Onderzoek onthult de impact van licht op het metabolisme buiten het circadiane ritme

In een recent perspectiefartikel gepubliceerd in het tijdschrift Normaal metabolismeChinese onderzoekers bespraken bewijs uit recente onderzoeken over het niet-circadiaanse effect van lichtgebrek of blootstelling aan metabolische activiteiten zoals thermogenese of glucosehomeostase op een manier die niet circadiaans afhankelijk is.

Standpunt: Circadiaanse-onafhankelijke lichtregulatie van het metabolisme van zoogdieren. Afbeelding tegoed: Vetri/Shutterstock

Lichte ontvangst

Zonlicht is de energiebron die de meeste ecosystemen van brandstof voorziet, aangezien primaire producenten of autotrofen energie uit licht verzamelen om biomassa te produceren die de meeste heterotrofen voedt. Hoewel dieren niet rechtstreeks energie uit licht halen, helpen fotoreceptoren die opsins in chromoforen en perifere weefsels tot uitdrukking brengen hen bovendien licht te voelen, dat dient als een omgevingssignaal voor verschillende biologische functies.

Zoogdiersystemen zijn grotendeels afhankelijk van het oog, dat staaf- en kegeltjes bevat, om licht waar te nemen. Waarnemingen van lichtdetectie bij dieren die geen functionele staaf- en kegelopsins hebben, hebben echter geleid tot de ontdekking van lichtgevoelige retinale ganglioncellen (ipRGC's). Via niet-visuele melanopsine, een primitieve en evolutionair geconserveerde lichtsensor, moduleren ipRGC's processen zoals stemmingsregulatie en pupilreflexen.

Hoewel ipRGC's betrokken zijn bij het controleren van het circadiane ritme via de suprachiasmatische kern in de hypothalamus, hebben recente onderzoeken aangetoond dat ipRGC's ook betrokken zijn bij het verzenden van optische signalen naar andere delen van de hersenen, zoals de centrale amygdala en de supraoptische kern. Het is bekend dat deze routes, onafhankelijk van de suprachiasmatische kern van de hypothalamus, een breed scala aan niet-dagelijkse functies mediëren, van hersenontwikkeling tot glucosehomeostase.

Licht 's nachts

Circadiaanse ritmes zijn gebaseerd op dag-nachtcycli van 24 uur, en blootstelling aan kunstlicht 's nachts verstoort verschillende fysiologische kenmerken, waarvan sommige ritmisch zijn, zoals metabolisme, thermoregulatie, slaap en voortbeweging. Bewijs van personen die avond- of nachtdiensten draaien, laat zien dat licht de dominante omgevingsfactor is die de interne circadiane activiteiten bepaalt.

Hoewel de bemiddeling van fotocodering door de suprachiasmatische kern in de hypothalamus niet volledig wordt begrepen, suggereert huidig ​​onderzoek dat de twee mogelijke routes waarmee de hypothalamus circadiane informatie naar perifere weefsels verzendt, plaatsvinden via de uitscheiding van hormonen zoals melatonine en het zenuwstelsel . .

Hoewel fototraining gebaseerd is op circadiane blootstelling aan licht en dagcycli, kunnen experimenten met blootstelling aan kunstlicht 's nachts ook worden gebruikt om de effecten van blootstelling aan licht te begrijpen, anders dan die gereguleerd door de circadiane klok.

Niet-circadiaanse regulatie door ipRGC's

Studies met rattenmodellen hebben aangetoond dat zelfs bij afwezigheid van melatonine blootstelling aan kunstlicht 's nachts pleiotrope veranderingen in metabolische processen veroorzaakt, zoals de secretie van corticosteron, glucosetolerantie, gluconeogenese, regulering van de kerntemperatuur, voedselinname en voortbeweging. Er wordt aangenomen dat sommige van deze processen verlopen via hypothalamische projecties naar de paraventriculaire kern van de hypothalamus, een neuro-endocrien centrum.

Virale tracerstudies bij knaagdieren hebben ook aangetoond dat ipRGC's andere hersengebieden innerveren, zoals de supraoptische kern en het preoptische gebied van de hypothalamus, die respectievelijk de hersenontwikkeling en NREM-slaap mediëren via slaaponafhankelijke neuro-endocriene processen. Suprachiasmatische kern in de hypothalamus.

Door acute blootstelling aan blauw licht is de supraoptische kern ook betrokken bij de remming van de sympathische regulatie van bruin vetweefsel, een proces dat essentieel is voor het systemische metabolisme en energieverbruik. Als gevolg hiervan wordt de door glucose geïnduceerde thermogenese onderdrukt en de glucosetolerantie verminderd, wat de negatieve associatie tussen blootstelling aan nachtelijk licht en diabetes kan verklaren.

ipRGC-onafhankelijke lichtperceptiepaden

Opsins worden ook aangetroffen in extraoculaire gebieden, zoals niet-visuele neuropsine, dat tot expressie komt in het preoptische gebied van de hypothalamus. Uit onderzoek met muismodellen is gebleken dat neuropsine gevoelig is voor licht met een korte golflengte en de thermogenese reguleert waarbij bruin vetweefsel betrokken is. Deze resultaten suggereren ook de mogelijkheid om fototherapie te gebruiken om obesitas en andere stofwisselingsstoornissen te behandelen.

Verschillende andere meningen komen tot uiting in perifere organen en weefsels bij muizen en mensen, wat erop wijst dat lichtperceptie ook via perifere weefsels kan plaatsvinden. De huid is een goed voorbeeld van de reactie op UV-straling door de vorming van melanine.

Uit onderzoek bij muizen is ook gebleken dat vetweefsel in staat is tot fotoreceptie, waarbij panopsine of encefalopsine adaptieve thermogenese in bruin vetweefsel en lipolyse in wit vetweefsel bemiddelen.

Conclusies

Over het geheel genomen gaf het artikel een gedetailleerde discussie over het effect van blootstelling aan of gebrek aan licht op verschillende metabolische processen in zoogdiersystemen via niet-circadiaanse routes. Deze routes omvatten op melanopsine gebaseerde routes waarbij de suprachiasmatische kern van de hypothalamus betrokken is en routes waarbij niet-zichtbare opsins die tot expressie worden gebracht in perifere weefsels direct worden gestimuleerd om metabolische processen zoals thermogenese, voedselinname, glucosemetabolisme en melanogenese te reguleren.