«Электростанция клетки» может тайно помогать глазам млекопитающих обрабатывать свет

Чтобы вы могли прочитать эту статью, глаза должны выполнить довольно сложную задачу: свет попадает в роговицу, проходит через зрачок и хрусталик к сетчатке, расположенной сзади, где светочувствительные клетки, такие как колбочки и палочки, передают информацию в мозг посредством электрических сигналов по зрительному нерву.

Теперь, согласно результатам исследования, в этот процесс добавлена новая удивительная линза. В рецепторах колбочек митохондрии - которые, как вы знаете, являются энергетической базой клетки - действуют как маленькие "микролинзы", помогая доставлять фотоны к нервным клеткам. 

"Мы были удивлены этим захватывающим явлением, когда оказалось, что митохондрии имеют двойное назначение", - сказал старший автор исследования, невролог Национального института глаза Вэй Ли, - "их хорошо известная метаболическая роль по производству энергии, а также этот оптический эффект".

Митохондрии - это потрясающие маленькие органеллы. Они выполняют в клетках трудолюбивую работу по выработке большей части химической энергии, необходимой для того, чтобы клетка могла выполнять свои функции. Но если вы помните, как они выглядят на уроках биологии, митохондрии не похожи на структуру, которая может эффективно перенаправлять свет.

Это показалось исследователям особенно странным, поскольку митохондрии расположены в светочувствительном внешнем сегменте колбочек в нашей сетчатке. Это означает, что свет может попадать непосредственно на митохондрии, что потенциально может привести к рассеиванию фотонов в странных направлениях или даже к их поглощению, в результате чего свет вообще перестанет достигать нервных клеток.

"Эти сложные, богатые липидами органеллы также способны влиять на прохождение света в наружный сегмент", - пишут исследователи, возглавляемые ученым Национального института глаза Джоном Боллом.

"Здесь мы показываем с помощью живой визуализации и моделирования, что, несмотря на этот риск рассеивания или поглощения света, эти плотно упакованные митохондрии "фокусируют" свет для проникновения в наружный сегмент и что ремоделирование митохондрий влияет на такую концентрацию света".

В качестве модельного организма исследователи использовали тринадцатилинейную белку (Ictidomys tridecemlineatus). Эти животные не являются ночными, поэтому у них много колбочек для определения цвета и не так много палочек для видения в темноте - по крайней мере, по сравнению со многими другими млекопитающими. Это позволило исследователям рассмотреть изолированный слой колбочек, содержащий живые митохондрии.

К сожалению, белок пришлось умертвить и вскрыть их глаза; вскоре после смерти сетчатку разрезали на части и поместили на предметное стекло микроскопа, удаляя слои, пока не остались только светочувствительные клетки (фоторецепторы).

Это означало, что исследователи могли светить на фоторецепторы, митохондрии которых были еще живы, и таким образом обнаружить этот интересный эффект микролинзирования. 

Хотя колбочковые клетки млекопитающих должны быть довольно похожи, мы пока не можем утверждать, что это точно происходит и в клетках человека - для этого потребуются дополнительные исследования. Но это выглядит многообещающе, а также объясняет одну неизвестную особенность сетчатки млекопитающих.

"Линзоподобная функция митохондрий также может объяснить явление, известное как эффект Стайлза-Кроуфорда", - говорит Болл.

Эффект Стайлса-Кроуфорда - это свойство конусных рецепторов, когда свет, попадающий в центр зрачка, вызывает больший отклик в наших конусных клетках, чем свет, попадающий ближе к краю.

Экспериментально и с помощью компьютерных моделей команда обнаружила, что взаимодействие митохондрий со светом соответствует эффекту Стайлза-Кроуфорда, что означает, что причиной может быть митохондрия.

"Эта "микролинзоподобная" особенность митохондрий колбочки доставляет свет с угловой зависимостью, сходной с эффектом Стайлза-Кроуфорда, что дает простое объяснение этому важному визуальному явлению, которое улучшает разрешение", - пишет команда.

Похоже, что этот энергетический центр клетки подрабатывает тайным помощником нашего зрения".

Работа была опубликована в журнале Science Advances.