Kendinden ışığa duyarlı retina ganglion hücresi - Intrinsically photosensitive retinal ganglion cell

Retina fotoreseptörlerine genel bakış. ipRGC'ler sağ üstte etiketlenir.

Doğası gereği ışığa retinal ganglion hücrelerinin ( ipRGCs ) olarak da adlandırılan foto-retinal ganglion hücrelerinin ( pRGC ) veya melanopsin içeren, retinal ganglion hücre ( mRGCs ), bir tür olan nöron içinde retina arasında memeli gözünde . ipRGC'lerin varlığı ilk olarak 1923'te çubuksuz, konisiz fareler hala ışık uyarısına gözbebeği daralması yoluyla yanıt verdiğinde kaydedildi, bu da çubukların ve konilerin retinadaki ışığa duyarlı tek nöron olmadığını düşündürdü. 1980'lere kadar bu hücrelerle ilgili araştırmalardaki ilerlemeler başlamadı. Son araştırmalar, bu retina gangliyon hücrelerinin , diğer retina gangliyon hücrelerinin aksine, ışığa duyarlı bir protein olan melanopsin varlığından dolayı özünde ışığa duyarlı olduğunu göstermiştir . Bu nedenle, çubuk ve koni hücrelerine ek olarak üçüncü bir fotoreseptör sınıfını oluştururlar .

genel bakış

Bir ipRGC, burada retinanın proksimal iç nükleer katmandan ganglion hücre katmanına melanopsin flüoresan etiketlemesiyle uyumlu bir görüntüsü olarak gösterilmiştir.
İnsan gözündeki fotoreseptörlerin spektral duyarlılıkları.

Çubuklar ve konilerle karşılaştırıldığında, ipRGC'ler daha yavaş tepki verir ve uzun vadede ışığın varlığını işaret eder. Retina ganglion hücrelerinin çok küçük bir alt kümesini (~%1) temsil ederler. İşlevsel rolleri görüntü oluşturucu değildir ve temel olarak model vizyonundan farklıdır; ortam ışığı yoğunluğunun sabit bir temsilini sağlarlar. En az üç temel işlevi vardır:

  • Sirkadiyen ritimleri 24 saatlik aydınlık/karanlık döngüsüyle senkronize etmede önemli bir rol oynarlar ve öncelikle gün uzunluğu ve gece uzunluğu bilgileri sağlarlar. Onlar aracılığıyla ışık bilgi göndermek retinohipotalamik yolu doğrudan (RHT) sirkadiyen ait kalp pili beyine , suprakiazmatik çekirdeğin içinde hipotalamus . Bu ganglion hücrelerinin fizyolojik özellikleri, sirkadiyen ritimleri düzenleyen günlük ışık sürüklenme ( senkronizasyon ) mekanizmasının bilinen özellikleriyle örtüşmektedir. Ek olarak, ipRGC'ler, SCN-sempatik sinir devresi yoluyla saç folikülü rejenerasyonu gibi periferik dokuları da etkileyebilir.
  • Işığa ganglion hücrelerinin böyle merkezi olarak diğer beyin hedefleri inerve gözbebeği kontrolü , olivary pretectal çekirdeği arasında orta beyinde . Öğrenci boyutunun düzenlenmesine ve ortam aydınlatma koşullarına diğer davranışsal tepkilere katkıda bulunurlar .
  • Hormon melatonin salınımının fotik düzenlenmesine ve akut fotik baskılanmasına katkıda bulunurlar .
  • Sıçanlarda, düzenli ızgaraların algılanması, ışık seviyeleri ve uzamsal bilgiler dahil olmak üzere bilinçli görsel algıda bir rol oynarlar.

Fotoreseptif ganglion hücreleri insanlarda izole edilmiştir, burada sirkadiyen ritmi düzenlemeye ek olarak, çubuk ve koni fotoreseptör bozukluklarından muzdarip çubuksuz, konisiz deneklerde bir dereceye kadar ışık tanımaya aracılık ettikleri gösterilmiştir. Work Farhan H. Zaidi ve meslektaşları photoreceptive ganglion hücrelerinin insanlarda bazı görsel işleve sahip olabileceğini gösterdi.

Fotoreseptif gangliyon hücrelerinin fotopigmenti, melanopsin, ışıkla esas olarak görünür spektrumun mavi kısmında uyarılır (~480 nanometrede absorpsiyon zirveleri). Fototransdüksiyon Bu hücrelerde mekanizma tam olarak anlaşılamamıştır, ancak büyük olasılıkla omurgasız o benzemeye görünüyor değil rhabdomeric fotoreseptörlerden. Bu hücreler doğrudan ışığa yanıt vermenin yanı sıra, retinadaki sinaptik bağlantılar yoluyla çubuklardan ve konilerden uyarıcı ve engelleyici etkiler alabilir.

Bu gangliyonlardan gelen aksonlar, beynin üst kollikulus ve dorsal lateral genikulat çekirdeği dahil olmak üzere nesne tanıma ile ilgili bölgelerini innerve eder .

Yapı

ipRGC reseptörü

melanopsin yapısı

Bu fotoreseptör hücreler hem retina boyunca hem de beyne yansır. Optik diske kadar olan aksonlar, hücrenin soma ve dendritleri dahil olmak üzere hücre zarı boyunca değişen miktarlarda fotopigment melanopsini içerirler. ipRGC'ler, nörotransmiterler glutamat, glisin ve GABA için membran reseptörleri içerir . Işığa duyarlı ganglion hücreleri, ışığa tepki olarak hiperpolarize olan diğer fotoreseptör hücrelerinin tersi olan sinir uyarılarını ateşleme hızlarını artırarak depolarize ederek ışığa tepki verir.

Farelerde yapılan çalışmaların sonuçları, ipRGC'lerin aksonlarının miyelinsiz olduğunu göstermektedir .

melanopsin

Diğer fotoreseptör pigmentlerinden farklı olarak, melanopsin hem uyarılabilir fotopigment hem de fotoizomeraz olarak hareket etme yeteneğine sahiptir. Bu dönüşüm için Müller hücrelerine ve retina pigment epitel hücrelerine dayanan fotoreseptör konileri gibi başka bir fototransdüksiyona uğramadan önce , iki izoform arasında, all-trans- retinalden 11-cis- retinal'e geri dönmek için ek hücrelere ihtiyaç duymak yerine melanopsin, ek hücrelerin yardımı olmadan ışıkla uyarıldığında all-trans- retinali 11-cis-retinal'e izomerize edebilir. Melanopsinin iki izoformu, spektral duyarlılıklarında farklılık gösterir, çünkü 11-cis- retinal izoformu, daha kısa dalga boylarına daha duyarlı iken, all-trans izoformu, daha uzun dalga boylarına daha duyarlıdır.

Sinaptik girişler ve çıkışlar

ipRGC'lerin sinaptik girdileri ve çıktıları ve beyindeki karşılık gelen yerleri

Girişler

ipRGC'ler karşılıklı sinapslar yoluyla dopaminerjik amacrin hücrelere (DA hücreleri) hem pre- ve postsinaptiktir ; ipRGC'ler DA hücrelerine uyarıcı sinyaller gönderir ve DA hücreleri ipRGC'lere inhibitör sinyaller gönderir. Bu inhibitör sinyallere, dopamin ile birlikte DA hücrelerinden birlikte salınan GABA aracılık eder . Dopamin, ipRGC'lerde melanopsin transkripsiyonunu yukarı doğru düzenleyerek ve böylece fotoreseptörün duyarlılığını artırarak ışık uyarlama sürecinde işlevlere sahiptir. DA amakrin hücre inhibisyonuna paralel olarak, kendileri DA amakrin hücreleri tarafından inhibe edilen somatostatin salan amakrin hücreleri, ipRGC'leri inhibe eder. ipRGC dendritlerine yönelik diğer sinaptik girdiler, koni bipolar hücreleri ve çubuk bipolar hücreleri içerir.

çıktılar

ipRGC'lerin bir postsinaptik hedefi, bir organizmada sirkadiyen saat olarak hizmet eden hipotalamusun suprakiazmatik çekirdeğidir (SCN). ipRGC'ler, hem hipofiz adenilil siklaz aktive edici proteini (PACAP) hem de glutamatı , retinohipotalamik yol (RHT) adı verilen monosinaptik bir bağlantı yoluyla SCN üzerine salmaktadır . Glutamat, SCN nöronları üzerinde uyarıcı bir etkiye sahiptir ve PACAP, glutamatın hipotalamustaki etkilerini arttırıyor gibi görünmektedir.

ipRGC'lerin diğer sinaptik sonrası hedefleri şunları içerir: talamusta bulunan ve sirkadiyen sürüklenmede rol oynayan bir nöron kümesi olan intergenticulate broşür (IGL); orta beyinde pupiller ışık refleksini kontrol eden bir nöron kümesi olan olivary pretektal çekirdek (OPN); hipotalamusta bulunan ve uyku için bir kontrol merkezi olan ventrolateral preoptik çekirdek (VLPO); hem de amigdala için.

İşlev

Pupil ışık refleksi

Pupil ışık refleksinde yer alan ipRGC'lere girişler ve çıkışlar

Araştırmacılar, çeşitli fotoreseptör nakavt fareleri kullanarak, pupiller ışık refleksinin (PLR) hem geçici hem de sürekli sinyalleşmesinde ipRGC'lerin rolünü tanımladılar . Geçici PLR ışık yoğunluğu orta loş meydana gelir ve meydana gelen fototransdüksiyon bir sonucudur basillerdeki da bilgi ileten ipRGCs üzerine sinaptik girdi sağlayan, bağlantı nipeli pretectal çekirdeği içinde orta beyinde . Geçici PLR'deki ipRGC'lerden orta beyne bilgi aktarımında yer alan nörotransmiter glutamattır . Daha parlak ışık yoğunluklarında, hem ipRGC'lere girdi sağlayan çubuğun fototransdüksiyonunu hem de ipRGC'lerin kendilerinin melanopsin yoluyla fototransdüksiyonunu içeren sürekli PLR meydana gelir. Araştırmacılar, sürekli PLR'deki melanopsinin rolünün, adaptasyon sergileyen çubuk hücrelerin aksine, ışık uyaranlarına adaptasyon eksikliğinden kaynaklandığını öne sürmüşlerdir. Sürekli PLR, ipRGC'lerden pulsatil bir şekilde PACAP salımı ile korunur.

Bilinçli görüşte olası rol

Çubuksuz, konisiz insanlarla yapılan deneyler, reseptörün başka bir olası rolünün araştırılmasına izin verdi. 2007'de fotoreseptif ganglion hücresi için yeni bir rol bulundu. Zaidi ve meslektaşları, insanlarda retinal ganglion hücre fotoreseptörünün, bilinçli görmenin yanı sıra sirkadiyen ritimler, davranış ve göz bebeği reaksiyonları gibi görüntü oluşturmayan işlevlere de katkıda bulunduğunu gösterdi . Bu hücreler çoğunlukla mavi ışığa tepki verdiğinden, mezopik görmede rolleri olduğu ve çubuk (karanlık) ve koni (açık) ışık görüşüne sahip tamamen çift ​​katlı bir retinanın eski teorisinin basit olduğu öne sürülmüştür . Zaidi ve meslektaşlarının çubuksuz, konisiz insan deneklerle yaptığı çalışma, bu nedenle, ganglion hücresi fotoreseptörü için görüntü oluşturan (görsel) rollere de kapı açmıştır.

Görme için paralel yollar olduğu keşfedildi: biri dış retinadan kaynaklanan klasik çubuk ve koni tabanlı, diğeri ise iç retinadan kaynaklanan ilkel bir görsel parlaklık dedektörü. İkincisi, birincisinden önce ışıkla aktive edilmiş gibi görünüyor. Klasik fotoreseptörler yeni fotoreseptör sistemine de beslenir ve Foster'ın önerdiği gibi renk sabitliği önemli bir rol olabilir.

Çubuksuz, konisiz insan modelinin yazarları tarafından, reseptörün , ganglion hücrelerini etkileyen bir hastalık olan glokom gibi dünya çapında körlüğün başlıca nedenleri de dahil olmak üzere birçok hastalığın anlaşılmasında etkili olabileceği öne sürülmüştür .

Diğer memelilerde, ışığa duyarlı gangliyonların bilinçli görmede gerçek bir rolü olduğu kanıtlanmıştır. Jennifer Ecker ve ark. çubukları ve konileri olmayan farelerin, eşit derecede parlak gri ekran yerine dikey çubuk dizilerine doğru yüzmeyi öğrenebildiklerini buldu.

Mordan maviye ışık

Çoğu çalışma, reseptörün tepe spektral duyarlılığının 460 ile 484 nm arasında olduğunu göstermektedir. Lockley ve ark. 2003 yılında 460 nm (mavi) ışık dalga boylarının melatonini, fotopik görsel sistemin en yüksek hassasiyeti olan 555 nm (yeşil) ışığın iki katı kadar bastırdığını gösterdi. Zaidi, Lockley ve ortak yazarlar tarafından çubuksuz, konisiz bir insan kullanılarak yapılan çalışmada, çok yoğun bir 481 nm uyaranın bir miktar bilinçli ışık algısına yol açtığı, yani bazı ilkel vizyonun gerçekleştirildiği bulundu.

keşif

1923'te Clyde E. Keeler , yanlışlıkla yetiştirdiği kör farelerin gözlerindeki öğrencilerin hala ışığa tepki verdiğini gözlemledi. Çubuksuz, konisiz farelerin gözbebeği ışık refleksini tutma yeteneği, ek bir fotoreseptör hücresini düşündürdü.

1980'lerde, çubuk ve koni eksikliği olan sıçanlarda yapılan araştırmalar, ışık adaptasyonu ve foto sürüklenme için bilinen bir nöromodülatör olan retinada dopaminin düzenlendiğini gösterdi.

Araştırmalar 1991 yılında, Russell G. Foster ve Ignacio Provencio da dahil olmak üzere meslektaşlarının, çubuklar ve konilerin, fotosürdürme, sirkadiyen ritmin görsel tahriki veya pineal bezden çubuk yoluyla melatonin salgılanmasının düzenlenmesi için gerekli olmadığını gösterdiğinde devam etti. - ve koni nakavt fareler. Provencio ve meslektaşlarının daha sonraki çalışmaları, bu foto-tepkinin retinanın ganglion hücre tabakasında bulunan fotopigment melanopsin aracılık ettiğini gösterdi .

Fotoreseptörler 2002 yılında Samer Hattar , David Berson ve meslektaşları tarafından tanımlandı ve burada içsel bir ışık tepkisine sahip olan ve görüntü oluşturmayan görme ile ilgili bir dizi beyin bölgesine yansıtılan melanopsin eksprese eden ganglion hücreleri oldukları gösterildi.

2005 yılında Panda, Melyan, Qiu ve meslektaşları, melanopsin fotopigmentinin ganglion hücrelerinde fototransdüksiyon pigmenti olduğunu gösterdi. Dennis Dacey ve meslektaşları, bir Eski Dünya maymunu türünde, melanopsin eksprese eden dev ganglion hücrelerinin lateral genikulat çekirdeğe (LGN) yansıtıldığını gösterdi . Daha önce sadece orta beyine (tektal öncesi çekirdek) ve hipotalamusa (kiazmatik çekirdekler , SCN) yönelik projeksiyonlar gösterilmişti. Ancak, alıcı için görsel bir rol hala şüphelenilmemiştir ve kanıtlanmamıştır.

Araştırma

İnsanlarda araştırma

İnsanlarda reseptörü avlamak için girişimlerde bulunuldu, ancak insanlar özel zorluklar ortaya koydu ve yeni bir model talep etti. Diğer hayvanlardan farklı olarak, araştırmacılar, ganglion hücrelerini doğrudan incelemek için etik olarak ne genetik olarak ne de kimyasallarla çubuk ve koni kaybına neden olamazlar. Uzun yıllar boyunca, insanlardaki reseptör hakkında sadece çıkarımlar yapılabildi, ancak bunlar zaman zaman uygundu.

2007'de Zaidi ve meslektaşları, çubuksuz, konisiz insanlar üzerindeki çalışmalarını yayınladılar ve bu insanların ışığın görsel olmayan etkilerine normal tepkiler verdiklerini gösterdiler. İnsanlardaki çubuk olmayan, koni olmayan fotoreseptörün kimliğinin, daha önce diğer bazı memelilerdeki çubuksuz, konisiz modellerde gösterildiği gibi, iç retinada bir ganglion hücresi olduğu bulundu. Çalışma, klasik çubuk ve koni fotoreseptör işlevini ortadan kaldıran ancak ganglion hücre işlevini koruyan nadir hastalıkları olan hastalar kullanılarak yapıldı. Çubuk veya koni olmamasına rağmen, hastalar, melanopsin fotopigmentiyle eşleşen çevresel ve deneysel ışığa karşı en yüksek spektral duyarlılıkla, sirkadiyen foto-sürüklenme, sirkadiyen davranış kalıpları, melatonin baskılanması ve öğrenci reaksiyonları sergilemeye devam etti. Beyinleri ayrıca vizyonu bu frekansın ışığıyla ilişkilendirebilir. Klinisyenler ve bilim adamları şimdi yeni reseptörün insan hastalıkları ve körlükteki rolünü anlamaya çalışıyorlar. Kendinden ışığa duyarlı RGC'ler, migren atakları sırasında ışıkla baş ağrısının alevlenmesinde de rol oynar.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar