Melanopsina

A melanopsina é un fotopigmento que se encontra nalgunhas células ganglionares da retina dos ollos humanos e doutros vertebrados, que se denominan células ganglionares da retina fotosensibles intrinsecamente. Estas células poden percibir a luz pero reaccionan de forma moito máis lenta aos cambios visuais ca as células bastón e cono da retina. Estas células afectan aos ritmos circadianos, ao reflexo pupilar (grao de abertura da pupila), e a outras funcións relacionadas coa luz ambiental, pero non interveñen na visión de imaxes.

En estrutura, a melanopsina é unha opsina, unha variedade de receptor acoplado á proteína G de proteína retinilideno. A melanopsina é máis sensible á luz azul. Un receptor baseado na melanopsina foi ligado á asociación que hai entre a sensibilidade á luz e as dores de cabeza fortes.

A melanopsina difire doutros fotopigmentos opsinas dos vertebrados. De feito, lembra en moitos aspectos as opsinas de invertebrado, como na súa secuencia de aminoácidos e fervenza de reaccións de sinalización de "augas abaixo". Como as opsinas de vertebrados, a melanopsina parece ser un fotopigmento biestable, cunha actividade fotoisomerase intrínseca, e produce unha sinalización celular a través dunha proteína G da familia Gq.

 Descubrimento 

En 1998, descubriuse a melanopsina nas células sensibles á luz especializadas da pel da ra. Un ano despois, os investigadores atoparon que a sincronización (entrainment) do rato a un ciclo de luz-escuridade mantíñase en ausencia de conos e bastóns. Esta observación levou á conclusión de que nin os bastóns nin os conos, situados na capa externa da retina, son necesarios para a sincronización circadiana e que hai unha terceira clase de fotorreceptores no ollo dos mamíferos. En 2000, descubriuse que a melanopsina só se expresaba nas capas internas da retina dos animais, incluíndo os humanos, e que era unha mediadora en tarefas fotorreceptoras non visuais.

Tamén se atopou que estas respostas persistían cando se bloqueaba a comunicación sináptica na retina con axentes farmacolóxicos, e cando se illaban fisicamente células ganglionares individuais que contiñan melanopsina das outras células da retina. Estes descubrimentos mostraron que as células ganglionares que conteñen melanopsina son intrinsicamente fotosensibles, e por iso foron chamadas células ganglionares da retina fotosensibles intrinsecamente (ipRGCs). Constitúen unha terceira clase de células fotorreceptoras da retina dos mamíferos, xunto coas células fotorreceptoras que xa eran coñecidas, os conos e os bastóns. Estas células ganglionares son o principal conduto para a entrada de luz que controla a sincronización circadiana.

 Función 

As probas apoian as teorías previas de que a melanopsina é o fotopigmento responsable da sincronización do "reloxo corporal" central, que está formado polos núcleos supraquiasmáticos nos mamíferos. Utilizouse inmunocitoquímica fluorescente para visualizar a distribución da melanopsina na retina da rata e detectouse melanopsina en aproximadamente o 2,5% do total das células ganglionares da retina da rata, e estas células eran ipRGCs. Utilizando a β-galactosidase como marcador do xene da melanopsina, o etiquetado X-gal destas ipRGCs mostrou que os seus axóns comunican directamente cos núcleos supraquiasmáticos, o que proporciona probas adicionais de que a melanopsina é importante na sincronización a través do tracto retinohipotalámico (RHT).

As células ganglionares que conteñen melanopsina mostran adaptación tanto á luz coma a escuridade, é dicir, que axustan a súa sensibilidade segundo a súa historia recente de exposición á luz. Neste aspecto son similares aos conos e bastóns. Mentres que os conos e bastóns son responsables de analizar as imaxes, patróns, movementos e cores, varios estudos indican que as células ganglionares que conteñen melanopsina contribúen a varias respostas reflexas do cerebro e corpo á presenza da luz diúrna.

A liña celular paraneuronal de rato Neuro-2a, que normalmente non é fotosensible, fanse fotorreceptivas ao engadirlles a melanopsina humana. En tales condicións, a melanopsina actúa cun fotopigmento sensor, realizando unha detección da luz fisiolóxica. A fotorresposta da melanopsina é sensible selectivamente a luz de loxitudes de onda curtas (pico de absorción de ~479 nm), mentres que tamén ten unha función de rexeneración da fotoisomerase intrínseca, que está corrida cromaticamente a lonxitudes de onda máis longas.

Os fotorreceptores de melanopsina son sensibles a un determinado intervalo de lonxitudes de onda de luz.
Os fotorreceptores de melanopsina teñen o seu pico de absorción nas lonxitudes de onda da luz azul arredor dos 488 nanómetros. Outras lonxitudes de onda da luz por debaixo ou por riba dese valor activan o sistema de sinalización da melanopsina cunha diminución da eficiencia. Por exemplo, lonxitudes de onda máis curtas de 445 nm (preto do violeta no espectro visible) ou de 529 nm (na parte do espectro verde azulado) teñen ambas as dúas a metade da eficiencia ca a 488 nm.

A dopamina é un factor que intervén na regulación dos ARNm da melanopsina nas ipRGCs. Como a síntese e liberación de dopamina na retina da rata están baixo o control dos conos e bastóns, parece que os conos e bastóns controlan a transcrición do xene da melanopsina.

 Mecanismo 

Cando a luz activa o sistema de sinalización da melanopsina, as células ganglionares que conteñen melanopsina descargan impulsos nerviosos, que son conducidos a través dos seus axóns ata dianas cerebrais específicas. Estas dianas inclúen o núcleo pretectal olivar (un centro nervioso responsable do control da pupila do ollo) e, a través do tracto retinohipotalámico, o núcleo supraquiasmático do hipotálamo (o marcapasos mestre dos ritmos circadianos). As células ganglionares que conteñen melanopsina crese que inflúen nestas dianas ao liberaren polos seus terminais axónicos os neurotransmisores glutamato e polipéptido activador da adenilato ciclase (PACAP). As células ganglionares que conteñen melanopsina tamén reciben impulsos dos bastóns e conos que modifican ou se engaden aos impulsos destas vías.

 Importancia clínica 

Unha mutación do xene que expresa a melanopsina foi implicado no risco de padecer trastorno afectivo estacional.

 Efectos na sincronización á luz 

A sincronización á luz, pola cal os períodos de actividade comportamental ou inactividade (sono) están sincronizados co ciclo de luz-escuridade, que non é tan efectivo nos ratos con knockout de xenes para a melanopsina. Pérdese a sincronización completamente cando se matan as células que expresan melanopsina, xa que estas células tamén cómpren para a transmisión de información luminosa bastón-cono. Os ratos que carecen de bastóns e conos aínda mostran sincronización circadiana, pero tamén mostran unha resposta á luz reducida. Porén, como os ratos poden distinguir entre os patróns visuais. O reflexo pupilar tamén se conserva nos ratos que carecen de bastóns e conos pero teñen unha sensibilidade reducida, identificando un impulso esencial procedente dos conos e bastóns. Os ratos, sen melanopsina, bastóns e conos, non poden sincronizar os ritmos circadianos e perden o reflexo pupilar.

As ipRGCs son responsables da capacidade que teñen algunhas persoas cegas de sincronizarse cos ciclos de luz e escuridade de 24 horas a pesar de que perderon a formación de imaxes visual. Estas persoas teñen tractos retinohipotalámicos intactos que permiten a sinalización desde as ipRGCs ao núcleo supraquiasmático. Ademais, as ipRGCs teñen un papel na visión convencional; as ipRGCs permiten que os ratos sen bastóns e conos mostren respostas á luz non circadianas e codifiquen información da iluminación ambiental no córtex visual.

 Distribución entre as especies 

Os xenes da melanopsina foron descritos en todas as clases de vertebrados, e nos xenomas de peixes, aves e anfibios descubriuse un ortólogo extra da melanopsina. Nos mamíferos estudados ata agora (entre os que están roedores e primates, incluíndo humanos), a proteína melanopsina ten un patrón similar de distribución nos tecidos; a proteína exprésase só na retina, e só no 1–2% das células ganglionares da retina. En vertebrados non mamíferos, a melanopsina encóntrase nun amplo conxunto de células da retina, e en estruturas fotosensibles fóra da retina como o músculo do iris do ollo, rexións profundas do cerebro, a glándula pineal, e a pel.

Os mamíferos teñen xenes ortólogos da melanopsina chamados Opn4m, que derivan dunha rama da familia Opn4. Porén, os vertebrados non mamíferos teñen dúas versións do xene da melanopsina, chamadas Opn4m e Opn4x. Nos polos o Opn4m parece capaz de desencadear unha fervenza inducida pola luz do receptor acoplado á proteína G dependente do cofactor retinaldehido, de modo similar ao Opn4m estudado en mamíferos. O Opn4x parece ter unha resposta á luz moito máis feble.

 Notas 

 Véxase tamén 
 Outros artigos 
 Opsinas
 Tracto retinohipotalámico

Categoría:Receptores acoplados á proteína G
Categoría:Proteínas