Lens crystallina: Melanopsin, Melatonin, Vitamin C, Crystallinproteine und …

Peter Heilig 

Die Lens crystallina – ausgeliefert immer stärker überdosierten Lichtbombardements samt potenziell phototoxischen UV-Strahlen, metabolischen Syndromen und weiteren Noxen – übt oft erstaunlich lange ungetrübt ihre Funktion aus. Wie ist dies zu erklären?

Die Linse kann Trübungen mit Antioxidanzien verzögern oder sogar verhindern und mit Oxysterol, VP-001 (Compound 29) α-Crystallin-B (cryAB) binden und stabilisieren, eine Katarakt vielleicht rückgängig machen (ad Reversibilität: Audiatur etiam altera pars [2]). Das α-Crystallin, ein strukturelles Protein in Vertebratenlinsen, garantiert Transparenz samt unbeeinträchtigten Refraktionseigenschaften und verhindert (samt dem Co-Faktor NADPH) Denaturierungen sowie Proteinaggregation durch zum Beispiel Hitze oder sogenannte chaotrope Substanzen. Nur am Rande erwähnt: cryAB spielt eine Rolle bei Ischämie und Reperfusion, es wirkt kardioprotektiv.

Melanopsin, ein Phospholipase C (PLC) linked Membran-Protein, verschwägert quasi mit dem Melanopsin der „intrinsically photosensitive Retinal Ganglion Cells“ (ipRGC), wurde auch in den humanen Linsenepithelzellen gefunden. Das Corpus ciliare (MT2 und MT3-Rezeptoren) produziert Melanopsin synchron im zirkadianen Takt der inneren Uhren (besser gesagt der inneren Metronome) des suprachiasmatischen Nucleus (SCN) im Diencephalon, abhängig vom „Photoentrainment“, in erster Linie durch das kurzwellige Band im sichtbaren Spektrum.

Schutz vor freien Radikalen

Melanopsin und Melatonin, „wide spectrum antioxadants“, gelangen via Kammerwasser zur Linse. Melatoninrezeptoren der Linse beeinflussen über Antioxidanzien Ionenströme und Elektrolyte sowie freie Radikale und verringern so die Gefahr der Kataraktogenese. Melatonin wird aus Serotonin synthetisiert: Katalyse durch das Enzym Aralkylamine N-Acetyltransferase (AANAT), durch N-Acetyl-Serotonin (NAS) und durch das Enzym Hydroxyindole-O-Methyltransferase (HIOMT). Vorgeschaltete Filter( zwischen 460 nm und 480 nm) schützen die Linse vor freien Radikalen und fördern die Melatoninproduktion.

Der Blaufilter des OP-Mikroskops, Nebel-, Piloten- und Schießbrillen, gelbe Intraokularlinsen, gelbe Brillen im Low-Vision-Management oder Gelbfilter bei zarten Linsentrübungen – um den Kontrast zu erhöhen, das Fortschreiten von Trübungen zu bremsen und den Augendruck, aber auch systemische Parameter wie den Blutdruck günstig zu beeinflussen, sind einige Beispiele für positive Einflüsse des gelben Lichts (das Glühbirnen- oder Halogenspektrum – bereits Geschichte – Tageslichtleuchtmittel etc.). Die Sorge, dass zu wenig kurzwelliges Licht via ipRGC aufgenommen wird, ist in unseren bläulich-weiß illuminierten Anthropozän-Szenarien kaum berechtigt. Das offenbar physiologische Gelb alternder Linsen verbessert das Kontrastsehen, reduziert Blendungen und schützt vor Lichtschäden. Schon Goethe sang dem Gelb ein Loblied; das Blau kam weniger gut weg in seiner Farbenlehre.

Die Melatoninsynthese in der Linse kann  den  Melatoninspiegel  imKammerwasser beeinflussen; auch der intraokulare Druck tut dies: Erhöhte Melatoninkonzentrationen sind die Antwort auf erhöhten Augendruck: „Elevation in IOP may trigger the activation of a TRPV4 channel, this being the reason of melatonin rise.“ [4]

Besonders eindrucksvoll ließ sich der Gelbfiltereffekt auf die Melatoinsekretion und den intraokulären Druck im Tierversuch demonstrieren: „Keeping the rabbits under the yellow filter resulted in a decrease in IOP up to 43.8±7.8 % (!) after three weeks. This effect was reversed after the topical application of selective and nonselective melatonin receptors antagonists, 4PPDOT and luzindole.“ [8]

Vitamin C gegen Linsentrübungen

Vitamin C ist ein weiterer potenzieller Mitstreiter im Kampf gegen Linsentrübungen: Etwa 50-fach höher (!) als im Plasma ist die L- Ascorbat-Konzentration in der Linse und im Kammerwasser. Als physiologischer Sonnenschirm schützt es sowohl die Linse als auch weitere Strukturen vor photooxidativen (z. B. UV-) Schäden und erhöht die antioxidative Gesamtkapazität. Die Vitamin-C-Spiegel des Kammerwassers nachtaktiver Tiere sind niedriger als die der diurnen Spezies Mensch.

Im Alter sinkt die Vitamin-C-Konzentration in Linse und Kammerwasser, offenbar parallel mit einer höheren Kataraktinzidenz. Durch diätetische Vitamin-C-Gaben erhöhen sich die Vitaminkonzentrationen in Linse, Kammerwasser und Glaskörper: „Vitamin C is effective in scavenging or quenching the superoxide radical anion, hydrogen peroxide, hydroxyl radical, singlet oxygen, and reactive nitrogen oxide – and in protection against light induced oxidative damage to the Na+K+ATPase pump.“ [5]

Ein gestörtes Gleichgewicht lentikulärer Proteome, point-mutierter α-, b-, oder y-Crystallinproteine sowie veränderte Crystallinprotein-Interaktionen  verursachen letztendlich die Präzipitation aller  übrigen   Crystallinproteine, im Klartext – Kataraktogenese. Gestörtes Gleichgewicht spielt auch eine Rolle bezüglich wenig erforschter Zusammenhänge wie etwa der Rolle des Spermidins, welches Linsentrübungen  verzögern kann – durch das Unterdrücken des Transglutaminase-catalyzed crystallin cross-linking Protein (in vitro). Rascher Spermidin- Abfall begleitet die Zunahme von Linsentrübungen (post hoc ergo propter hoc?).

Epilog

Epilog, jedoch keinesfalls abschließend: Die Lens crystallina, unverdient unterschätzt, im Extremfall ein Wegwerfartikel, verspricht weiterhin  Überraschungen.

Literatur:

1. Molnar KS et al (2019) Mechanism of Action of VP1-001 in cryAB(R120G) Associated and Age-Related Cataracts; Invest Ophthalmol Vis Sci 60(10):3320-3331.
2. Daszynski DM et al (2019) Failure of Oxysterols Such as Lanosterol to Restore Lens Clarity from Cataracts; Sci Rep 11;9(1):8459.
3. Rao PV et al (2021) Chaperone-like Activity of alpha-Crystallin J Biol Chemistry 269,18, 13266-13272
4. Alkozi HA et al (2017) Presence of melanopsin in human crystalline lens epithelial cells and its role in melatonin synthesi Experimental Eye Research
5. Lim JC et al (2020) Vitamin C and the Lens: New Insights into Delaying the Onset of  Cataract.  Nutrients  14;
6. Schmid PWN et al.: (2021) Imbalances in the eye lens proteome are linked to cataract formation; Nature, Structural & Molecular Biology 28, 143- 151
7. Lentini A et al (2011) Spermidine delays eye lens opacification in vitro by suppressing transglutaminasecatalyzed crystallin cross-linking Protein J 30(2):109-14.
8. Lledó VE et al (2019) Yellow Filter Effect on Melatonin Secretion in the Eye: Role in IOP Regulation. Curr Eye Res. 14:1-5.

Interessenkonflikt:

Der Autor erklärt, dass bei der Erstellung des Beitrags kein Interessenkonflikt im Sinne der Empfehlung des International Committee of Medical Journal Editors bestand.

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Katharina und Peter Heilig
VIDEO ON DEMAND: KUNSTLICHT IN UNSEREN AUGEN:
https://youtu.be/k9k_wG5lacA

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