El nacimiento de la visión, desde la retina hasta el cerebro

El nacimiento de la visión, desde la retina hasta el cerebro

Al decodificar los mecanismos genéticos que controlan las neuronas del sistema visual, los investigadores de Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, han revelado los primeros pasos en la construcción de la visión, facilitando el camino de la medicina ocular regenerativa.

¿Cómo se forma la retina? ¿Y cómo se diferencian las neuronas para convertirse en componentes individuales del sistema visual? Al centrarse en las primeras etapas de este complejo proceso, los investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), Suiza, en colaboración con la École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), han identificado los programas genéticos que rigen el nacimiento de diferentes tipos de células de la retina y su capacidad para conectarse a la parte correcta del cerebro, donde transmiten información visual. Además, el descubrimiento de varios genes que regulan el crecimiento nervioso, ofrece la posibilidad de dar un impulso a la regeneración del nervio óptico en caso de enfermedad neurodegenerativa. Estos resultados se pueden encontrar en la revista Development.

El sistema visual de los mamíferos está compuesto por diferentes tipos de neuronas, cada una de las cuales debe encontrar su lugar

Células fotorreceptoras responsables de la visión del color. Al secuenciar una célula a la vez, los investigadores identificaron un gen (Rbp4) presente en una pequeña cantidad de células (en verde). En púrpura, fotorreceptores en los que el gen Rbp4 no está activado. © UNIGE, Pierre Fabre

en el cerebro para que pueda transformar los estímulos recibidos por el ojo en imágenes. Hay fotorreceptores, que detectan luz, neuronas del nervio óptico, que envían información al cerebro, neuronas corticales, que forman imágenes, o interneuronas, que hacen conexiones entre otras células. Aunque todavía no se diferencian en las primeras etapas del desarrollo embrionario, todas estas neuronas son producidas por células progenitoras que son capaces de dar lugar a diferentes categorías de neuronas especializadas. Para comprender mejor el curso exacto de este mecanismo e identificar los genes que funcionan durante la construcción de la retina, los investigadores estudiaron la dinámica de la expresión génica en células individuales. «Para controlar la actividad de los genes en las células y comprender la especificación temprana de las neuronas de la retina, secuenciamos más de 6,000 células durante el desarrollo de la retina y realizamos análisis bioinformáticos a gran escala», explica Quentin Lo Giudice, estudiante de doctorado en el Departamento de Neurociencias Básicas de la UNIGE Facultad de Medicina y primer firmante de este artículo.

Mapeo de un sistema en construcción

En colaboración con Gioele La Manno y Marion Leleu de EPFL, los investigadores estudiaron el comportamiento de los progenitores durante el ciclo celular, así como durante su diferenciación progresiva. Luego, los científicos mapearon con mucha precisión los diferentes tipos de células de la retina en desarrollo y los cambios genéticos que ocurren durante las primeras etapas de este proceso. «Más allá de su» edad «, es decir, cuando se generaron durante su vida embrionaria, la diversidad de neuronas proviene de su posición en la retina, que las predestina para un objetivo específico en el cerebro», explica Pierre Fabre, investigador principal en El Departamento de Neurociencias Básicas de la Facultad de Medicina de UNIGE, que dirigió este trabajo. «Además, al predecir la activación secuencial de los genes neurales, pudimos reconstruir varios programas de diferenciación, similares a los árboles de linaje, que nos muestran cómo los progenitores progresan a un tipo de célula u otro después de su última división».

Los investigadores también realizaron un segundo análisis. Si el ojo derecho se conecta principalmente al lado izquierdo del cerebro, y viceversa, una pequeña fracción de neuronas en el ojo derecho hace conexiones en el lado derecho del cerebro. De hecho, todas las especies con dos ojos con campos visuales superpuestos, como los mamíferos, deben poder mezclar información de ambos ojos en la misma parte del cerebro. Esta convergencia permite ver binocularmente y percibir profundidades o distancias. «Conociendo este fenómeno, hemos «etiquetado» genética e individualmente las células para seguirlas a medida que avanzan hasta su lugar final en el sistema visual», dice Quentin Lo Giudice. Al comparar la diversidad genética de estas dos poblaciones neuronales, los investigadores descubrieron 24 genes que podrían desempeñar un papel clave en la visión tridimensional. «La identificación de estos patrones de expresión génica puede representar un nuevo código molecular que organiza el cableado de la retina al cerebro», agrega el Dr. Fabre.

Hacia la medicina regenerativa

Incluso antes de que las neuronas lleguen al cerebro, deben abandonar la retina a través del nervio óptico. La última parte de este estudio identificó las moléculas que guían a las neuronas por el camino correcto. Además, estas mismas moléculas también permiten el crecimiento inicial de los axones, la parte de las neuronas que transmite señales eléctricas a las sinapsis y, por lo tanto, garantiza el paso de información de una neurona a otra, así como unos veinte genes que controlan este proceso. Este descubrimiento es un avance fundamental para la medicina regenerativa.

Cuanto más sepamos acerca de las moléculas necesarias para guiar adecuadamente los axones, más probabilidades tenemos de desarrollar una terapia para tratar el trauma de los nervios. “Si el nervio óptico se corta o daña, por ejemplo, por glaucoma, nos figuramos que se podrían reactivar aquellos genes que generalmente solo están activos durante la fase de desarrollo embrionario. Al estimular el crecimiento del axón, podríamos permitir que las neuronas permanezcan conectadas y sobrevivan”, explica el Dr. Fabre, quien planea lanzar un proyecto de investigación sobre este tema. Aunque las capacidades de regeneración de las neuronas son muy bajas, existen y se deben encontrar técnicas para fomentar su desarrollo. La estimulación genética de la médula espinal dañada después de un accidente se basa en la misma idea y está comenzando a mostrar sus primeros éxitos.

Fuentes:

Université de Genève

Development

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