Regeneración de los fotorreceptores: Descubierta una función del calcio

Regeneración de los fotorreceptores: Descubierta una función del calcio

Gracias a refinadas técnicas de microscopía, los investigadores del SISSA y el CNR-Iom han identificado brotes de calcio en fotorreceptores tipo bastón que nadie había visto o incluso imaginado previamente.

Moverse en la penumbra es difícil pero no imposible. Para ayudarnos en esta tarea tenemos los fotorreceptores tipo bastón, un tipo de células sensibles a la luz (fotorreceptores) presentes en la retina de los vertebrados, capaces de detectar luces muy tenues que permiten moverse incluso en sótanos o cuevas poco iluminadas. Son maravillas biológicas capaces de detectar incluso un solo quantum de luz, pero necesitan un cuidado permanente. Son los protagonistas del nuevo estudio publicado en el PNAS por un equipo de investigadores de la SISSA – Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati y del Istituto officina dei materiali del Consejo Nacional de Investigación CNR-Iom que revela nuevos y esenciales detalles sobre el funcionamiento de la retina y en particular de los fotorreceptores.

Estos consisten en dos segmentos: el segmento externo (OS) y el segmento interno (IS). El OS de los bastones es donde se encuentra la máquina biológica capaz de captar la luz, mientras que el IS es responsable de la información que se transfiere al cerebro.

«Hemos comprendido que el segmento externo es más frágil de lo que se pensaba», comenta Vincent Torre, neurocientífico del SISSA que lidera el equipo que realizó la investigación, y añade «El OS consiste en una pila de discos lípidos que contienen las proteínas responsables de la fototransducción. Los nuevos discos se generan en la base del OS mientras que los discos usados se retiran en la punta del OS. Tradicionalmente, se pensaba que en una pila de unos 1000 discos había una uniformidad casi perfecta. Sin embargo, nuestro trabajo indica que sólo los primeros 200 o 300 discos en la base del SO son los que efectivamente son capaces de detectar el fotón único de la luz, característica de la que proviene la gran sensibilidad de los bastones. Los demás discos situados cerca de la punta pierden gradualmente eficacia y sensibilidad, por lo que deben ser eliminados y sustituidos por nuevos discos en perfecto estado».

Fue el Calcio, un ión presente en gran número en los procesos biológicos lo que permitió la comprensión de este mecanismo. Su concentración en el SO es un excelente indicador de la funcionalidad e integridad de la fototransducción, el proceso con el que los fotorreceptores convierten la luz en señales neuronales.

«Con nuevas sondas ópticas medimos la concentración y la distribución del calcio en el SO. Usando instrumentos de microscopía óptica avanzada, fuimos capaces de estudiar la distribución de este metal con una resolución y precisión sin precedentes.» Dan Cojoc de Cnr-Iom explica «lo que ha surgido de los análisis es que hay una mayor concentración de calcio en la base del segmento exterior con respecto a la punta, lo que ayuda a entender la estructura del bastón mostrando su no-homogeneidad, como se pensaba hasta ahora.

Un segundo resultado no menos importante es el descubrimiento de llamaradas de calcio espontáneas, es decir, rápidos aumentos de calcio. Estas llamaradas no están distribuidas uniformemente, sino que se localizan en las puntas de la OS, lo que demuestra la existencia de un gradiente funcional a lo largo de la OS, propiedad fundamental para la transducción de los fotorreceptores de todos los vertebrados». Cojoc concluye. Como una señal luminosa, las llamaradas de calcio indican que los discos empiezan a dejar de funcionar en su mejor momento y necesitan ser cambiados. El artículo también fue recomendado a Faculty Opinions por el editor del PNAS -algo reservado sólo para las contribuciones más importantes- por las siguientes razones: «Este interesante artículo utiliza un nuevo método de medición de Calcio para demostrar que los cambios de Calcio dependientes de la luz en el segmento exterior de los bastones son mayores en la base que en la punta».

El neurocientífico Gordon Fain, de la Universidad de California, prosigue:

«Estas diferencias pueden reflejar un gradiente de energía que se origina en las mitocondrias del segmento interno. Los autores del estudio también hacen la asombrosa observación de que el calcio aumenta espontáneamente tanto en la punta como en la base (pero más a menudo en la punta), así como más raramente en el segmento interno. Estos aumentos producen llamaradas repentinas, es decir, picos de concentración de Calcio, que disminuyen lentamente durante varios segundos y que permanecen a nivel local sin propagarse dentro del segmento externo o entre el segmento interno y el externo».

La investigación, financiada por el SISSA y por la región del FVG, ofrece una importante contribución a la mejor comprensión del ojo y abre perspectivas interesantes en el campo biomédico.

Regeneración de los fotorreceptores: Descubierta una función del calcio.

Traducción: Asociación Mácula Retina.