Las mitocondrias de los conos actúan como microlentes para mejorar la transmisión de fotones y conferir sensibilidad direccional a la luz

Las mitocondrias de los conos actúan como microlentes para mejorar la transmisión de fotones y conferir sensibilidad direccional a la luz

Descubren un nuevo punto de vista sobre la trayectoria de la luz a través de los fotorreceptores.
Un estudio en ardillas terrestres sugiere una doble función de las mitocondrias en las células fotorreceptoras.
Investigadores del Instituto Nacional del Ojo (NEI) han descubierto que los orgánulos productores de energía de las células fotorreceptoras del ojo, llamados mitocondrias, funcionan como microlentes que ayudan a canalizar la luz hacia los segmentos exteriores de estas células, donde se convierte en señales nerviosas. El descubrimiento en las ardillas terrestres proporciona una imagen más precisa de las propiedades ópticas de la retina y podría ayudar a detectar antes las enfermedades oculares. Los hallazgos, publicados en Science Advances, también aclaran la evolución de la visión. El NEI forma parte de los Institutos Nacionales de la Salud.

«Nos sorprendió este fascinante fenómeno de que las mitocondrias parecen tener un doble objetivo: su conocida función metabólica de producción de energía, así como este efecto óptico», dijo el investigador principal del estudio, Wei Li, doctor y licenciado, que dirige la Sección de Neurofisiología de la Retina del NEI.

Los resultados también abordan un antiguo misterio sobre la retina de los mamíferos. A pesar de la presión evolutiva para que la luz se traduzca en señales y pase instantáneamente de la retina al cerebro, el viaje en realidad no es directo. Una vez que la luz llega a la retina, debe atravesar múltiples capas neuronales antes de alcanzar el segmento externo de los fotorreceptores, donde se produce la fototransducción (la conversión de la energía física de la luz en estímulos celulares). Los fotorreceptores son estructuras largas y tubulares divididas en segmentos internos y externos. El último obstáculo que debe atravesar un fotón antes de pasar del segmento interno al externo es un haz de mitocondrias inusualmente denso.

Estos haces de mitocondrias parecen actuar en contra del proceso de la visión, ya sea dispersando la luz o absorbiéndola. Así que el equipo de Li se propuso investigar su propósito estudiando los conos de la Ictidomys tridecemlineatus o ardilla de tierra de trece franjas.

A diferencia de otros modelos animales utilizados para la investigación de la visión, la retina de la ardilla de tierra de 13 líneas está compuesta principalmente por conos, que ven el color, en contraposición a los bastones que permiten la visión nocturna. El equipo de Li estudia la ardilla de tierra de trece franjas para comprender mejor las causas de las enfermedades oculares humanas que afectan principalmente a los fotorreceptores de los conos.

Los investigadores utilizaron un microscopio confocal modificado para observar las propiedades ópticas de las mitocondrias de los conos vivos expuestas a la luz. Lejos de dispersar la luz, las mitocondrias estrechamente empaquetadas concentraban la luz a lo largo de una trayectoria fina, similar a la de un lápiz, en el segmento exterior. La modelización computacional mediante reconstrucciones mitocondriales de alta resolución corroboró los resultados de las imágenes en vivo.

«La función de lente de las mitocondrias también puede explicar el fenómeno conocido como efecto Stiles Crawford», afirma el primer autor del artículo, el doctor John Ball, científico de la Sección de Neurofisiología de la Retina.

Los científicos que miden las respuestas de la retina a la luz han observado durante mucho tiempo que cuando la luz entra en el ojo cerca del centro de la pupila, parece más brillante en comparación con la luz de igual intensidad que entra en el ojo cerca del borde de la pupila.

En este estudio, Li descubrió que el efecto de lente de las mitocondrias seguía un perfil de intensidad de luz direccional similar. Es decir, dependiendo de la ubicación de la fuente de luz, las mitocondrias enfocaban la luz hacia el segmento exterior de la célula siguiendo trayectorias que reflejaban las observadas en el efecto Stiles-Crawford.

Relacionar la función de lente de las mitocondrias con el efecto Stiles-Crawford tiene posibles implicaciones clínicas. El efecto observado desde hace tiempo puede servir de base para detectar de forma no invasiva las enfermedades de la retina, muchas de las cuales se cree que implican una disfunción mitocondrial en su origen. Por ejemplo, se ha informado de que los pacientes con retinosis pigmentaria presentan un efecto Stiles-Crawford anormal incluso cuando tienen una buena agudeza visual. Se necesitan más investigaciones para explorar los cambios estructurales y funcionales en las mitocondrias de los conos y sus manifestaciones en características ópticas detectables.

Por último, los hallazgos aportan nuevas ideas sobre cómo pueden haber evolucionado nuestros ojos.

Al igual que las mitocondrias del estudio de Li, en los fotorreceptores de las aves y los reptiles hay diminutas gotas de aceite en la parte del segmento interno más cercana al externo, y se cree que cumplen una función óptica. Además, la «microlente» mitocondrial de los conos de los mamíferos confiere una funcionalidad que recuerda a la del ojo compuesto de artrópodos como las moscas y los abejorros.

«Esta idea une conceptualmente los ojos compuestos de los artrópodos con los ojos de cámara de los vertebrados, dos sistemas de formación de imágenes que han evolucionado de forma independiente, lo que demuestra el poder de la evolución convergente», dijo Li.

El estudio fue financiado por el Programa de Investigación Intramuros del NEI.

Las mitocondrias de los conos actúan como microlentes para mejorar la transmisión de fotones y conferir sensibilidad direccional a la luz