Melanopsin

Melanopsin je fotopigment koji je otkriven u specijalizovanim fotosenzitivnim ganglijskim ćelijama retine i koji je uključen u regulaciju cirkadisjkih ritmova, refleksa zenice i drugih ne-vizualnih odgovora na svetlost. Melanopsin je strukturno opsin. Melanopsin se razlikuje od drugih opsinskih fotopigmenata kičmenjaka. Zapravo, on nalikuje opsinima beskičmenjaka na mnogo načina, ukljućujući i njegove aminkiselinske sekvence i donju signalnu kaskadu. Slično beskičmenjačkim opsinima, melanopsin se čini bistabilnim(ima dva stabilna stanja) fotopigmentom, sa unutrašnjom aktivnosti fotoizomeraze, i signaliranjem preko G proteina iz Gq familije.

Otkriće i funkcija

Melanopsin je prvobitno otkriven 1998 u specijalizovanim ćelijama kože žabe osetljivim na svetlost od strane Dr. Ignacio Provencio i njegovih kolega. 1999 Dr. Russell Foster je pokazao da treća klasa fotoreceptora postoji u očima sisara. 2000, Provencio je pokazao da sisari, uključujući i ljude, takođe proizvode melanopsin i da se on jedino nalazi u neobičnom podtipu retinalnih ganglijskih ćelija, output-nim ćelijama retine. Prvi zapisi o odogovorima na svetlost od strane melanopsinskih ganglijskih ćelija su napravljeni od strane Dr. David Berson i kolega na Brown University. Oni su takođe pokazali da su ovi odgovori postojani i kad farmakološki agensi blokiraju sinaptičku komunikaciju u retini i kada su pojedinačne malnopsinske ganglisjke ćelije izolovane od drugih retinalnih ćelija. Ovi nalazi su pokazali da su melanopsinske ganglijske ćelije unutrašnje fotosenzitivne retinalne gangllijske ćelije (ipRGC). One čine treću klasu fotoreceptora retine sisara, pored već poznatih fotoreceptora čepića i štapića. Dalja istraživanja iz Berson-ove laboratorije su zaključila da melanopsinske ganglijske ćelije pokazuju adaptaciju i na svetlost i na mrak, što znači da ne prilagođavaju svoju osetljivost u skladu sa nedavnom izloženošću svetlosti. U skladu sa ovim one su slične čepićima i štapićima. Dok su čepići i štapići odgovorni za analizu slika, obrazaca, kretanja i boja, brojne studije su pokazale da melanopsinske ganglijske ćelije doprinose raznim refleskivnim odgovorima mozga i organizma na prisustvo (dnevne) svetlosti. Melyan i ostali su u Engleskoj 2005 prijavili prevođenje mišije paraneuralne ćelijske linije (Neuro-2a), koja normalno nije fotosenzitivna, kao fotoreceptivne dodatkom humanog melanopsina. U ovim uslovima melanopsin se ponaša kao senzorni fotopigment, vršeći fiziološku detekciju svetlosti. Fotoodogovor melanopsina je selektivno senzitivan na svetlost kratkih talasnih dužina (apsorpcioni pik ~480nm), dok takođe ima funkciju u regeneraciji unutrašnje fotoizomeraze koja je hromatski promenjena na duže talasne dužine.

Mehanizam

Kada svetlost aktivira siganlni sistem melanopsina, ganglijske ćelije koje sadrže melanopsin ispaljuju nervne impulse, koji se sprovode kroz njihove aksone do specifičnih meta u mozgu. Ove mete uključuju olivarna pretektalna jedra (centar odgovoran za kontrolisanje zenice oka) i preko retinohipotalamičkog trakta suprahijazmatička jedra hipotalamusa (glavni pejsmejker cirkadijskih ritmova). Smatra se da melanopsinske ganglijske ćelije utiču na ove mete tako što oslobađaju iz svojih aksonskih završetaka neurotransimitere glutamat i hipofizni aktivirajući polipeptid adenilat ciklaze (PACAP). Melanopsinske ganglijske ćelije takođe primaju input iz čepića i štapića koji menja ili dodaje inputu ovih puteva. Mutacija gena koji je odgovoran za ekspresiju melanopsina je umešana u rizik za oboljevanje od sezonskog afektivnog poremećaj (SAD)-zimska depresija.

Efekti svetlosnog usklađivanja

Eksperimenti su pokazali da usklađivanje sa svetlošću nije toliko efektivno kao u mišu sa isključenim genom za ekspresiju melanopsina (melanopsin knocout mice), ali miševi bez čepića i štapića i dalje ispoljavaju cirkadijske ritmove. Refleks zenice je takođe zadržan kod miševa sa nedostatkom čepića i štapića ali mu je veoma smanjena senzitivnost identifikovajući kao ključne, inpute iz čepića i štapića. Slepi ljudi koji se usklađuju sa 24-oro časovnim dnevno-noćnim ciklusom imaju oči sa funkcionalnom retinom uključujući delotovorne ne-vizuelne ćelije osetljive na svetlost koje daju svoje signale cirkadijskom satu preko retinohipolamičkog trakta.

Poremećaji kod različitih vrsta

Melanopsin ima veoma sličan obrazac tkivne distribucije među svim do sad proučenim sisarima, uključujući glodare, majmune i ljude. Melanopsin je eksprimiran samo u retini i to samo u 1-2% ganglijskih ćelija. Kod kičmenjaka koji nisu sisari, kao što su ptice, ribe i vodozemci, melanopsin je pronađen samo u nekim od retinalnih ćelija, kao i van retine u strukturama za koje se zna ili pretpostavlja da su direktno fotosenzitivne, kao što su mišić dužice oka, duboki regioni mozga, pinealna žlezda i koža.