Меланопсинсодержащие ганглиозные клетки сетчатки

Меланопсин — фотопигмент, один из опсинов, непосредственно участвует в зрительном процессе, регуляции циркадных ритмов; он находится в специализированных фоточувствительных ганглиальных клетках сетчатки глаза, в коже и мозговых тканях живонтных. Этот зрительный пигмент (фотопигмент) был обнаружен в ганглиальных клетках ipRGC сетчатки глаза млекопитающих.[2]

Мелаопсин принимает участие в режиме «сна-бодрствования», супрессии эпифизального мелатонина у человека; участвует в зрачковом рефлексе, в формировании зрительных образов.
[3][4]

Рецепторы меланопсина связаны с индивидуальной чувствительностью к свету, а также с болями от мигрени и др.. [5],[6]

Открытие и функции[править]

Меланопсин был обнаружен в 1998 г. в специализированных светочувствительных клетках кожи лягушек (см. работу en:Ignacio Provencio с сотр. [7] В 1999 г. др. Russell Foster показал, что в глазу млекопитающих что существует третий класс фоторецепторов. В 2000 г. др. Provencio показал, что в тканях млекопитающих, включая человека, также синтезируется меланопсин. Он был найден только в небольшом числе ганглиарных клеток, воспринимающих световой сигнал из сетчатки.

Меланопсин принимает разнообразное участие в процессах формирования ритмов «сон-бодрствование» у человека и животных (крысы).

Меланопсин — представитель опсинов[править]

Когда свет активизирует меланопсин, сигнализирующая система, меланопсин-содержащие клетки нейронной сети тормозят прохождение импульсов, которые проводятся через их аксоны к определенным мозговым зонам.

Эти зоны включают olivary pretectal ядро (OPN) (центр, ответственный за управление зрачков глаза) и, через ретиногипоталамический путь (RHT), в suprachiasmatic ядро hypothalamus — центр циркадных ритмов.

Клетки нервного узла, содержа фотопигмент меланопсин, как полагают, влияет на эти цели, выпуская от их терминалов аксона медиаторы — глутаматную и гипофизарную аденилатциклазу, активизирующая многопептид (PACAP), а также получает вход к палочкам и колбочкам, управляет сигналами клеток входа (ДА,НЕТ) к этим тропам.

Мутация гена, связанного с экспрессией меланопсина, приводит к возникновению т.н. «Сезонного Эмоционального нарушения».[8]

• Рис. 2. Melanopsin-ген. (a) Определена аминокислотная последовательность и предсказана вторичная структура меланопсина. Заштрихованная область указывает трансмембранные области. (b) Филогенетическое дерево, связывающее меланопсин с др. представителями опсинов позвоночных и нехарактерных разновидностей опсинов (L, чувствительных к длинноволновому участку спектра; M1, синяя-подобная — «средневолновой» опсин; M2, зелено-подобная — «среднволновой» опсин; P, шишковидный опсин; Rh, родопсин; S, «коротковолновой опсин», чувствительны все клетки» (цыпленок); VA, позвоночное животное, древнее опсин атлантического лосося. (c) Hydropathy анализ для вторичного предсказания структуры. (Provencio и др. 1998).

Уникальная способность клеток ipRGCs, чтобы ответить на свет, происходит только за счёт выделенного фотопигмента меланопсина (melanopsin). Первоначально клонированный от лягушки кожный melanophores, melanopsin ген (OPN4) имеется orthologs у многих млекопитающих разновидностях, включая мышей, обезьян, и людей (Provencio, Родригес и др. 2000). Анализ гидрофобной последовательности аминокислоты melanospin предсказывает, что 7-трансмембранная структура, обычная во всех Белках-G , которая объединила рецепторы (рис. 2a, 2c) (Provencio, Jiang и др. 1998). Мкланопсин универсален, он больше похож на беспозвоночный rhabdomeric opsins (r-opsins), чем ресничный opsins разновидностей позвоночных (c-opsins), при чём он больше, в качестве меланопсина может сигнализировать о свете посредством различных механизмов, чем используемые позвоночными палочками и колбочками фотопигменты (рис. 2b) (Provencio, Jiang и др. 1998).

Хотя первые исследования ipRGCs настоятельно предложили меланопсин как фотопигмент в клетках, выполняющий роль для группы клеток синего цвета, поглощающего известным flavoproteins, но только пока cryptochromes не мог быть первоначально исключен (Berson 2007). Функцию Cryptochromes в качестве циркадных фотопигментов у беспозвоночных он быстро одобрил их в сфере функционирования у млекопитающих как циркадные фотопигменты (Kavakli и 2002 Sancar; Ван Джелдер, Gibler и др. 2002). Однако, теперь имеется подавляющее доказательство того, что melanopsin является фотопигментом в клетках ipRGCs, и таким образом является истинным циркадным фотопигментом. Когда melanopsin ген был удален при помощи трансгенных методов в мышах (мыши нокаута), то относящиеся к сетчатке глаза клетки нервного узла, помеченные от SCN, больше не могли сигнализировать свет(рис. 3) (Лукас, Hattar и др. 2003). Кроме того, животные, с введенным melanopsin-геном (мутантом) показывают дефициты в многократных визуальных отражениях, типа сжатия зрачка и восприятия света (Панда, Sato и др. 2002; Рубин, Brennan и др. 2002; Лукас, Hattar и др. 2003; Панда, Provencio и др. 2003).

Как дальнейший тест, Турция и. ал использовал множество плоских мультиэлектродов, которые позволяют делать запись extracellularly от множеств клеток нервного узла сетчатки глаза сразу, позволяя изолировать многократные легкие ответы от клеток ipRGCs. Напрмер, клетки сетчатки глаза мышей нокаута от melanopsin не показали никаких свойственных фотоответов от клеток нервного узла (Турция, Zhang и др. 2005). Несмотря на эти доказательства, все еще были споры относительно способности melanopsin функционировать в качестве истинного фотопигмента. Но споры были твердо погашены на примере ряда изящных экспериментов, где посредством melanopsin-гена было показано, что при многократных опытах на разных клетках, которые являются обычно нечувствительными к свету, они сильно отвечали на свет. Это указывает на способность melanopsin функционировать как bonafide фотопигмент (рис. 3) (Melyan, Tarttelin и др. 2005; Панда, Nayak и др. 2005; Qiu, Kumbalasiri и др. 2005).

• Рис. 3. Свидетельство меланопсина — фотопигмента фоторецептора ipRGC. Где:

(a)Трансфекция клеток HEK293 (зеленое крайне левое изображение) с melanopsin (красное среднее изображение, сверхположенные красные и зеленые изображения в далекой правильной группе) делает их фоточувствительными (крайне левый след). Средства управления Untransfected (далекие правильные следы) не показали такого ответа, чтобы осветить в различном intensities.
(b) клетки нервного узла retrolabeled от SCN в мышах с одной копией melanopsin гена (главный след, швабра +/-) имеют здравые свойственные легкие ответы, тогда как помеченные клетки нервного узла от мышей, полностью испытывающих недостаток melanopsin, не показывают никакой свойственной фоточувствительности, чтобы осветить (швабра-/-следоснования). Вставка в ответе показов следа основания, чтобы направить инъекцию потока, показывая помеченные клетки от швабры-/-здоровой мыши. Приспособленная Лукасом и др. 2003 и Qui и др. 2005.

Первые исследования клеток ipRGCs настоятельно определили меланопсин как фотопигмент в этих клетках и их роль для группы синего света, поглощающего известный «flavoproteins», поскольку cryptochromes не мог быть первоначально исключен (Berson 2007). Функция Cryptochromes как циркадные фотопигменты у беспозвоночных и одобрил их функционирование как циркадные фотопигменты, относящиеся к млекопитающим(Kavakli и 2002 Sancar; Ван Джелдер, Gibler и др. 2002). В настоящее время имеющиеся подавляющие свидетельства о том, что melanopsin является фотопигментом в ipRGCs, и, таким образом, истинный циркадный фотопигмент. Когда melanopsin ген удален посредством трансгенных методов в мышах (мыши нокаута), относящиеся к сетчатке глаза ячейки нервного узла, помеченные от SCN, которые не могут сигнализировать свет (Лукас, Hattar и др. 2003). Кроме того, животные с удалённым melanopsin-геном показывают дефициты в многократных визуальных отражениях, типа сжатия зрачка и фотозахвата (Панда, Sato и др. 2002; Рубин, Brennan и др. 2002; Лукас, Hattar и др. 2003; Панда, Provencio и др. 2003). Как дальнейший тест, Турция и. ал использовал множество мультиэлектродов, которые являются множеством плоских электродов, которое позволяет делать запись extracellularly от множеств относящихся к сетчатке глаза клеток нервного узла сразу, изолировать легкие ответы от многократных тестов на фоторецептоах ipRGCs. Сетчатки с клетками melanopsin мышей (нокаута) не показали никаких свойственных фотоответов от клеток нервного узла (Турция, Zhang и др. 2005). Несмотря на эти свидетельства, все еще были сомнения, споры относительно способности melanopsin функционировать в качестве истинного фотопигмента. Однако, они были твердо развеяны рядом изящных, тонких экспериментов, посредством выражения «ген-melanopsinа» в разнообразных типах клеток, которые становятся обычно нечувствительными к свету. Когда было сделано, чтобы выделить melanopsin ген, эти клетки оказались в состоянии сильно ответить на свет, указывая способность melanopsin функционировать как bonafide фотопигмент (см. Иллюстрацию 3) (Melyan, Tarttelin и др. 2005; Панда, Nayak и др. 2005; Qiu, Kumbalasiri и др. 2005).

Свет, зрение и биологические часы[править]

Свет перезагружает биологические часы в соответствии с кривой ответа фазы («СТРОИТЕЛЬСТВО ИЗ СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА») (PRC)en:Phase_response_curve. В зависимости от выбора времени, свет может продвинуть или задержать циркадный ритм. И «СТРОИТЕЛЬСТВО ИЗ СБОРНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА» и необходимая иллюминация изменяются от и до разновидностей, и более низкие легкие уровни освещения обязаны перезагружать часы у ночных грызунах, чем в людях.

Освещение уровней, которые затрагивают циркадный ритм в людях, выше чем уровни, обычно используемые в искусственном освещении в домах. Согласно некоторым исследователям[11]интенсивность освещения, которая взволновала циркадную систему, должна достигнуть до 1000 люксов, падающих на сетчатку.

В дополнении, чтобы осветить интенсивно, длина волны (или цвет) света — важный фактор в захвате биологических часов. Меланопсин — наиболее эффективно возбуждается при свете от синей части спектра согласно некоторым исследователям в диапазоне 420–440 нанометров[12], в то время как другие сообщили диапазоне 470-485 нанометров. Эти синие длины волн присутствуют в фактически всех источниках света, поэтому их устранение требует специальных огней или фильтров, которые кажутся янтарными.

Думается, что подбор света может иметь эффект определения циркадного ритма;[13] легкое освещение сверху, напоминая изображение яркого неба, имеет больший эффект, чем свет, входящий в наши глаза снизу, в виде отражённого.

Согласно исследованию 2010, законченному Исследовательским центром Освещения, дневной свет имеет прямой эффект на циркадные ритмы и, следовательно, на работу и благосостояние. Исследование показало, что, например, студенты, которые испытывают разрушение освещения схем утром, как правило, испытывают разрушение у спящих испытуемых представителей. Изменение у спящих может привести отрицательно в студенческой работе, на которую эот воздействует, что приводит к настороженности. Удаление циркадного света утром задерживает тусклое легкое начало мелатонина на 6 минут в день, в течение в общей сложности 30 минут в течение пяти дней.[14]

Это подтверждает, что меланопсин в фоторецепторах сечатки ipRGC в ганглиозном слое обладает низкой светочувствительностью, что биологически он приспособлен к встрече более сильных УФ лучей, являясь во-первых, фильтром и, самое главное, способен выполнять функции 24 часового циркадного ритма без участия палочек и колбочек, будучи связанным напрямую с мозгом, а также участвовать в подавлении сильных УФ лучей, автоматически, таким образом, участвовать в оппонентном отборе сильных цветовых лучей при цветном зрении и т.д.

В этой связи, последние исследования меланопсина даже на генетическом уровне (см. рис. 2,3) и др. исключают существующие сомнения, предположения о главной функции фотопигмента меланопсина — о его участии в формировании циркадных ритмов и в зрачковом рефлексе и др. — что этот фотопигмент фоторецепторов сетчатки ганглиозного слоя ipRGC — доказанный факт.[Замечание необходимое].

Шаблон:PBB Controls
Шаблон:Eye proteins
Шаблон:G protein-coupled receptors
—>

Примечания[править]