Melanopsin-expressing retinal ganglion cells and their effect on the regulation of the circadian rhythm

Siatkówka będąca częścią oka odpowiedzialną za proces widzenia, zawiera wiele warstw komórek różnych typów. Jedynymi neuronami siatkówki zdolnymi do wysyłania aksonalnych projekcji do mózgu są komórki zwojowe. Niewielka subpopulacja tych komórek jest zdolna do ekspresji wywodzącego się z witaminy A światłoczułego barwnika, czyli melanopsyny. Najnowsze badania ujawniły heterogenność tej grupy komórek. Ich różnorodność zaznacza się zarówno w morfologii, jak i fizjologii. Dzięki wykorzystaniu genetycznych modeli mysich udało się wyróżnić trzy główne typy melanopsynowych komórek zwojowych: M1, M2 i M3. Te samoistnie światłoczułe komórki stanowią trzeci typ fotoreceptorów oka. Uczestniczą w procesie widzenia dzięki otrzymywaniu sygnałów z standardowych fotoreceptorów: czopków i pręcików, oraz wysyłają potencjały czynnościowe do mózgu. Ponadto ich projekcje do przedpokrywowego jądra oliwki kontrolującego odruch źreniczny tłumaczą, dlaczego ten odruch występuje nawet w przypadkach, gdy siatkówka nie zawiera pręcików i czopków. Jednak najważniejszym zadaniem melanopsynowych komórek zwojowych jest absorbcja światła potrzebnego do synchronizacji rytmów okołodobowych, będących biologicznymi cyklami o okresie około doby. Wiele ważnych fizjologicznych parametrów takich, jak temperatura ciała, poziomy hormonów czy sen, są regulowane przez wewnętrzny zegar działający na podstawie wykrywania zmian w natężeniu i jakości światła. Dzienne oscylacje są kontrolowane przez nadrzędny zegar biologiczny, czyli jądra nadskrzyżowaniowe podwzgórza. Struktura ta otrzymuje drogą siatkówkowo podwzgórzową informacje o parametrach światła, które przekształcane są na potencjały elektryczne przez komórki zwojowe.

Retina, the part of the eye responsible for a vision process consists of many layers of different cell types. The only neurons in the retina able to send axonal projections to the brain are ganglion cells (RGCs). A small subpopulation of RGCs can express a unique, vitamin-A based photopigment called melanopsin. Latest researches revealed heterogeneity of that population. The diversity is manifested in both morphology and physiology. The use of genetic mouse models made it possible to distinguish three main ipRGCs subtypes which are M1, M2 and M3. Intrinsically photosensitive cells (ipRGCs) involved in the mediation of physiological responses to the light, constitute the third photoreceptor system. They participate in an image forming process by receiving signals from conventional photoreceptors: rods and cones and transmitting the action potentials to the brain. Furthermore their projections to the olivary pretecal nucleus (OPN) control the pupillary light reflex. This fact explains why this reflex persists even in coneless and rodless eyes. However, the most important task of ganglion cells is to synchronize the circadian rhythms, which are biological cycles having a period of about day. A lot of important physiological parameters such as body temperature, hormone levels and sleep are regulated by an endogenous clock based on detecting changes in the quantity and quality of light. Daily oscillations are controlled by a master circadian peacemaker, the suprachiasmatic nuclei (SCN), located in the hypothalamus. From ipRGCs, through monosynaptic pathway called retinohypothalamic tract, this structure receives electromagnetic radiation converted into transmembrane receptor potentials.