Luz: usina de imágenes y reguladora de ritmos biológicos

La luz es fuente de vida y de energía que sirve a los seres vivos para crecer, desarrollarse y también controlar sus ritmos y ciclos vitales. Las encargadas de que los organismos puedan recibirla son unas proteínas específicas conocidas como fotopigmentos u opsinas, que en los animales se concentran en algunas células de los ojos.

En particular, en la retina de vertebrados, existen tres tipos de células fotorreceptoras, es decir, que responden a la luz. Por un lado están los conos y bastones, responsables de las funciones visuales, es decir de la formación de imágenes. Por el otro se encuentran las células ganglionares que tienen a su cargo funciones reflejas y subconscientes, como por ejemplo el reflejo pupilar o la sincronización de ritmos biológicos. En el medio, las células horizontales revisten una diversidad y complejidad que aún no ha sido desentrañada.

Entre éstas últimas, el grupo dirigido por Mario Guido, investigador principal del CONICET en el Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC, CONICET-UNC) encontró un nuevo tipo de células fotosensibles: las células horizontales que expresan el fotopigmento melanopsina x. Dicha investigación fue publicada recientemente en la prestigiosa revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

El equipo que encabeza Guido logró aislar este tipo de células para estudiarlas y así determinar que son intrínsecamente fotosensibles, es decir que pueden percibir la luz por sí mismas, al igual que conos, bastones y células ganglionales. También pudieron identificar que esto se debe a que expresan la proteína melanopsina x y que el cromóforo – molécula fotosensible que permite que los fotopigmentos se expresen- es un derivado de la vitamina A.

Finalmente pudieron describir la cascada de señalización que tiene lugar para informarle al resto de las células sobre la llegada de la luz, similar a la de la que está presente en los fotoreceptores de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) o en las células ganglionares de la retina de los vertebrados, incluyendo a los mamíferos y, entre ellos, humanos.

“Estas interneuronas podrían tener un rol dual. Por un lado regularían funciones no visuales junto a las células ganglionares, y por otro participarían en la interacción con conos y bastones, a fin de modular los procesos visuales: contrastes, adaptación a la luz, discriminación de grises y colores, entre otros”, explica Guido.

“Nosotros identificamos las células horizontales que expresan este fotopigmento – melanopsina x -y nos resultó interesante porque se conectan con las células visuales clásicas que son los conos y los bastones”, agrega. Allí pudieron separarlas, cultivarlas y estudiarlas sin la contaminación de otras células para determinar que son intrínsecamente fotosensibles, o sea, que responden a la luz por sí mismas.

“Luego identificamos que la melanopsina es la responsable de que la célula responda a la luz. Para poder determinarlo, realizamos experimentos impidiendo a través de ingeniería genética que la melanopsina se exprese, y constatamos que la célula ya no era fotosensible”, describe el investigador.

En tercer lugar, el grupo comprobó que el cromóforo que permite que ese fotopigmento se exprese es una molécula fotosensible derivada de la vitamina A, llamada retinal, que cuando hay luz cambia de conformación y genera una cascada de señales. “Entonces empezamos a estudiar la cascada, es decir cómo se propaga la información de la luz hacia las células vecinas y concluimos que es similar a la de la melanopsina, presente en las células ganglionares, y similar a la de  los fotorreceptores de la drosófila. Las células horizontales fotosensibles, en particular, liberan un neurotransmisor llamado GABA sobre las células vecinas”, explica el investigador.

Extra: ¿qué información brinda un fotopigmento?

Cada fotopigmento responde a una longitud de onda distinta dentro del espectro de luz visible –es decir a un color determinado, que va desde el violeta al rojo, pasando por el azul y el verde – y a distintas intensidades.

Así se sabe que, por ejemplo, los pollos tienen fotopigmentos para percibir los cuatro colores mientras que los humanos poseen tres – el violeta/UV no puede ser captado por las células que conforman la retina de los mamíferos por no tener el fotopigmento específico-. Esto explica, entre otras cosas, porqué las aves tienen una capacidad visual mucho mayor, gracias a un sistema muy complejo y desarrollado que les permite, por ejemplo, distinguir una posible presa desde una gran altura para cazar en pleno vuelo.

De esta manera, aunque a pasos pequeños, se va desentramando la compleja anatomía y funcionamiento del principal órgano encargado de una función tan maravillosa como la visión y que, además, tiene un impacto directo en el correcto desarrollo de cualquier organismo, y al cual le compete también la capacidad de detectar luz para regular una variedad importante de otras funciones.