Estudio descubre nuevas complejidades sinápticas en la retina
Las neuronas aumentan su capacidad de procesamiento combinando transformaciones lineales y no lineales en sus dendritas. Aunque normalmente el procesamiento no se asocia con sinapsis individuales, la sinapsis de los fotorreceptores conos puede ser una excepción. En esta sinapsis, las tensiones graduales modulan temporalmente la fusión de vesículas en alrededor de 20 zonas activas de la cinta del cono. El transmisor fluye entonces hacia un volumen común sin células gliales donde las dendritas de células bipolares están organizadas por tipo en diferentes niveles.
Utilizando microscopía de superresolución y rastreando la fusión de vesículas y las respuestas postsinápticas a nivel cuántico en la ardilla terrestre de trece rayas, se demuestra que ciertos tipos de células bipolares responden a eventos de fusión individuales en la corriente de vesículas, mientras que otros tipos responden a grados de eventos localmente coincidentes, creando un gradiente a través de niveles que son cada vez más no lineales. Las no linealidades surgen de una combinación de factores específicos para cada tipo de célula bipolar, incluyendo la distancia de difusión, el número de contactos, la afinidad del receptor y la proximidad a los transportadores de glutamato. Los cálculos complejos relacionados con la detección de características comienzan dentro de la primera sinapsis visual.
– Neuronas: células nerviosas que transmiten información en el sistema nervioso.
– Dendritas: extensiones ramificadas de las neuronas que reciben información de otras células nerviosas.
– Sinapsis: conexión entre dos neuronas o entre una neurona y una célula objetivo, donde se transmite información.
– Vesículas: pequeñas estructuras que contienen neurotransmisores y se liberan en la sinapsis para transmitir información.
– Glutamato: neurotransmisor excitatorio que se libera en muchas sinapsis del cerebro.
– Microscopía de superresolución: técnica de microscopía que permite obtener imágenes con una resolución mucho mayor que la resolución límite teórica.
Un estudio de la Northwestern Medicine ha descubierto nuevos mecanismos celulares en la retina que podrían contribuir al desarrollo de terapias específicas para enfermedades y problemas que afectan a la visión, según los resultados publicados en Nature Communications.
Las sinapsis de los conos de la retina ayudan al cerebro a procesar los cambios de luz. Se trata de una sinapsis única, ya que ha evolucionado para señalar los cambios en la intensidad de la luz, explica el Dr. Steven DeVries, catedrático de Oftalmología y autor principal del estudio.
«De forma contraintuitiva, la liberación de neurotransmisores de los conos es alta en la oscuridad y se reduce con la luz. Cuando la luz es más brillante, la reducción es mayor. Cuando la luz es más tenue, la reducción es menor; su funcionamiento es distinto al de la mayoría de las sinapsis, que utilizan un aumento de la liberación de transmisores para señalar potenciales de acción digitales de todo o nada», explica DeVries.
A diferencia de la mayoría de las sinapsis cerebrales, cada una de las sinapsis de los conos está conectada a más de una docena de tipos distintos de neuronas postsinápticas, las células bipolares, que transmiten información en paralelo a la retina interna. En la retina interna, estos flujos paralelos no sólo contribuyen a la visión consciente, sino también a procesos subconscientes como la estabilización de la mirada.
En este estudio, en el que se utilizaron retinas de mamíferos no humanos, los investigadores emplearon primero microscopía de superresolución para cartografiar la ubicación de los puntos de liberación de transmisores, las proteínas de recaptación de transmisores y los contactos postsinápticos en la sinapsis de los conos. A continuación, utilizaron un método denominado «contabilidad sináptica» para relacionar la cantidad de transmisor liberado por un cono con las respuestas de cada tipo de célula bipolar postsináptica.
«El transmisor se libera en paquetes o cuantos cuando una vesícula se fusiona con la membrana presináptica. Dado que la mayoría de las sinapsis implican contactos directos uno a uno a través de una estrecha hendidura, se supone que un cuanto detectado equivale a un cuanto liberado. La sinapsis de cono tiene un diseño diferente que anula esta suposición. Hemos desarrollado una forma de estimular un cono y contar las vesículas que se liberan, contando al mismo tiempo el número de vesículas que detecta la neurona postsináptica», explica DeVries.
Utilizando estas técnicas, los investigadores demostraron que ciertos tipos de células bipolares responden a eventos de fusión individuales y a cuantos totales, mientras que otros tipos responden a grados de eventos localmente coincidentes, creando una suma no lineal. Estas diferencias se deben a una combinación de factores específicos de cada tipo de célula bipolar, como la distancia de difusión, el número de contactos, la afinidad de los receptores y la proximidad a los transportadores.
«La retina externa utiliza la misma caja de herramientas que el resto del sistema nervioso central, como vesículas, zonas de liberación sináptica y receptores postsinápticos, pero organiza estos elementos de formas novedosas para lograr un tipo de procesamiento diferente y muy localizado. El procesamiento analógico también se encuentra en el árbol dendrítico de las neuronas del sistema nervioso central, donde se produce la mayor parte del cálculo, tanto lineal como no lineal», explica DeVries.
Según DeVries, uno de los próximos pasos de su equipo consiste en utilizar un tipo nuevo y más potente de microscopía de superresolución para determinar los componentes proteínicos que forman las sinapsis de los conos.
«Una de las formas en que las distintas células bipolares dividen la señal de los conos es que algunas de ellas son muy sensibles a señales pequeñas y otras requieren señales fuertes para responder; la célula bipolar de ‘señal fuerte’ o umbral alto tiene un tipo único de receptor postsináptico insensible. También nos gustaría identificar este receptor», afirma DeVries.
La imagen (a) muestra una matriz de terminales de fotorreceptores cónicos etiquetados para PSD95 (una proteína asociada a la densidad postsináptica), los receptores de glutamato pertenecientes a un tipo de célula bipolar (una célula del sistema nervioso que recibe información de los fotorreceptores y la transmite a las células ganglionares) y los transportadores de recaptación de glutamato (proteínas que eliminan el glutamato del espacio sináptico después de su liberación). La imagen fue proporcionada por Steven DeVries, MD, PhD.
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Desarrollo de la próxima generación de ayudas visuales inteligentes
Traducción: Asociación Mácula Retina
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