Les humains développent une vision nette au début du développement fœtal grâce à une interaction entre un dérivé de la vitamine A et des hormones thyroïdiennes dans la rétine, ont découvert des scientifiques de l'Université Johns Hopkins.
Les résultats pourraient bouleverser des décennies de compréhension conventionnelle de la façon dont l’œil développe des cellules sensibles à la lumière et pourraient éclairer de nouvelles recherches sur les traitements de la dégénérescence maculaire, du glaucome et d’autres troubles de la vision liés à l’âge.
Les détails de l'étude, qui a utilisé du tissu rétinien cultivé en laboratoire, sont publiés aujourd'hui dans Actes de l'Académie nationale des sciences.
« Il s'agit d'une étape clé vers la compréhension du fonctionnement interne du centre de la rétine, une partie essentielle de l'œil et la première à échouer chez les personnes atteintes de dégénérescence maculaire », a déclaré Robert J. Johnston Jr., professeur agrégé de biologie à Johns Hopkins qui a dirigé la recherche. « En comprenant mieux cette région et en développant des organoïdes qui imitent sa fonction, nous espérons un jour cultiver et transplanter ces tissus pour restaurer la vision. »
Ces dernières années, l’équipe a mis au point une nouvelle méthode pour étudier le développement de l’œil à l’aide d’organoïdes, de petits amas de tissus issus de cellules fœtales. En surveillant ces rétines cultivées en laboratoire pendant plusieurs mois, les chercheurs ont découvert les mécanismes cellulaires qui façonnent la fovéole, une région centrale de la rétine responsable d'une vision nette.
Leurs recherches se sont concentrées sur les cellules sensibles à la lumière qui permettent la vision diurne. Ces cellules se transforment en cellules à cônes bleus, verts ou rouges, sensibles à différents types de lumière. Bien que la fovéole ne représente qu’une petite fraction de la rétine, elle représente environ 50 % de la perception visuelle humaine. La fovéole contient des cônes rouges et verts mais pas de cônes bleus, qui sont répartis plus largement dans le reste de la rétine.
Les humains sont uniques en ce sens qu'ils possèdent ces trois types de cônes pour la vision des couleurs, permettant aux humains de voir un large spectre de couleurs relativement rares chez les autres animaux. La façon dont les yeux grandissent avec cette répartition des cellules laisse les scientifiques intrigués depuis des décennies. Les souris, les poissons et d'autres organismes couramment utilisés pour la recherche biologique ne présentent pas cette configuration cellulaire, ce qui rend les cellules photoréceptrices difficiles à étudier, a déclaré Johnston.
L'équipe de Johns Hopkins a conclu que la distribution des cônes dans la fovéole résulte d'un processus coordonné de spécification et de conversion du destin cellulaire au cours du développement précoce. Initialement, un petit nombre de cônes bleus sont présents dans la fovéole entre les semaines 10 et 12. Mais à la semaine 14, ils se transforment en cônes rouges et verts. La structuration se produit au moyen de deux processus, montre la nouvelle étude. Premièrement, une molécule dérivée de la vitamine A appelée acide rétinoïque est décomposée pour limiter la création de cônes bleus. Deuxièmement, les hormones thyroïdiennes encouragent la transformation des cônes bleus en cônes rouges et verts.
Premièrement, l’acide rétinoïque aide à définir le modèle. Ensuite, l’hormone thyroïdienne joue un rôle dans la conversion des cellules restantes. C'est très important parce que si vous avez ces cônes bleus là-dedans, vous ne voyez pas aussi bien. »
Robert J. Johnston Jr., professeur agrégé de biologie, Université Johns Hopkins
Les résultats offrent une perspective différente à la théorie dominante selon laquelle les cônes bleus migrent vers d’autres parties de la rétine au cours du développement. Au lieu de cela, les données suggèrent que ces cellules se convertissent pour obtenir une distribution optimale des cônes dans la fovéole.
« Le modèle principal dans le domaine d'il y a environ 30 ans était que, d'une manière ou d'une autre, les quelques cônes bleus que l'on trouve dans cette région s'écartent, que ces cellules décident de ce qu'elles vont être et qu'elles restent ce type de cellule pour toujours », a déclaré Johnston. « Nous ne pouvons pas encore vraiment exclure cela, mais nos données soutiennent un modèle différent. Ces cellules se convertissent au fil du temps, ce qui est vraiment surprenant. »
Ces découvertes pourraient ouvrir la voie à de nouvelles thérapies pour la perte de vision. Johnston et son équipe travaillent à affiner leurs modèles organoïdes afin de mieux reproduire la fonction de la rétine humaine. Ces progrès pourraient conduire à des photorécepteurs améliorés et à des traitements cellulaires potentiels pour les maladies oculaires telles que la dégénérescence maculaire, qui sont incurables, a déclaré l'auteur Katarzyna Hussey, une ancienne doctorante diplômée du laboratoire de Johnston.
« L'objectif de l'utilisation de cette technologie organoïde est de créer à terme une population de photorécepteurs presque sur mesure. Une grande voie potentielle est la thérapie de remplacement cellulaire pour introduire des cellules saines qui peuvent se réintégrer dans l'œil et potentiellement restaurer cette vision perdue », a déclaré Hussey, qui est maintenant biologiste moléculaire et cellulaire à la société de thérapie cellulaire CiRC Biosciences à Chicago. « Ce sont des expériences à très long terme, et bien sûr, nous devrons procéder à des optimisations pour les études de sécurité et d'efficacité avant de passer à la clinique. Mais c'est un voyage viable. »
