Учёные выяснили, как клетки сетчатки реагируют на искусственный свет и регулируют циркадные ритмы

Гаджеты и компьютеры стали неотъемлемой частью современной жизни, и большинство людей проводит по несколько часов в день перед экранами или мониторами.

Между тем известно, что воздействие искусственного света негативно отражается на состоянии сетчатки глаз. Кроме того, специалисты связывают бесконтрольное использование гаджетов с бессонницей.

Но что же именно происходит в организме человека, когда он проводит время в компании "электронных друзей"?

Ответ нашла команда учёных из Института биологических исследований Солка (США). В ходе новой работы они выяснили, какие клетки отвечают за восприятие искусственного света, "перезагружают" наши внутренние часы и как именно это происходит.

"Мы постоянно подвергаемся [воздействию] искусственного освещения, исходящему, например, от мониторов, проводя весь световой день в помещении или бодрствуя поздней ночью. Такой образ жизни приводит к нарушениям наших циркадных ритмов и имеет пагубные последствия для здоровья", — отмечает один из ведущих авторов работы профессор Сачидананда Панда (Satchidananda Panda).

Специалисты поясняют, что клетки, которые проявляют особую чувствительность к искусственному свету и запутывают внутренние часы организма, входят в состав сетчатки. Последняя покрывает около 72% площади внутренней поверхности глазного яблока. Зрительная часть сетчатки состоит из десяти слоёв. Один из них и стал объектом нового исследования.

Клетки, о которых идёт речь, называются ганглионарными (или ганглиозными). Это третий тип фоторецепторов сетчатки глаза, наряду с палочками и колбочками.

Когда на ганглиозные клетки воздействует свет, они производят белок под названием мелонапсин (открытый, кстати, лишь около 20 лет назад). Он "сообщает" определённым участкам мозга информацию о том, что организму нужно бодрствовать.

По словам авторов работы, меланопсин играет ключевую роль в синхронизации наших внутренних часов, а процесс его выработки запускается уже после десяти минут воздействия искусственного освещения. Параллельно подавляется синтез так называемого гормона сна – мелатонина.

"По сравнению с другими светочувствительными клетками в глазах, клетки, производящие меланопсин, реагируют [на свет], пока он воздействует [на них], или даже на несколько секунд дольше. Это важно, потому что наши циркадные часы призваны реагировать только на длительное освещение (в течение дня, который затем сменяется ночью, – прим. ред.)", — поясняет соавтор работы Людовик Мур (Ludovic Mure).

Его команда использовала молекулярные инструменты для запуска производства меланопсина в клетках сетчатки мышей. В ходе экспериментов исследователи обнаружили, что некоторые из ганглиозных клеток обладают способностью реагировать на воздействие повторяющихся длинных световых импульсов (последние, судя по всему, имитировали свет мониторов).

Также учёные выяснили, что белки под названием аррестины (arrestin) работают не совсем так, как предполагалось. Считалось, что они тормозят активность некоторых рецепторов, определяющих ответ клеток после начала воздействия на них света. То есть аррестины должны были остановить выработку меланопсина (отключить команду "бодрствовать", отправляемую в мозг). В этом случае циркадные ритмы не были бы нарушены.

Однако специалисты с удивлением обнаружили, что на самом деле аррестины поддерживают производство меланопсина в ответ на длительное воздействие искусственного света.

У мышей, которым заблокировали производство какой-либо из двух версий белков (бета-аррестина 1 или бета-аррестина 2), клетки сетчатки, продуцирующие меланопсин, теряли чувствительность к свету при его длительном воздействии.

По словам авторов работы, выходит, что две версии аррестина поддерживают непрерывную выработку меланопсина в присутствии световой стимуляции.

"Один из белков выполняет свою привычную работу по остановке ответа, а другой помогает меланопсину в "перезагрузке" кофактора (молекулы-помощника, поддерживающие биологическую деятельность белка – прим. ред.). Когда эти два шага выполняются быстро, клетка, похоже, приобретает возможность реагировать на свет непрерывно, [пока длится его воздействие]", – рассказывает Панда.

Теперь, зная механизмы выработки "белка бодрствования" и её блокировки, исследователи намерены создать безопасный и эффективный способ контроля выработки меланопсина у людей. Терапия на основе такой методики пригодится в лечении бессонницы, мигрени, вызванной гиперчувствительностью к свету, и расстройств, связанных с нарушением циркадных ритмов (к слову, от последних зависят очень многие процессы – от метаболизма и выработки инсулина до когнитивной дисфункции).

Научная статья по итогам этой работы была опубликована в журнале Cell Reports.

Ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, как стимуляция "бабушкиных" нейронов помогает перенастроить биологические часы и почему всего одна бессонная ночь может привести к потере мышечной массы и изменениям в работе генов человека.

Также учёные сообщали о том, что меланопсин играет ключевую роль в восстановлении зрения, а генная терапия, запускающая производство этого белка, поможет победить слепоту.