Die Ergebnisse, die am 27. November 2018 in Cell Reports veröffentlicht wurden, können zu neuen Behandlungen für Migräne, Schlaflosigkeit, Jetlag und zirkadiane Rhythmusstörungen führen, die mit kognitiven Funktionsstörungen, Krebs, Fettleibigkeit, Insulinresistenz, metabolischem Syndrom und mehr in Verbindung gebracht wurden.”Wir sind ständig künstlichem Licht ausgesetzt, sei es durch die Bildschirmzeit, den Tag drinnen zu verbringen oder spät in der Nacht wach zu bleiben”, sagt Salk-Professor Satchin Panda, leitender Autor der Studie. “Dieser Lebensstil führt zu Störungen unserer zirkadianen Rhythmen und hat schädliche Folgen für die Gesundheit.”Die Rückseite unserer Augen enthält eine sensorische Membran namens Retina, deren innerste Schicht eine winzige Subpopulation lichtempfindlicher Zellen enthält, die wie Pixel in einer Digitalkamera funktionieren. Wenn diese Zellen fortlaufendem Licht ausgesetzt sind, regeneriert sich ein Protein namens Melanopsin kontinuierlich in ihnen und signalisiert dem Gehirn direkt Umgebungslicht, um Bewusstsein, Schlaf und Wachsamkeit zu regulieren. Melanopsin spielt eine zentrale Rolle bei der Synchronisation unserer inneren Uhr nach 10 Minuten Beleuchtung und unterdrückt bei hellem Licht das Hormon Melatonin, das für die Regulierung des Schlafes verantwortlich ist.”Im Vergleich zu anderen lichtempfindlichen Zellen im Auge reagieren Melanopsinzellen so lange, wie das Licht anhält, oder sogar einige Sekunden länger”, sagt Ludovic Mure, Mitarbeiter und Erstautor der Studie. “Das ist kritisch, weil unsere zirkadianen Uhren so konzipiert sind, dass sie nur auf längere Beleuchtung reagieren.”

In der neuen Arbeit verwendeten die Salk-Forscher molekulare Werkzeuge, um die Produktion von Melanopsin in Netzhautzellen bei Mäusen einzuschalten. Sie entdeckten, dass einige dieser Zellen die Fähigkeit haben, Lichtreaktionen aufrechtzuerhalten, wenn sie wiederholten langen Lichtimpulsen ausgesetzt werden, während andere desensibilisiert werden.Herkömmliche Weisheit hat gehalten, dass Proteine, die Arrestine genannt werden, die die Aktivität bestimmter Rezeptoren stoppen, die lichtempfindliche Reaktion der Zellen innerhalb von Sekunden nach dem Einschalten der Lichter stoppen sollten. Die Forscher waren überrascht, dass Arrestine tatsächlich notwendig sind, damit Melanopsin weiterhin auf längere Beleuchtung reagiert.Bei Mäusen, denen eine der beiden Versionen des Arrestinproteins (Beta-Arrestin 1 und Beta-Arrestin 2) fehlte, konnten die Melanopsin produzierenden Netzhautzellen ihre Lichtempfindlichkeit bei längerer Beleuchtung nicht aufrechterhalten. Der Grund dafür ist, dass Arrestin Melanopsin hilft, sich in den Netzhautzellen zu regenerieren.”Unsere Studie legt nahe, dass die beiden Arrestine die Regeneration von Melanopsin auf besondere Weise erreichen”, sagt Panda. “Ein Arrestin erledigt seine herkömmliche Aufgabe, die Reaktion zu stoppen, und das andere hilft dem Melanopsin-Protein, seinen retinalen lichtempfindlichen Cofaktor neu zu laden. Wenn diese beiden Schritte schnell hintereinander ausgeführt werden, scheint die Zelle kontinuierlich auf Licht zu reagieren.”Durch ein besseres Verständnis der Wechselwirkungen von Melanopsin im Körper und der Reaktion der Augen auf Licht hofft Panda, neue Ziele zu finden, um verzerrten zirkadianen Rhythmen entgegenzuwirken, die beispielsweise durch künstliche Beleuchtung verursacht werden. Zuvor entdeckte Pandas Forschungsteam, dass Chemikalien, die Opsinamide genannt werden, die Aktivität von Melanopsin bei Mäusen blockieren könnten, ohne deren Sehvermögen zu beeinträchtigen, und bot einen potenziellen therapeutischen Weg, um die Lichtüberempfindlichkeit von Migränepatienten zu bekämpfen. Als nächstes wollen die Forscher Wege finden, Melanopsin zu beeinflussen, um die inneren Uhren zurückzusetzen und bei Schlaflosigkeit zu helfen.Diese Arbeit wurde vom Leona M. und Harry B. Helmsley Charitable Trust, den National Institutes of Health und der Glenn Foundation unterstützt.

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