes, détermine le développement des cellules sensibles aux couleurs cruciales pour la vision humaine. Cette découverte fait avancer notre compréhension de la daltonisme, de la perte de vision et des bases génétiques de la perception des couleurs, offrant des perspectives prometteuses pour de futurs traitements des troubles de la vision.

Les chercheurs ont cultivé des rétines humaines dans un laboratoire, révélant le processus par lequel un dérivé de la vitamine A produit les cellules uniques responsables de la capacité des humains 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 cette caractéristique très spécifique à l'homme", a déclaré l'auteur Robert Johnston, professeur associé de biologie. "C'est une question énorme sur ce qui nous rend humains, ce qui nous rend différents."

Les résultats, publiés dans PLOS Biology, 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 instruisent la rétine humaine pour produire des cellules sensibles aux couleurs spécifiques, un processus que les scientifiques pensaient être contrôlé par les hormones thyroïdiennes.

En modifiant les propriétés cellulaires des organoïdes, l'équipe de recherche a découvert qu'une molécule appelée acide rétinoïque détermine si un cône se spécialise dans la détection de la lumière rouge ou verte. Seuls les humains à vision normale et les primates étroitement apparentés développent le capteur rouge.

Pendant des décennies, les scientifiques pensaient que les cônes rouges se formaient grâce à un mécanisme de pile ou face où les cellules s'engagent au hasard à détecter des longueurs d'ondes vertes ou rouges - et les recherches de l'équipe de Johnston ont récemment laissé entendre que le processus pourrait être contrôlé par les niveaux d'hormones thyroïdiennes. Au lieu de cela, les nouvelles recherches suggèrent que les cônes rouges se concrétisent par une séquence spécifique d'événements orchestrés par l'acide rétinoïque à l'intérieur de l'œil.

Organoïde rétinal marqué pour montrer les cônes bleus en cyan et les 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 corrélés à des ratios plus élevés de cônes verts. De même, de faibles niveaux de l'acide modifiaient les instructions génétiques de la rétine et généraient des cônes rouges plus tard dans le développement.

Il peut encore y avoir une certaine part d'aléatoire, mais notre grande découverte, c'est que vous produisez de l'acide rétinoïque tôt dans le développement", a déclaré Johnston. "Ce timing est vraiment important pour l'apprentissage et la compréhension de la formation de ces cellules coniques."

Les cellules coniques vertes 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 96% identiques. Avec une technique révolutionnaire qui a repéré ces subtiles différences génétiques dans les organoïdes, l'équipe a suivi les variations du ratio de cônes pendant 200 jours.

Parce que nous pouvons contrôler dans les organoïdes la population de cellules vertes et rouges, nous pouvons pousser le groupe à être plus vert ou plus rouge", a déclaré l'auteur Sarah Hadyniak, qui a réalisé la recherche en tant qu'étudiante doctorante dans le laboratoire de Johnston et qui est maintenant à l'Université Duke. "Cela a des implications pour comprendre exactement comment l'acide rétinoïque agit sur les gènes."

Les chercheurs ont également cartographié les ratios très variables de ces cellules dans les rétines de 700 adultes. Voir comment les proportions de cônes verts et rouges changeaient chez les humains a été l'une des découvertes les plus surprenantes des nouvelles recherches, a déclaré Hadyniak.

Une section d'une rétine humaine. Les lignes en pointillés 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 totalement comment le ratio de cônes verts et rouges peut varier autant sans affecter la vision de quelqu'un. Si ces types de cellules déterminaient la longueur d'un bras humain, les différents ratios produiraient des longueurs de bras "étonnamment différentes", a déclaré Johnston.

Pour comprendre des maladies comme la dégénérescence maculaire, qui entraîne une perte de cellules sensibles à la lumière près du centre de la rétine, les chercheurs collaborent avec d'autres laboratoires de Johns Hopkins. L'objectif est de approfondir leur compréhension de la façon dont les cônes et d'autres cellules sont liés au système nerveux.

L'espoir futur est d'aider les personnes atteintes de ces problèmes de vision", a déclaré Johnston. "Il faudra encore un peu de temps avant que cela n'arrive, mais simplement savoir que nous pouvons produire ces différents types de cellules est très prometteur".