Ahhoz, hogy lássunk, fotoreceptor sejtekre van szükségünk. A retinában ezek a sejtek azok, amelyek átalakítják a fény által hordozott információt az idegsejtek számára is érthető jelekké. Döbbenetes módon azonban a fotoreceptor sejtek hiánya miatt vak egerek és emberek, valamiképp érzik mikor van nappal és mikor éjjel, valamint fény hatására összeszűkül a pupillájuk. Van valahol tehát még legalább egy olyan sejttípus amelyik képes érzékelni a fényt.

Azt gondolhatnánk, hogy a szem amelynek működését már az ókori görögök óta (vagy még régebben) kutatják, már nem okozhat meglepetéseket. Sajnos azonban el kell szomorítsam azt, aki úgy gondolja, hogy a látást és a szem működését már tökéletesen ismerjük. Valóban nagyon komoly ismeretanyag áll már rendelkezésre, de még elég sok a nyitott kérdés is.

 

Retina - alapok
 

A retina a szem ideghártyája, az a fényérzékeny szövet amely maga is több réteg sejtből áll. A fény ezeken a sejteken áthatolva nyelődik el a legkülső rétegben ahol a fotoreceptor sejtek vannak. Az információ ezektől a sejtektől átadódik a retinában található más idegsejtekre. A retina maga egy pici agynak tekinthető, a fotoreceptor sejtek által szolgáltatott információ ezen a mini-agyon átszűrve és feldolgozva végül a retina "kimeneti" sejtjein összegződik. Ezeket a sejteket ganglion sejteknek nevezik, ők küldik tovább a látási információt hosszú nyúlványaikon (axonjaikon) az agyba. Ezek egyébként azok a sejtek amelyek a glaukoma (zöldhályog) során elsődlegesen sérülnek, a vakságot ebben az esetben nem a teljes retina működésképtelenné válása, hanem a szem és az agy közötti kapcsolat megszűnése okozza.

A retina sejtjeinek sematikus vázlata (Forrás: Webwision)

Fényérzékeny ganglion sejtek.

Ha nagy szavakat szeretnék használni, azt mondanám, hogy a fényérzékeny ganglion sejtek felfedezése a retina kutatásában egy óriási földrengésre hasonlított ami porba döntötte az addigi dogmát, amely szerint kizárólag a fotoreceptor sejtek képesek észlelni a fényt. E helyett inkább azt mondanám, hogy egy régóta elfogadott és (lezárt) tényként kezelt ismeret egy nagyon fontos újabb információval bővült. Ahhoz ugyanis amit mi látásnak nevezünk, a fényérzékeny ganglion sejteknek, mint fényt érzékelő sejteknek valószinűleg nincs túl sok közük, leaglábbis eddig  ez a funkció nem tekinthető bizonyítottnak.
 

Már egy ideje gyanakodtak, hogy a fotoreceptor sejteken kívül kell még lennie egy másik fényt érzékelő sejtnek, ugyanis az rd1 egér törzs - amely örökletes betegsége folytán egy hónapos korára elveszti valamennyi fotoreceptor sejtjét -, vakon is képes volt követni, a valódi napszakhoz állítani a napi ritmusát.

Vagyis a biológiai órája valahonnét mindig "fülest kapott", hogy sötét van-e vagy világos. Aztán kiderült, hogy néhány ganglion sejt azután is reagál a fényre, hogy kivették a retinából és elszakították az összes kapcsolatát más sejtekkel, vagyis a fényt ő maga érzekelte.

Fényérzékeny ganglion sejtek a retinában. A hosszú csikok a ganglion sejtek látóidegbe futó axonjai (forrás: innovations-report)


 

Hogyan működnek?

Ezeket a sejteket illetve tulajdonságaikat az utóbbi években intenzíven kutatták-kutatják. A fő kérdések közül itt csak kettőre térnék ki:
1. A bioritmus beállításában és a pupilla-reflexben csak ezek a sejtek vesznek részt? 
2. Hogyan érzékelik a fényt?


1. A válasz erre a kérdésre egyértelműen nem. A normál látásban használt fotoreceptor sejtek is részt vesznek mind a napi általános fényességingadozás mérésében, mind a pupilla-reflexben. Ez utóbbi a szembe jutó fény mennyiségének szabályozását végzi. A pupillaátmérő változásával a bejövő fényt a maximális nyitott állapothoz képest (ábra bal felső negyede) huszadára tudja csökkenteni a szem (lásd az ábra jobb felső negyedét). Kevesebb fénynél a fotoreceptor sejtek felelősek a pupilla összeszűküléséért (megfelezve a retinára jutó fényt), ennél erősebb fényben a további pupilla-szűkités mögött a fényérzékeny ganglion sejtek vannak. A fényérzékeny ganglion sejtekkel nem rendelkező aDTA egerek így nem képesek teljesen összeszűkíteni a pupillájukat amint azt az ábra jobb alsó negyede szemlélteti. Azok az egyébként egészséges (nem rd1!) egerek, amelyekben kiütötték a melanopszint, továbbra is képesek a bioritmusukat a külső ciklushoz állítani, azonban azok az (aDTA) egerek, amelyekből nem csak ez a molekula, hanem maguk a fényérzékeny ganglion sejtek is hiányoznak, már alig-alig képesek erre. Ez viszont azt mutatja, hogy a fotoreceptor sejtekből jövő információ az "általános fényviszonyokról" legalábbis nagyrészt pontosan ezeken a fényérzékeny ganglion sejteken keresztül jut tovább (Güler et al., 2008).


2. Erre a kérdésre már tudunk egy részleges választ adni. A képességet, hogy megvilágítás hatására növeljék az általuk generált akciós potenciálok számát (tüzelési frekvenciát) a bennük található melanopszin nevű fehérjének köszönhetik. Ezt onnét tudjuk, hogy azok az rd1 egerek, amelyekben a melanopszint kiütötték nem képesek a külső fény/sötét ciklushoz állítani a belső órájukat. A melanposzin egy opszin, vagyis nagyon hasonlit a "sima" fotoreceptor sejtek fényérzékenységét lehetővé tevő rodopszinhoz (régies nevén ez a látóbíbor). De van néhány nagyon komoly különbség. Egyrészt a melanposzinhoz hasonló fényérzékelő molekula a rovarok szemében található, s az ő rendes látásukban játszik kulcsszerepet. Tudni kell még, hogy a rovarszemben található fényérzékeny sejtek a rabdomerikus típusba tartoznak, míg a mi (és az összes gerinces állat) fotoreceptor sejtjeink egy teljesen más típusba tartoznak. Ezek evolúciója - legalábbis én így tudtam eddig - külön utakon haladt. Ezért is olyan érdekes, hogy a melanopszint mint működő dolgot találták meg az emberben mert ez arra utal, hogy a melanopszin rendszert egy rovarokkal közös őstől örököltük, és amig náluk ez lett a leképezésre is alkalmas látószerv biokémiai alapja, addig nálunk - bár háttérbe szorult a rodopszin rendszerrel szemben -, fennmaradt mint kiegészitő fényérzékelő rendszer. Melanopszinból bennünk, az egerekben és valószinűleg a legtöbb más emlősben is csak egy fajta van, azonban a halakban, békában és madárban két fajtát találtak - ez arra utal, hogy az emlősök "elvesztették valahol út közben" az egyiket (Bellingham et al., 2006).
 

A két alapvető fényérzékelő rendszer összehasonlitása. Bal oldalon a rovarok, a jobb oldalon pedig a gerincesek fotoreceptor sejtjeinek és a bennük található két különböző fényérzékelő biokémiai rendszer sematikus rajza. (Forrás: http://pharyngula.org/index/weblog/comments/rhabdomeric_and_ciliary_eyes/)

A melanopszin-alapú rovar rendszerben a fény hatására aktivált melanopszin egy köztes G-fehérjén keresztül foszfolipáz C-t aktivál, ez váltja ki (további lépéseken keresztül) a sejtek depolarizációját és azok tüzelését. A bevezetőm után talán nem annyira meglepő, de a fényérzékeny ganglion sejtekben is ugyanilyen rendszert találtak Berson és munkatársai (Graham et al., 2008). Ezen felül még az is kiderült, hogy a fényérzékeny ganglion sejtek kiszakított membrán darabjai is megőrzik a fényérzékenységüket, vagyis a teljes rendszer a sejtmembránhoz kötött.



 

Irodalom

Bellingham J, Chaurasia SS, Melyan Z, Liu C, Cameron MA, Tarttelin EE, Iuvone PM, Hankins MW, Tosini G, Lucas RJ. (2006) Evolution of melanopsin photoreceptors: discovery and characterization of a new melanopsin in nonmammalian vertebrates. PLoS Biol. 2006 Jul;4(8):e254.

Graham DM, Wong KY, Shapiro P, Frederick C, Pattabiraman K, Berson DM. (2008). Melanopsin ganglion cells use a membrane-associated rhabdomeric phototransduction cascade. J. Neurophysiol. 99:2522-2532.

Güler AD, Ecker JL, Lall GS, Haq S, Altimus CM, Liao HW, Barnard AR, Cahill H, Badea TC, Zhao H, Hankins MW, Berson DM, Lucas RJ, Yau KW, Hattar S. (2008) Melanopsin cells are the principal conduits for rod-cone input to non-image-forming vision. Nature 453:102-105.