Retinas cultivadas em laboratório explicam por que as pessoas veem cores que os cães não conseguem

Com retinas humanas cultivadas numa placa de Petri, os investigadores descobriram como uma ramificação da vitamina A gera células especializadas que permitem às pessoas ver milhões de cores, uma capacidade que cães, gatos e outros mamíferos não possuem.

“Esses organoides retinais nos permitiram, pela primeira vez, estudar essa característica específica do ser humano”, disse o autor Robert Johnston, professor associado de biologia. “É uma grande questão sobre o que nos torna humanos, o que nos torna diferentes.”

Leia também: Este ‘mini-cérebro’ é feito de tecido real – e tem um enorme potencial

As descobertas, publicadas na PLOS Biology, aumentam a compreensão do daltonismo, da perda de visão relacionada à idade e de outras doenças ligadas às células fotorreceptoras. Eles também demonstram como os genes instruem as retinas humanas a produzir células sensíveis a cores específicas, um processo que os cientistas pensavam ser controlado pelos hormônios da tireoide.

Ao ajustar as propriedades celulares dos organoides, a equipe de pesquisa descobriu que uma molécula chamada ácido retinóico determina se um cone se especializará em detectar luz vermelha ou verde. Somente humanos com visão normal e primatas intimamente relacionados desenvolvem o sensor vermelho.

Durante décadas, os cientistas pensaram que os cones vermelhos se formavam através de um mecanismo de lançamento de moeda, onde as células se comprometiam aleatoriamente a detectar comprimentos de onda verdes ou vermelhos – e a investigação da equipe de Johnston sugeriu recentemente que o processo poderia ser controlado pelos níveis de hormônios da tireoide. Em vez disso, a nova pesquisa sugere que os cones vermelhos se materializam através de uma sequência específica de eventos orquestrados pelo ácido retinóico no olho.

A equipe descobriu que altos níveis de ácido retinóico no desenvolvimento inicial dos organoides se correlacionavam com proporções mais altas de cones verdes. Da mesma forma, os baixos níveis do ácido alteraram as instruções genéticas da retina e geraram cones vermelhos mais tarde no desenvolvimento.

“Ainda pode haver alguma aleatoriedade nisso, mas nossa grande descoberta é que você produz ácido retinóico no início do desenvolvimento”, disse Johnston. “Este momento é realmente importante para aprender e compreender como essas células cônicas são feitas.”

Os cones verdes e vermelhos são notavelmente semelhantes, exceto por uma proteína chamada opsina, que detecta a luz e informa ao cérebro quais cores as pessoas veem. Diferentes opsinas determinam se um cone se tornará um sensor verde ou vermelho, embora os genes de cada sensor permaneçam 96% idênticos. Com uma técnica inovadora que detectou essas sutis diferenças genéticas nos organoides, a equipe acompanhou as mudanças na proporção dos cones ao longo de 200 dias.

“Como podíamos controlar nos organoides a população de glóbulos verdes e vermelhos, podemos forçar o pool a ficar mais verde ou mais vermelho”, disse a autora Sarah Hadyniak, que conduziu a pesquisa quando era estudante de doutorado no laboratório de Johnston e agora está na Universidade Duke. “Isso tem implicações para descobrir exatamente como o ácido retinóico está agindo nos genes”.

Os pesquisadores também mapearam as proporções amplamente variadas dessas células nas retinas de 700 adultos. Ver como as proporções dos cones verdes e vermelhos mudaram nos humanos foi uma das descobertas mais surpreendentes da nova pesquisa, disse Hadyniak.

Os cientistas ainda não entendem completamente como a proporção de cones verdes e vermelhos pode variar tanto sem afetar a visão de alguém. Se estes tipos de células determinassem o comprimento de um braço humano, as diferentes proporções produziriam comprimentos de braço “incrivelmente diferentes”, disse Johnston.

Para construir a compreensão de doenças como a degeneração macular, que causa a perda de células sensíveis à luz perto do centro da retina, os investigadores estão trabalhando com outros laboratórios da Johns Hopkins. O objetivo é aprofundar a compreensão de como os cones e outras células se ligam ao sistema nervoso.

“A esperança futura é ajudar as pessoas com estes problemas de visão”, disse Johnston. “Vai demorar um pouco até que isso aconteça, mas saber que podemos produzir esses diferentes tipos de células é muito, muito promissor”.

Outros autores da Johns Hopkins incluem Kiara C. Eldred, Boris Brenerman, Katarzyna A. Hussey, Joanna FD Hagen, Rajiv C. McCoy, Michael EG Sauria e James Taylor; bem como James A. Kuchenbecker, Thomas Reh, Ian Glass, Maureen Neitz, Jay Neitz da Universidade de Washington.