Lichtempfindliche Augenzellen bestimmen 24-Stundenrhythmus

Photorezeptoren unterscheiden sich in Lage und Aussehen von Stäbchen und Zapfen

Seit beinahe 150 Jahre gelten für Forscher Stäbchen und Zapfen als die einzigen Fotorezeptoren im Auge – Zellen die Lichtenergie in elektrische Impulse umwandeln. Wissenschaftler der Brown University haben nun neue Zellen im Auge entdeckt, die wie Fotorezeptoren agieren und den 24-Stundenrhythmus mitzubestimmen scheinen. Die lichtempfindlichen Zellen könnten erklären, dass auch blinde Menschen ihre innere Uhr auf den Tag-Nacht-Ryhtmus einstellen. Diese regelt nicht nur Schlaf und Aufmerksamkeit, sondern auch die Körpertemperatur.

Die Zellen liegen im Gegensatz zu den Stäbchen und Zapfen tiefer in der Netzhaut (Retina) und unterscheiden sich deutlich im Aussehen. Die Einzelzelle trägt den Namen „intrinsically photosensitive ganglion cell“. Die Zellen wandeln Lichtenergie direkt in Gehirnsignale um, die bei Forschern als die eigentlichen Regler des 24-Stundenrhythmus gelten. Dieser retinale Impuls hilft u.a. Reisende aus dem Jetlag.

Die neuen Zellen wurden in der Netzhaut von Ratten gefunden. Sie entsenden Nervenfasern über den Sehnerv und stellen eine Verbindung zur betreffenden Region im Gehirn her. „Diese Zellart spielt nicht nur eine Rolle im Tagesrhythmus, sondern übt vermutlich auch dort eine Funktion aus, wo das Gehirn wissen muss, wie hell es ist“, erklärte Studienleiter David Berson. Das visuelle System läuft laut Berson parallel zum bereits seit Jahren bekannten. „Nun muss überdacht werden, wie die Netzhaut funktioniert und das Gehirn Abläufe in der Sehwelt versteht“, so der Neurowissenschaftler weiter.

Das Team um Berson untersuchte diese Zellen, um festzustellen, warum Menschen funktionsgemäß blind sind, also ihre Stäbchen und Zapfen nicht arbeiten, und dennoch ihren biologischen Rhythmus an den Tag-Nacht-Wechsel adaptieren können. In Experimenten injizierten sie einen fluoreszierenden Farbstoff in einen kleinen Bereich des Rattengehirns, der den 24-Stundenrhyhtmus regelt. Die Farbe erreichte die neu entdeckten Photorezeptoren im Auge. Anschließend sammelten die Forscher die farbgefüllten Zellen und maßen ihre elektrische Aktivität. Es zeigte sich, dass die Zellen unabhängig, ob sie mit der Retina oder dem Gehirn verbunden waren, auf das Licht reagierten. „Somit ist die Reaktion auf das Licht direkt in der Zelle begründet. Die Wahrscheinlichkeit, dass derselbe Zelltyp auch bei Menschen vorkommt, ist sehr groß“, resümierte der Forscher.