The hypothalamic photoreceptors regulating seasonal reproduction in birds: A prime role for VA opsin

Abstract

Extraretinal photoreceptors located within the medio-basal hypothalamus regulate the photoperiodic control of seasonal reproduction in birds. An action spectrum for this response describes an opsin photopigment with a λmax of ∼ 492 nm. Beyond this however, the specific identity of the photopigment remains unresolved. Several candidates have emerged including rod-opsin; melanopsin (OPN4); neuropsin (OPN5); and vertebrate ancient (VA) opsin. These contenders are evaluated against key criteria used routinely in photobiology to link orphan photopigments to specific biological responses. To date, only VA opsin can easily satisfy all criteria and we propose that this photopigment represents the prime candidate for encoding daylength and driving seasonal breeding in birds. We also show that VA opsin is co-expressed with both gonadotropin-releasing hormone (GnRH) and arginine-vasotocin (AVT) neurons. These new data suggest that GnRH and AVT neurosecretory pathways are endogenously photosensitive and that our current understanding of how these systems are regulated will require substantial revision.

“Seasonal changes in the neuroendocrine system”: Some reflections

“…One suspects it also occurs within the machinery driving migration but experimental evidence are not yet available. which contain melanopsin (OPN4) (Peirson et al, 2009;Garcia-Fernandez et al, 2015). It is these cells that pass irradiance information to the clock within the SCN and so alter melatonin secretion.…”

Avian central clocking system

“…Obydwie drogi odbioru bodźców świetlnych dotyczą głównie vSCN. Trzecia droga, bezpośrednia, jest powiązana z mSCN, który odbiera bodźce świetlne poprzez fotoreceptory zlokalizowane w sąsiednich obszarach mózgu -głównie w rejonach jąder przegrodowym bocznym, przedsuteczkowym, uzdeczek i przykomorowym (11,29,45). Dotychczas opisano tam obecność Opn2, Opn4, Opn5 oraz VA-opsyny i prawdopodobnie Cry, wykazując różnice gatunkowe w rozmieszczeniu poszczególnych opsyn, np.…”

“…Dotychczas opisano tam obecność Opn2, Opn4, Opn5 oraz VA-opsyny i prawdopodobnie Cry, wykazując różnice gatunkowe w rozmieszczeniu poszczególnych opsyn, np. u kury Opn4 występuje w jądrze uzdeczek i w ją-drze przegrodowym bocznym, zaś u indyka w jądrze przedsuteczkowym (14,29,45,65). Dwie izoformy VA-opsyn (VAL-opsyny i VAS-opsyny) zlokalizowano u kury, natomiast nie znaleziono żadnej z nich u badanych gatunków ptaków śpiewających (55).…”

“…wątroby, mięśni, serca, płuc (14). SCN powszechnie jest uważany za główny oscylator zawiadujący sezonową reprodukcją u ptaków (14,29,45,55,56). Szyszynka U ptaków, w przeciwieństwie do ssaków, szyszynka jest światłoczuła, zlokalizowana między międzymó-zgowiem a móżdżkiem, tuż pod półprzezroczystą w tym miejscu czaszką (57,74,(76)(77)(78).…”

“…Usunięcie vCSN nie likwidowało rytmu aktywności lokomotorycznej u gołębia (26), zaś usunięcie mSCN zaburzało rytmiczną aktywność ruchową u wróbla (25,82) i przepiórki (80). SCN jest uważany za kluczowy oscylator zawiadujący dojrzewaniem płciowym oraz reprodukcją u ptaków, bowiem ani pinealektomia, ani enukleacja nie wpływała na sezonową rozrodczość u wróblowatych i przepiórki, zaś lezja regionów podwzgórza znosiła ten proces u przepiórki (29,45). Struktura i mechanizm działania CCS u ptaków są najbardziej złożone w porównaniu do pozostałych kręgowców i wykazują największe zróżnicowanie międzygatunkowe.…”