Рис. 1. Меланопсин встречается в небольшом числе клеток, расположенных в глубоких слоях сетчатки.Различные цвета соответствуют различной глубине, на которой находятся нейроны. Courtesy of Dr. Satchin Panda, Salk Institute for Biological Studies and Dr. James Fitzpatrick, Waitt Advanced Biophotonics Center. Фото с сайта newswise.com
Американские ученые обнаружили в сосудах мышей родственный родопсину белок, благодаря которому сосуды расслабляются под действием света. Возможно, этот механизм задействован в регуляции суточных ритмов различных физиологических процессов.
Родопсин — это светочувствительный зрительный пигмент, содержащийся в палочках сетчатки глаза морских беспозвоночных, рыб, почти всех наземных позвоночных и человека. Он относится к сложным белкам хромопротеинам. Благодаря этому белку возможно наше зрение. В состав родопсина входит модифицированная молекула витамина A, структура которой изменяется, когда на нее попадает свет. Это изменение структуры, в свою очередь, влияет на форму молекулы всего белка. Возникающий после этих изменений каскад, в котором участвует множество разных молекул, приводит к возникновению нервного импульса. Импульс передается из нейрона сетчатки, в которой находится родопсин, дальше — в головной мозг. Там из сигналов от многих нейронов сетчатки формируется изображение.
В сетчатке также был обнаружен другой светочувствительный пигмент, родственный родопсину, — меланопсин (см. Melanopsin). Он присутствует лишь в небольшом числе клеток и передает информацию об общей интенсивности света (рис. 1). Выяснилось, что даже люди с поражениями колбочек и палочек сетчатки могут благодаря меланопсину ощущать разницу в яркости света. Меланопсин менее чувствителен к свету, чем родопсин, и не способен дать хорошее пространственное разрешение, но выполняет функцию оценки изменений общей интенсивности света. Благодаря меланопсину работает зрачковый рефлекс — подстройка размера зрачка к условиям освещенности. Клетки, содержащие меланопсин, теперь относят к третьему типу светочувствительных клеток сетчатки, наряду с палочками и колбочками.
В статье, опубликованной недавно в журнале PNAS, сообщается, что меланопсин был обнаружен в сосудах мышей. Причем в сосудах его оказалось больше, чем в нейронах головного мозга, — то есть этот белок, в отличие от родопсина, функционирует в основном вне нервной системы. Известный еще с 50-х годов XX века эффект расслабления сосудов под действием света удалось объяснить действием меланопсина.
Сначала ученые подтвердили, что сосуды хвоста мыши расслабляются под действием яркого белого света, причем чем сильнее свет, тем сильнее расслабление. Еще больше был эффект, если использовали не белый свет, содержащий разные волны, а свет с определенной длиной волны — от 430 до 460 нанометров, то есть синего цвета. Под его действием эффект расслабления сосудов в хвосте мыши был наиболее выраженным. Также было показано, что при воздействии света в сосудах увеличивался кровоток.
Чтобы доказать, что расслабление сосудов мыши под действием света происходит именно благодаря меланопсину, ученые получили линию мышей, у которых не было такого белка. У мышей, не имевших меланопсина, сосуды хвоста не расслаблялись под действием света (рис. 2).
Рис. 2.A — расслабление сосудов мыши в отсутствие света (черный график) и под действием белого света (зеленый график). В — расслабление сосудов обычных мышей (зеленый график) и мышей, не имеющих меланопсина (красный график). Без меланопсина эффекта расслабления сосудов под действием света не наблюдалось. Изображение из обсуждаемой статьи в PNAS
Чтобы подтвердить, что в расслаблении сосудов не задействованы другие, ранее известные, системы, влияющие на тонус сосудов (действующие через оксид азота, монооксид углерода, вазоактивные простаноиды), исследователи применяли ингибиторы таких систем. Все они никак не повлияли на способность сосудов расслабляться под действием света. Таким образом, эта способность полностью обеспечивается молекулярной системой, напоминающей ту, что работает в сетчатке глаза.
Способность реагировать на изменение освещенности очень важна для животных — она необходима для правильного поддержания ежедневных ритмов активности и обмена веществ. Под действием света уменьшается дневная активность ночных животных, регулируются уровни гормонов, изменяется режим сна. Роль меланопсина в регуляции суточных ритмов уже была подтверждена раньше: у мышей, лишенных такого белка, соответствия активности циклам дня и ночи не наблюдалось. Однако каков механизм поддержания меланопсином суточных ритмов активности, оставалось не до конца ясно.
Обнаружение прямого пути воздействия света на тонус сосудов и поток крови может объяснить некоторые из эффектов влияния светового режима на физиологию. К примеру, известно, что кровяное давление млекопитающих начинает подниматься с утра, в чем также может быть задействована световая регуляция.
Благодаря обнаружению ранее неизвестного пути регуляции тонуса сосудов открываются перспективы разработки новых методов терапии заболеваний и патологических состояний сосудов, например болезненных спазмов или патологий, которые наблюдаются при диабете.
Источник: Gautam Sikka, G. Patrick Hussmann, Deepesh Pandey, Suyi Cao, Daijiro Hori, Jong Taek Park, Jochen Steppan, Jae Hyung Kim, Viachaslau Barodka, Allen C. Myers, Lakshmi Santhanam, Daniel Nyhan, Marc K. Halushka, Raymond C. Koehler, Solomon H. Snyder, Larissa A. Shimoda, and Dan E. Berkowitz. Melanopsin mediates light-dependent relaxation in blood vessels // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. Published online before print November 17, 2014. Doi:10.1073/pnas.1420258111.
Источник