Светочувствительная ганглиозная клетка сетчатки

Светочувствительная ганглиозная клетка сетчатки (англ. intrinsically photosensitive retinal ganglion cells, ipRGC) - особый тип фоторецепторов в сетчатке глаза млекопитающих наряду с палочками и колбочками, улавливающий свет и участвующий в синхронизации циркадного ритма с циклом дня и ночи.

Впервые признаки наличия этих клеток заметили в 1927 году, когда у мыши, чьи глаза были лишены палочек и колбочек, зрачки реагировали на свет сужением^[1].

Обзор

По сравнению с палочками и колбочками, внутренние фоторецепторные клетки реагируют медленнее и сигнализируют о наличии света в течение длительного времени^[2]. Они составляют очень небольшую часть (~1%) ганглиозных клеток сетчатки^[3]. Их функции не связаны с формированием изображения и принципиально отличаются от функций, связанных со зрением; они обеспечивают стабильное представление об интенсивности окружающего света, а конкретнее:

• Предоставляют информацию о продолжительности дня и ночи, настраивая циркадный ритм. Они передают информацию о свете через ретиногипоталамический тракт (РГТ) непосредственно в регулятор циркадного ритма мозга, супрахиазматическое ядро гипоталамуса. Физиологические свойства этих ганглиозных клеток соответствуют известным свойствам механизма синхронизации (приведения в соответствие) с дневным светом, регулирующего циркадные ритмы. Кроме того, ipRGC могут влиять на периферические ткани, такие как волосяные фолликулы, через SCN-симпатический нервный контур^[4].
• Участвуют в регуляции размера зрачка и других поведенческих реакций на условия окружающего освещения, иннервируя претектальное ядро^[5].
• Способствуют фоторегуляции и острому фотосупрессивному подавлению высвобождения гормона мелатонина^[5].
• У крыс они играют определённую роль в сознательном зрительном восприятии, включая восприятие регулярных решёток, уровней освещённости и пространственной информации^[5].

Фоторецептивные ганглиозные клетки были выделены у людей, где, помимо регуляции циркадного ритма, они, как было показано, опосредуют распознавание света у людей, страдающих нарушениями палочковых и колбочковых фоторецепторов^[6].

Фотопигмент фоторецепторных ганглиозных клеток, меланопсин, возбуждается светом, в основном в синей части видимого спектра (пик поглощения при ~480 нанометрах^[7]). Механизм фототрансдукции в этих клетках до конца не изучен, но, вероятно, он похож на механизм в рабдомерных фоторецепторах беспозвоночных. Помимо непосредственной реакции на свет, эти клетки могут получать возбуждающие и тормозящие сигналы от палочек и колбочек посредством синаптических связей в сетчатке.

Аксоны этих ганглиев иннервируют области мозга, связанные с распознаванием объектов, включая верхний бугорок четверохолмия и дорсальное латеральное коленчатое тело^[5].

Структура

Эти фоторецепторные клетки проецируются как на сетчатку, так и на головной мозг. Они содержат фотопигмент меланопсин в различных количествах по всей клеточной мембране, в том числе на аксонах, вплоть до диска зрительного нерва и дендритов клетки^[8]. Также они содержат мембранные рецепторы для нейромедиаторов глутамата, глицина и ГАМК. Фоточувствительные ганглиозные клетки реагируют на свет деполяризацией, что увеличивает частоту нервных импульсов, в отличие от других фоторецепторных клеток, которые в ответ на свет гиперполяризуются^[9].

Меланопсин

Структура меланопсина

В отличие от других фоторецепторных пигментов, меланопсин способен действовать как возбудимый фотопигмент и как фотоизомераза. В отличие от зрительных опсинов в палочках и колбочках, которые используют стандартные зрительные циклы для преобразования полностью транс-ретиналя обратно в светочувствительный 11-цис-ретиналь, меланопсин способен изомеризовать полностью транс-ретиналь в 11-цис-ретиналь при стимуляции другим фотоном^[10]. Таким образом, ipRGC не зависит от клеток Мюллера и/или пигментного эпителия сетчатки при этом преобразовании^[11].

Функции

Рефлекс сужения зрачка

Используя различных мышей с нокаутом фоторецепторов, исследователи определили роль ipRGCs как в преходящей, так и в устойчивой передаче сигналов зрачкового светового рефлекса (PLR)^[12]. Переходный PLR возникает при слабой или умеренной интенсивности света и является результатом фототрансдукции, происходящей в палочках, которые обеспечивают синаптический ввод в ipRGC, которые, в свою очередь, передают информацию в оливарное претектальное ядро в среднем мозге^[13].

Нейромедиатором, участвующим в передаче информации от внутренних палочек к среднему мозгу во время кратковременной реакции на свет, является глутамат. При более ярком освещении возникает устойчивая реакция на свет, которая включает в себя как фототрансдукцию палочек, передающих сигнал внутренним палочкам, так и фототрансдукцию самих внутренних палочек с помощью меланопсина. Исследователи предположили, что роль меланопсина в устойчивой реакции на свет обусловлена тем, что он не адаптируется к световым раздражителям, в отличие от палочек. Устойчивый PLR поддерживается за счет пульсирующего высвобождения PACAP из интернейронов^[12].

Возможная роль в сознательном зрении

Эксперименты с людьми, у которых не было ни палочек, ни колбочек, позволили изучить ещё одну возможную роль этого рецептора. В 2007 году была обнаружена новая роль фоторецептивных ганглиозных клеток. Заиди и его коллеги показали, что у людей фоторецепторы ганглиозных клеток сетчатки участвуют в сознательном зрении, а также в функциях, не связанных с формированием изображения, таких как циркадные ритмы, поведение и реакции зрачков^[6].

Было сделано открытие, что существуют параллельные пути восприятия зрения: один основан на палочках и колбочках и проходит через наружную часть сетчатки, а другой — это рудиментарный детектор яркости, который проходит через внутреннюю часть сетчатки. Последний, по-видимому, активируется светом раньше, чем первый^[6].

Авторы модели человека без палочек и колбочек предположили, что этот рецептор может помочь в изучении многих заболеваний, в том числе основных причин слепоты во всём мире, таких как глаукома — заболевание, поражающее ганглиозные клетки.

Доказано, что у других млекопитающих светочувствительные ганглии играют важную роль в сознательном восприятии изображения. Исследования, проведённые Дженнифер Экер и др. показали, что крысы, у которых отсутствуют палочки и колбочки, могут научиться плыть к вертикальным полосам, а не к такому же светящемуся серому экрану^[5].

Большинство исследований показывают, что пиковая спектральная чувствительность рецептора находится в диапазоне от 460 до 484 нм^[14]. В работе Заиди, Локли и их соавторов, в которой использовался человек без палочек и колбочек, было обнаружено, что очень интенсивный световой раздражитель с длиной волны 481 нм приводил к осознанному восприятию света, то есть к появлению рудиментарного зрения^[6].