ریتم شبکیه

ریتم شبکیه: چگونه امواج کلسیم چشم‌ها را شکل می‌دهند
(The Retina’s Rhythm: Calcium Waves Facilitate the Emergence of Sight)

خلاصه
چشم‌های مرکب حشرات، مثل مگس میوه، به شکلی بی‌نظیر از هزاران واحد چشمی کوچک تشکیل شده‌اند که همگی دقیقاً در شبکه‌ای شش‌ضلعی مرتب شده‌اند. تازه‌ترین تحقیقات نشان می‌دهند که امواج خودجوش کلسیم، مثل موج‌های کوچک انرژی که درون سلول‌ها حرکت می‌کنند، این شبکه را شکل می‌دهند و هر واحد چشم را به هندسه‌ای کامل و دقیق تبدیل می‌کنند. این یافته نه تنها بینایی حشرات را بهتر توضیح می‌دهد، بلکه ممکن است سرنخ‌هایی درباره‌ی چگونگی شکل‌گیری چشم مهره‌داران و تأثیر امواج کلسیم بر رفتار بینایی ارائه دهد.

چشم‌های مرکب، که در اکثر حشرات و سخت‌پوستان دیده می‌شوند، مثل یک شبکه‌ی کوچک و دقیق از هزاران واحد چشمی عمل می‌کنند. هر واحد چشم کوچک، یا اوماتیدیا (ommatidium)، یک چشم کوچک مستقل است و وقتی همه‌ی این واحدها کنار هم قرار می‌گیرند، چشم مرکب بزرگ و پیچیده‌ای را می‌سازند. کیفیت بینایی و دقت دید این چشم‌ها به عوامل متعددی بستگی دارد: تعداد واحدهای چشمی، فاصله‌ی آن‌ها از یکدیگر، و همچنین چیدمان دقیق سلول‌های عصبی و غیرعصبی درون و بین این واحدها (1).

اگرچه ما می‌دانیم که هر سلول چگونه هویت خود را پیدا می‌کند، هنوز به‌طور کامل مشخص نیست که چگونه هر سلول به جای درست خود می‌رسد و شکل نهایی خود را می‌گیرد. در تازه‌ترین پژوهشی که در این شماره منتشر شده، چوی و همکاران (2) نشان می‌دهند که در طول مرحله شفیره‌ای مگس میوه (Drosophila melanogaster)، امواج خودجوش کلسیم نقش اصلی در شکل‌گیری شبکه‌ی شش‌ضلعی دقیق هر اوماتیدیا و نظم کل شبکیه دارند.

هر چشم مگس میوه حدود ۷۵۰ واحد دارد و هر واحد شامل هشت نورگیر عصبی است که نور را حس می‌کنند. بالای این نورگیرها، چهار سلول مخروطی غیرعصبی و دو سلول رنگ‌دانه‌ای اولیه قرار دارند که مثل یک قاب، پسوکون (حفره‌ی پر از مایع برای تمرکز نور) و لنز را در بر می‌گیرند. این هسته‌ی اوماتیدیا توسط غلافی از سلول‌های رنگ‌دانه ثانویه و ثالثیه و موهای حسگر مکانیکی احاطه شده است (3). این سلول‌های پوشاننده، هر واحد چشم را از دیگری جدا می‌کنند و همانند لانه‌زنبوری، الگوی شبکه‌ی اوماتیدیا را می‌سازند.

این الگوی شش‌ضلعی دقیق در مراحل اولیه شفیره شکل می‌گیرد، زمانی که سیگنال‌هایی از سلول‌های مخروطی منتشر می‌شوند و گیرنده‌های فاکتور رشد اپیدرمی (EGFR) و مسیر notch را فعال می‌کنند. این سیگنال‌ها باعث می‌شوند سلول‌های رنگ‌دانه اولیه، ثانویه و ثالثیه به ترتیب و مرحله به مرحله تعیین سرنوشت شوند (4). سلول‌های اضافی میان واحدها از بین می‌روند و سلول‌های باقی‌مانده دستخوش تغییر شکل و بازچینی می‌شوند تا شبکه‌ی شش‌ضلعی کامل شکل گیرد.

تمام این تغییرات توسط یک شبکه‌ی تنظیم ژنی کنترل می‌شوند که شامل فاکتورهای رونویسی، مسیرهای سیگنالینگ و مولکول‌های چسبندگی سلولی است (6).

چوی و همکاران نشان می‌دهند که امواج خودجوش کلسیم تضمین می‌کنند هر واحد چشم دقیقاً شش‌ضلعی شود. وقتی سلول‌های مخروطی و رنگ‌دانه‌ای در حال نهایی شدن هستند، فعال شدن گیرنده‌ی تیروزین کیناز Cad96Ca باعث آزادسازی کلسیم در یک سلول مخروطی می‌شود. این انفجار کوچک کلسیم به موجی کوچک تبدیل می‌شود و به سلول‌های غیرعصبی دیگر نیز منتقل می‌گردد. سپس امواج کلسیم به سلول‌های اوماتیدیاهای مجاور نیز گسترش می‌یابند.

انتشار این امواج توسط پروتئین‌های innexin که کانال‌های اتصالی بین سلول‌ها را کنترل می‌کنند، انجام می‌شود. این امواج باعث بازسازی شکل سلول‌های رنگ‌دانه ثانویه و ثالثیه با کمک مایوزین II (یک موتور مولکولی که با رشته‌های اکتین کار می‌کند) می‌شوند و در نهایت شکل شش‌ضلعی کامل هر واحد چشم را مشخص می‌کنند.

نکته مهم این است که امواج کلسیم نوع سلول‌ها یا چیدمان اولیه‌ی رنگ‌دانه‌ها را تعیین نمی‌کنند؛ بلکه وظیفه‌ی آن‌ها اصلاح و نهایی کردن شکل سلول‌ها است.

یک نکته جالب دیگر: همه‌ی اوماتیدیاها یک اندازه نیستند. اوماتیدیاهای شکمی بزرگ‌ترند تا حساسیت نور در محیط کم‌نور افزایش یابد و مگس بتواند اشیاء را زیر افق دید خود شناسایی کند. چوی و همکاران نشان دادند که امواج کلسیم در این اوماتیدیاهای بزرگ‌تر نیز به گونه‌ای تنظیم می‌شوند که حتی با تغییر اندازه، شکل شش‌ضلعی دقیق حفظ شود.

این یافته‌ها با مطالعه‌ای قبلی مطابقت دارند که نشان داده بود امواج کلسیم برای ایجاد انحنای کلی چشم نیز ضروری هستند. در آن مطالعه، امواج باعث انقباض رشته‌های استرس اکتین در پایه‌ی سلول‌ها می‌شدند و یک ورقه‌ی صاف سلولی را به چشم محدب تبدیل می‌کردند.

بین دو مطالعه تفاوت‌های مهمی وجود دارد:

• امواج اولیه چوی و همکاران در مراحل اولیه شفیره اتفاق می‌افتند، در حالی که امواج مربوط به انحنای چشم در مراحل پایانی شفیره و تا چند روز پس از بالغ شدن ادامه دارند.

• امواج اولیه از سلول‌های مخروطی شروع و از طریق شبکه رنگ‌دانه‌ای گسترش می‌یابند، اما امواج بعدی از سلول‌های بین اوماتیدیا آغاز و بدون دخالت سلول‌های مخروطی پخش می‌شوند.

جالب است بدانید که در شبکیه مهره‌داران نیز امواج خودجوش وجود دارد. این امواج عمدتاً انفجارهای پتانسیل عمل در سلول‌های گانگلیونی، آماکرین و دو قطبی هستند و برای سازماندهی اتصالات بین شبکیه و مغز حیاتی‌اند.

علاوه بر این، امواج کلسیم مشابه در سلول‌های Müller غیرعصبی در شبکیه موش و رت دیده شده‌اند و ممکن است فعالیت نورون‌های مجاور را تغییر دهند. هنوز مشخص نیست که این امواج در تنظیم دقیق ساختار شبکیه مهره‌داران نقش دارند یا نه، اما با توجه به شباهت ساختاری شبکیه حشرات و مهره‌داران، احتمال دارد که این امواج چیدمان سلول‌ها را مشابه مگس شکل دهند.

در نهایت، واضح است که سیگنالینگ کلسیم یک ویژگی بنیادی سلول‌های غیرعصبی در شبکیه‌های بی‌مهره و مهره‌دار است و ممکن است کلید درک بهتر عملکرد بینایی و رفتار بصری باشد.