Melanopsin: buňky v oku, které nevidí obraz, ale hlídají vnitřní hodiny

Kolik druhů buněk citlivých na světlo máš v oku? Většina z nás si ze školy pamatuje dva: tyčinky na šero a čípky na barvy. Jenže od roku 2000 se ví o třetím hráči. Obraz nevidí vůbec, a přesto hlásí mozku, jestli je den, nebo noc. Je to malá skupina buněk sítnice s barvivem jménem melanopsin. A právě tenhle tichý hlídač je důvod, proč pobyt ve tmě není jen „nic nevidět“.

Příběh jeho objevu je hezká detektivka o třech dějstvích. Pojďme na to.

Rok 2000: melanopsin, bílkovina, která nepatří k vidění

Světlo v buňkách oka zachycují bílkoviny zvané opsiny. Tyčinky mají svůj opsin, čípky své. Provencio a kolegové v roce 2000 popsali u člověka nový opsin a pojmenovali ho melanopsin. Prověřili 26 různých míst v těle a zjistili, že se u člověka tvoří jen v oku. A to ne v tyčinkách ani v čípcích, ale v buňkách vnitřní sítnice, v takzvané gangliové a amakrinní vrstvě.¹

Autoři navrhli, že melanopsin neslouží k vidění, ale k úkolům bez obrazu, jako je řízení vnitřních hodin a potlačování melatoninu.¹ Pozor na slovo „navrhli“. V té práci to byla hypotéza, ne důkaz. Důkazy přišly až v dalších letech.

Jestli tě zajímá barvivo tyčinek, které se ve tmě obnovuje a díky kterému se oko přizpůsobí šeru, mrkni na článek o rodopsinu, zrakovém purpuru.

Rok 2001: modré světlo a stopa neznámého receptoru

Druhé dějství se odehrálo u lidí. Brainard a kolegové v roce 2001 pozvali 72 zdravých dobrovolníků, 37 žen a 35 mužů s průměrným věkem 24,5 roku. Rozšířili jim zornice a mezi druhou a půl čtvrtou ráno jim svítili do očí jednobarevným světlem o vlnových délkách od 420 do 600 nm. Každý prošel nejméně sedmi různými intenzitami, mezi pokusy byl vždy aspoň týden. Dohromady 627 nočních testů.²

Představ si, že sedmkrát strávíš noc v laboratoři a ve dvě ráno ti někdo svítí do roztažených zornic. Věda něco stojí, hlavně spánek dobrovolníků 🙂

Výsledek: melatonin nejsilněji potlačovalo světlo o vlnové délce 446 až 477 nm, tedy modré. A hlavně: tvar téhle křivky citlivosti odpovídal jedinému opsinovému barvivu, které se liší od barviv tyčinek i čípků. Autoři z toho usoudili, že pro vnitřní hodiny existuje nový fotoreceptor.² Jinými slovy, z úplně jiné strany, z měření melatoninu u lidí, vyšla stopa stejného podezřelého.

Rok 2002: dvě práce hned za sebou v jednom čísle Science

Třetí dějství má hezkou symboliku. V jednom čísle časopisu Science vyšly hned za sebou dvě práce, které skládačku dokončily.

Berson, Dunn a Takao pracovali s krysami. Zaměřili se na gangliové buňky sítnice, tedy buňky, jejichž vlákna vedou z oka do mozku, konkrétně ty, které posílají signál do hlavních hodin v mozku, do suprachiazmatického jádra (zkráceně SCN). Zjistili, že tyhle buňky jsou samy citlivé na světlo. Reagovaly i tehdy, když vědci úplně zablokovali signál z tyčinek a čípků. Jejich citlivost, naladění na barvy i pomalá reakce odpovídaly tomu, jak světlo seřizuje vnitřní hodiny.³

Hattar a kolegové na krysách a myších ukázali, že melanopsin sedí právě v podskupině gangliových buněk: v jejich těle, výběžcích i na začátku vlákna, které z buňky vede dál. Vlákna těchto buněk vedou do SCN a do dalších center, která řídí seřizování vnitřních hodin a zúžení zornice na světle. Všechny buňky s vlastní citlivostí na světlo obsahovaly melanopsin, takže je to nejspíš právě jejich barvivo.⁴

Od té doby se těmto buňkám říká ipRGC, z anglického názvu pro gangliové buňky sítnice s vlastní citlivostí na světlo. Česky bych jim řekl hlídači dne. Další odborné pojmy kolem oka a tmy najdeš ve slovníčku pojmů. Jedna poctivá poznámka: obě práce z roku 2002 vznikly na zvířatech. U lidí k tomu máme hlavně nepřímé doklady, jako je Brainardova křivka citlivosti.

Proč luxy hlídače dne neměří

Z toho plyne ještě jedna praktická věc. V roce 2003 porovnali Lockley, Brainard a Czeisler dvě barvy: modrou o 460 nm a zelenou o 555 nm. Fotonů dostali lidé v obou případech stejně a svítilo se na ně šest a půl hodiny. Modrá posunula vnitřní hodiny i utlumila melatonin zhruba dvojnásobně oproti zelené. A to přesto, že zrak sám je nejcitlivější právě kolem 555 nm, na zelenou. Proto autoři varují, že luxy na popis účinku světla na hodiny nestačí.⁵

Luxmetr totiž měří světlo tak, jak ho vidí zrak. Hlídač dne se dívá jinak, víc „do modra“. Dvě lampy se stejným počtem luxů tak pro zrak můžou být stejné a pro vnitřní hodiny ne. Co z toho plyne pro večerní displeje, najdeš v textu o světle z obrazovky a melatoninu.

Co dělají hlídači dne při pobytu ve tmě

Možná tě napadne: když v oku sedí hlídač dne, nebude ve tmě zmatený? Spíš bude mít volno 😉 V úplné tmě nemají tyhle buňky co hlásit, takže mozek od očí nedostává zprávu „je den“. A to je na pobytu ve tmě podstatné: nejde jen o to, že nic nevidíš. Jde o to, že tělo z očí nedostane ani tu nejslabší informaci o světle.

Co přesně to během pár dní udělá s vnitřními hodinami konkrétního člověka, ti neřeknu. Studie, které tu cituju, proběhly v laboratořích, ne v chatce, a nikdo v nich nebyl dny v úplné tmě. Tohle rozlišování je pro mě důležité.

Co vídáme my? Po pobytu lidé často nevědí, kolik dní vlastně uběhlo. A když po pobytu vyjdou ven, mluví o ostrém světle, o chutích a vůních. Proč světlo po tmě tak oslní, vysvětluje článek adaptace oka na tmu: tyčinky a čípky se ve tmě přeladí na šero. Hlídači dne mezitím dělají svou práci: pomáhají zúžit zornici a posílají do mozku zprávu, že je den.

Jestli tě zajímá, co se ve tmě děje s okem a mozkem obecně, je to rozebrané na stránce zraková deprivace. A jestli tě láká zažít tmu, ve které nemají hlídači dne co hlásit, chatky na tebe čekají. Klidně začni kratším pobytem, nikdo tě netlačí.

Těšíme se na tebe – Tomáš a Lenča

Zdroje

1. Provencio I, Rodriguez IR, Jiang G, et al. (2000). A novel human opsin in the inner retina. Journal of Neuroscience. doi:10.1523/JNEUROSCI.20-02-00600.2000
2. Brainard GC, Hanifin JP, Greeson JM, et al. (2001). Action spectrum for melatonin regulation in humans: evidence for a novel circadian photoreceptor. Journal of Neuroscience. doi:10.1523/JNEUROSCI.21-16-06405.2001
3. Berson DM, Dunn FA, Takao M (2002). Phototransduction by retinal ganglion cells that set the circadian clock. Science. doi:10.1126/science.1067262
4. Hattar S, Liao HW, Takao M, et al. (2002). Melanopsin-containing retinal ganglion cells: architecture, projections, and intrinsic photosensitivity. Science. doi:10.1126/science.1069609
5. Lockley SW, Brainard GC, Czeisler CA (2003). High sensitivity of the human circadian melatonin rhythm to resetting by short wavelength light. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism. doi:10.1210/jc.2003-030570