Melanopsin
Melanopsin, auch OPN4 genannt,[1] ist ein Protein der Opsin-Familie, das Retinal als Chromophor bindet und damit zu einem lichtempfindlichen Molekül wird, einem Photopigment. Es wurde zuerst 1998 im Krallenfrosch (Xenopus laevis) identifiziert.[2] Bei diesem Tier kommt es in den Melanozyten der Haut, den Augen und im Gehirn vor. Bei Säugetieren wie Mäusen und dem Menschen wurde Melanopsin in speziellen Nervenzellen des Auges gefunden, wo es zur Registrierung der Umgebungshelligkeit dient.
| Melanopsin | ||
|---|---|---|
| Eigenschaften des menschlichen Proteins | ||
| Masse/Länge Primärstruktur | 478 Aminosäuren | |
| Sekundär- bis Quartärstruktur | multipass Membranrezeptor | |
| Bezeichner | ||
| Gen-Name | OPN4 | |
| Externe IDs | ||
| Vorkommen | ||
| Homologie-Familie | Opsin-4 | |
| Übergeordnetes Taxon | Wirbeltiere | |
Melanopsinsignale
Die Signale dieser Nervenzellen, auch intrinsisch photosensitive Ganglienzellen (intrinsically photosensitive retinal ganglion cells; ipRGCs) genannt, tragen zur Synchronisation der circadianen Rhythmik mit dem natürlichen Tag-Nacht-Zyklus bzw. dem sozialen Tag-Nacht-Rhythmus bei. Darüber hinaus steuern diese Signale auch die Produktion des Hormons Melatonin am Abend und in der Nacht,[3] sowie die Größe der Pupille mittels des Pupillenreflexes.[4]
Die photosensitiven Ganglienzellen stellen in der Netzhaut eine Untergruppe der retinalen Ganglienzellen (RGCs) dar und werden durch das gebildete Melanopsin selbst lichtsensitiv. Sie senden über Axone, die direkt zu den Nuclei suprachiasmatici (SCN) des Hypothalamus ziehen, anhaltende, die Helligkeit widerspiegelnde Signale, die als Zeitgeber für Taktzeichen endogener Rhythmen interpretiert werden. Untersuchungen zeigten insbesondere die Bedeutung von Melanopsin für die lichtabhängige Unterdrückung der Melatonin-Ausschüttung in der Epiphyse, und so dessen Zusammenhang mit Aufgaben der inneren Uhr. Beim Menschen enthält nur ein geringer Anteil der retinalen Ganglienzellen (etwa 1 %) Melanopsin.[5]
Spektrale Empfindlichkeit
Melanopsin hat eine breite spektrale Empfindlichkeit, mit einem Maximum bei rund 480 nm.[6] Das spektrale Helligkeitsempfinden im photopischen Bereich, dem die Photopsine enthaltenden der L- und M-Zapfenzellen des Auges zugrunde liegen, hat einen anderen Verlauf (siehe V-Lambda-Kurve). Seit 2018 liegen die spektralen Empfindlichkeiten für die Fotorezeptoren in der menschlichen Netzhaut durch die Internationale Beleuchtungskommission (CIE) in standardisierter Form vor.[7] Dies bedeutet auch, dass die Stärke der Melanopsinaktivierung etwa in der Lichtplanung nicht durch übliche Fotometer bestimmt werden kann.
Einzelnachweise
- UniProt Q9UHM6
- Provencio I, Jiang G, De Grip WJ, Hayes WP, Rollag MD: Melanopsin: An opsin in melanophores, brain, and eye. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 95, Nr. 1, Januar 1998, S. 340–5. doi:10.1073/pnas.95.1.340. PMID 9419377. PMC 18217 (freier Volltext).
- Abhishek S. Prayag, Raymond P. Najjar, Claude Gronfier: Melatonin suppression is exquisitely sensitive to light and primarily driven by melanopsin in humans. In: Journal of Pineal Research. Band 66, Nr. 4, Mai 2019, ISSN 0742-3098, S. e12562, doi:10.1111/jpi.12562 (wiley.com [abgerufen am 27. Januar 2020]).
- Manuel Spitschan: Photoreceptor inputs to pupil control. In: Journal of Vision. Band 19, Nr. 9, 15. August 2019, ISSN 1534-7362, S. 5, doi:10.1167/19.9.5, PMID 31415056, PMC 6699792 (freier Volltext) – (arvojournals.org [abgerufen am 27. Januar 2020]).
- Nasir-Ahmad S, Lee SCS, Martin PR, Grünert U: Melanopsin-expressing ganglion cells in human retina: Morphology, distribution, and synaptic connections. In: J Comp Neurol. 527, Nr. 1, Januar 2019, S. 312–327. doi:10.1002/cne.24176. PMID 28097654.
- Bailes HJ, Lucas RJ: Human melanopsin forms a pigment maximally sensitive to blue light (λmax ≈ 479 nm) supporting activation of G(q/11) and G(i/o) signalling cascades. In: Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences. 280, Nr. 1759, Mai 2013, S. 20122987. doi:10.1098/rspb.2012.2987. PMID 23554393. PMC 3619500 (freier Volltext).
- CIE System for Metrology of Optical Radiation for ipRGC-Influenced Responses to Light. International Commission on Illumination, 12. Dezember 2018, doi:10.25039/s026.2018.
