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Las moléculas fotoconmutables ayudan a los ratones ciegos a ver la luz

Artículo original: Turning On A “Photoswitch” Helps Blind Mice See The Light, Kate Fehlhaber

Traducido por Lucy Balish

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Nuestros sentidos nos conectan al mundo. Nuestro sistema visual nos permite saber que hay un coche amarillo delante de nosotros, y el sistema auditivo nos permite saber que está tocando la bocina. Aunque cada sistema sensorial parece único, en realidad comparten características básicas y similitudes en cuanto a la estructura y función. Al empezar con un estímulo (el avistamiento del coche o el sonido de la bocina), se produce una cascada de interacciones complejas que envían señales a través de circuitos neuronales para que podamos responder a nuestro entorno.

Healthy Retina vs Retinal DegnerationEn el sistema visual, este primer paso de la transducción puede ser impedido, incapacitando la visión en su totalidad. Por ejemplo, la degeneración progresiva de los fotorreceptores, las células de la retina que responden a la luz, causa enfermedades cegadoras como la retinitis pigmentaría y la degeneración macular relacionada con la edad. A pesar de que la capa más interna de las células de la retina, llamadas células ganglionares, permanece conectada al cerebro, estas ya no transmiten información útil para la visión. Actualmente, no hay manera de revertir esta degeneración, pero se han hecho grandes esfuerzos en el campo de la investigación de la visión para desarrollar tratamientos. Algunos investigadores se han centrado en dispositivos implantables, llamados prótesis retinianas, que estimulan las células ganglionares supervivientes de tal manera que imitan el entorno visual para restaurar parcialmente la visión. Otros investigadores están utilizando terapias de células madre y génicas para reparar la retina degenerada. Hoy, el futuro de la terapia para la degeneración retiniana podría encontrarse en una nueva estrategia farmacológica.

Un equipo de investigadores dirigido por Richard Kramer en la Universidad de California, Berkeley, colaboró con otro equipo de científicos de la Ludwig-Maximilians-Universitaet en Múnich dirigido por Dirk Trauner para desarrollar un “fotoconmutador” químico llamado DENAQ. Este método permite que las células ganglionares, que normalmente son insensibles a la luz, respondan a la misma. En la última edición de Neuron, el equipo informa que una sola inyección de DENAQ en los ojos de ratones ciegos fotosensibiliza la retina ciega durante días, restableciendo las repuestas electrofisiológicas y conductuales sin toxicidad. ¡Así es! ¡El “fotoconmutador” restituyó la capacidad de respuesta a la luz a una retina que había perdido sus células fotorreceptoras primarias!

Entonces, ¿cómo se fabrica un conmutador molecular sensible a la luz como el DENAQ? El secreto está en su estructura química. El DENAQ contiene un enlace químico característico que puede ser modificado por la luz. Más específicamente, la luz hace que este enlace cambie de su configuración trans a su configuración cis, un proceso llamado fotoisomerización. Este proceso es muy similar al que nos permite ver, ya que la exposición a la luz causa un cambio de cis a trans en la configuración de la molécula llamada retinal. En cualquier caso, la fotoisomerización hace que se abra un canal, que a su vez activa la célula. Con esta propiedad, el DENAQ puede modificar el comportamiento de los canales iónicos expresados en las células para que respondan a la luz.

Photoisomerization

Más allá del sistema visual, estas moléculas fotoconmutables también se pueden utilizar para tratar síndromes de dolor crónico. Para proporcionar analgesia, el cuerpo produce endorfinas, que se unen a los receptores opioides, receptores acoplados a proteínas G (GPCRs, por sus siglas en inglés), que posteriormente activan mecanismos para aliviar el dolor. Trauner y su equipo modificaron químicamente un tipo determinado de receptor opioide para que se volviera fotosensible, proporcionado así un efecto analgésico con la luz.

Debido a que muchos de nuestros sentidos, como la visión, la audición y el gusto, dependen de la actividad de diferentes GPCRs, el uso de estas moléculas fotoconmutables puede proporcionarnos un mayor conocimiento de las funciones de esta clase tan importante de receptores. Aún más emocionante es la perspectiva de usar «fotoconmutadores» químicos como el DENAQ para tratar muchos otras enfermedades y trastornos neurológicos.

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Escrito por Kate Fehlhaber
Imágenes adaptadas de Wikimedia Commons, uptodate.com, y icanhasscience
Traducido por Lucy Balish

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Referencias

Schönberger M. & Trauner D. (2014). A Photochromic Agonist for μ-Opioid Receptors, Angewandte Chemie International Edition, n/a-n/a. DOI: 10.1002/anie.201309633

Tochitsky I., Polosukhina A., Degtyar V., Gallerani N., Smith C., Friedman A., Van Gelder R., Trauner D., Kaufer D. & Kramer R. & (2014). Restoring Visual Function to Blind Mice with a Photoswitch that Exploits Electrophysiological Remodeling of Retinal Ganglion Cells, Neuron, 81 (4) 800-813. DOI: 10.1016/j.neuron.2014.01.003

Author

  • Kate Fehlhaber

    Kate se graduó del Scripps College en el 2009 y obtuvó una licenciatura en Neurociencias, completando el programa celular y molecular con honores. Durante su licenciatura, estudió la plasticidad a largo plazo en modelos de la enfermedad de Parkinson en un laboratorio de neurobiología en la Universidad de California, Los Angeles (UCLA). Ella continuó esta investigación como Mánejadora de laboratorio hasta entrar en el programa doctoral de la Universidad del Sur de California (USC) en el 2012, para luego transferirse a UCLA en el 2013. Ella completo su doctorado en el 2017, y enfoco su investigación en poder comprender la comunicación entre las neuronas de los ojos. Kate fundó Knowing Neurons en el 2011, y su pasión por la comunicación científica creativa ha seguido creciendo.

Kate Fehlhaber

Kate se graduó del Scripps College en el 2009 y obtuvó una licenciatura en Neurociencias, completando el programa celular y molecular con honores. Durante su licenciatura, estudió la plasticidad a largo plazo en modelos de la enfermedad de Parkinson en un laboratorio de neurobiología en la Universidad de California, Los Angeles (UCLA). Ella continuó esta investigación como Mánejadora de laboratorio hasta entrar en el programa doctoral de la Universidad del Sur de California (USC) en el 2012, para luego transferirse a UCLA en el 2013. Ella completo su doctorado en el 2017, y enfoco su investigación en poder comprender la comunicación entre las neuronas de los ojos. Kate fundó Knowing Neurons en el 2011, y su pasión por la comunicación científica creativa ha seguido creciendo.