Melanopsín: bunky v oku, ktoré nevidia obraz, ale strážia vnútorné hodiny

Koľko druhov buniek citlivých na svetlo máš v oku? Väčšina z nás si zo školy pamätá dva: tyčinky na šero a čapíky na farby. Lenže od roku 2000 vieme aj o treťom hráčovi. Obraz nevidí vôbec, a predsa hlási mozgu, či je deň, alebo noc. Je to malá skupina buniek sietnice s farbivom zvaným melanopsín. A práve tento tichý strážca je dôvod, prečo pobyt v tme nie je len „nič nevidieť“.

Príbeh jeho objavu je pekná detektívka v troch dejstvách. Poďme na to.

Rok 2000: melanopsín, bielkovina, ktorá nepatrí k videniu

Svetlo v bunkách oka zachytávajú bielkoviny nazývané opsíny. Tyčinky majú svoj opsín, čapíky svoje. Provencio a kolegovia v roku 2000 opísali u človeka nový opsín a pomenovali ho melanopsín. Preverili 26 rôznych miest v tele a zistili, že u človeka sa tvorí len v oku. A to nie v tyčinkách ani v čapíkoch, ale v bunkách vnútornej sietnice, v takzvanej gangliovej a amakrinnej vrstve.¹

Autori vyslovili predpoklad, že melanopsín neslúži na videnie, ale na úlohy bez obrazu, ako je riadenie vnútorných hodín a potláčanie melatonínu.¹ Pozor na slovo „predpoklad“. V tej práci to bola hypotéza, nie dôkaz. Dôkazy prišli až v ďalších rokoch.

Ak ťa zaujíma farbivo tyčiniek, ktoré sa v tme obnovuje a vďaka ktorému sa oko prispôsobí šeru, pozri si článok o rodopsíne, farbive tyčiniek.

Rok 2001: modré svetlo a stopa neznámeho receptora

Druhé dejstvo sa odohralo u ľudí. Brainard a kolegovia v roku 2001 pozvali 72 zdravých dobrovoľníkov, 37 žien a 35 mužov s priemerným vekom 24,5 roka. Rozšírili im zreničky a medzi druhou a pol štvrtou ráno im svietili do očí jednofarebným svetlom s vlnovými dĺžkami od 420 do 600 nm. Každý prešiel najmenej siedmimi rôznymi intenzitami, medzi pokusmi bol vždy aspoň týždeň. Dokopy 627 nočných testov.²

Predstav si, že sedemkrát stráviš noc v laboratóriu a o druhej ráno ti niekto svieti do roztiahnutých zreničiek. Veda niečo stojí, hlavne spánok dobrovoľníkov 🙂

Výsledok: melatonín najsilnejšie potláčalo svetlo s vlnovou dĺžkou 446 až 477 nm, teda modré. A hlavne: tvar tejto krivky citlivosti zodpovedal jedinému opsínovému farbivu, ktoré sa líši od farbív tyčiniek aj čapíkov. Autori z toho usúdili, že pre vnútorné hodiny existuje nový fotoreceptor.² Inými slovami, z úplne inej strany, z merania melatonínu u ľudí, vyšla stopa toho istého podozrivého.

Rok 2002: dve práce hneď za sebou v jednom čísle Science

Tretie dejstvo má peknú symboliku. V jednom čísle časopisu Science vyšli hneď za sebou dve práce, ktoré skladačku dokončili.

Berson, Dunn a Takao pracovali s potkanmi. Zamerali sa na gangliové bunky sietnice, teda bunky, ktorých vlákna vedú z oka do mozgu, konkrétne tie, ktoré posielajú signál do hlavných hodín v mozgu, do suprachiazmatického jadra (skrátene SCN). Zistili, že tieto bunky sú samy citlivé na svetlo. Reagovali aj vtedy, keď vedci úplne zablokovali signál z tyčiniek a čapíkov. Ich citlivosť, naladenie na farby aj pomalá reakcia zodpovedali tomu, ako svetlo nastavuje vnútorné hodiny.³

Hattar a kolegovia na potkanoch a myšiach ukázali, že melanopsín sa nachádza práve v podskupine gangliových buniek: v ich tele, výbežkoch aj na začiatku vlákna, ktoré z bunky vedie ďalej. Vlákna týchto buniek vedú do SCN a do ďalších centier, ktoré riadia nastavovanie vnútorných hodín a zúženie zreničky na svetle. Všetky bunky s vlastnou citlivosťou na svetlo obsahovali melanopsín, takže je to najpravdepodobnejšie práve ich farbivo.⁴

Odvtedy sa týmto bunkám hovorí ipRGC, podľa anglického názvu pre gangliové bunky sietnice s vlastnou citlivosťou na svetlo. Po slovensky by som ich nazval strážcami dňa. Ďalšie odborné pojmy okolo oka a tmy nájdeš v slovníku pojmov. Jedna úprimná poznámka: obe práce z roku 2002 vznikli na zvieratách. U ľudí k tomu máme hlavne nepriame doklady, ako je Brainardova krivka citlivosti.

Prečo luxy strážcov dňa nemerajú

Z toho vyplýva ešte jedna praktická vec. V roku 2003 porovnali Lockley, Brainard a Czeisler dve farby: modrú s 460 nm a zelenú s 555 nm. Ľudia dostali v oboch prípadoch rovnaký počet fotónov a svietili na nich šesť a pol hodiny. Modrá posunula vnútorné hodiny aj utlmila melatonín zhruba dvojnásobne oproti zelenej. A to napriek tomu, že zrak sám je najcitlivejší práve okolo 555 nm, na zelenú. Preto autori varujú, že luxy na opis účinku svetla na hodiny nestačia.⁵

Luxmeter totiž meria svetlo tak, ako ho vidí zrak. Strážca dňa sa pozerá inak, viac „do modra“. Dve lampy s rovnakým počtom luxov tak pre zrak môžu byť rovnaké a pre vnútorné hodiny nie. Čo z toho vyplýva pre večerné displeje, nájdeš v texte o svetle z obrazovky a melatoníne.

Čo robia strážcovia dňa počas pobytu v tme

Možno ti napadne: keď máme v oku strážcu dňa, nebude v tme zmätený? Skôr bude mať voľno 😉 V úplnej tme nemajú tieto bunky čo hlásiť, takže mozog od očí nedostáva správu „je deň“. A to je na pobyte v tme to podstatné: nejde len o to, že nič nevidíš. Ide o to, že telo z očí nedostane ani tú najslabšiu informáciu o svetle.

Čo presne to počas pár dní urobí s vnútornými hodinami konkrétneho človeka, ti nepoviem. Štúdie, ktoré tu citujem, prebehli v laboratóriách, nie v chatke, a nikto v nich nebol celé dni v úplnej tme. Toto rozlišovanie je pre mňa dôležité.

Čo vídame my? Po pobyte ľudia často nevedia, koľko dní vlastne ubehlo. A keď po pobyte vyjdú von, hovoria o ostrom svetle, o chutiach a vôňach. Prečo svetlo po tme tak oslňuje, vysvetľuje článok o adaptácii oka na tmu: tyčinky a čapíky sa v tme preladia na šero. Strážcovia dňa medzitým robia svoju prácu: pomáhajú zúžiť zreničku a posielajú do mozgu správu, že je deň.

Ak ťa zaujíma, čo sa v tme deje s okom a mozgom všeobecne, rozoberám to na stránke zraková deprivácia. A ak ťa láka zažiť tmu, v ktorej strážcovia dňa nemajú čo hlásiť, chatky na teba čakajú. Pokojne začni kratším pobytom, nikto ťa netlačí.

Tešíme sa na teba – 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