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

Investigadores suizos han decodificado los mecanismos genéticos que controlan las neuronas del sistema visual y observado los primeros pasos en la construcción de la visión, allanando así el camino para la medicina ocular regenerativa.

Al observar los primeros pasos de este complejo proceso, los investigadores de la Universidad de Ginebra (UNIGE), en colaboración con el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Lausana (EPFL), han identificado los programas genéticos que rigen el nacimiento, por un lado, de los diferentes tipos de células de la retina y, en segundo lugar, su conexión con la ubicación exacta del cerebro donde estas células pueden realizar su tarea.

Además, el descubrimiento de varios genes que regulan la transmisión de señales permite considerar la posibilidad de dar un impulso a la regeneración del nervio óptico en caso de enfermedad neurodegenerativa. Los resultados se publican en la revista Development.

El sistema visual de los mamíferos está formado por diferentes tipos de neuronas, cada una de las cuales tiene que encontrar su lugar para que el cerebro pueda transformar en imágenes los estímulos recibidos por el ojo.

Existen los fotorreceptores, que detectan la luz, las neuronas del nervio óptico, que envían la información al cerebro, las células de las redes cerebrales, responsables de formar imágenes, y las interneuronas, que aseguran las conexiones entre las otras células.

Todas estas neuronas proceden de células progenitoras que, aún no diferenciadas durante las fases iniciales del desarrollo embrionario, son capaces de dar lugar a las diferentes categorías de neuronas especializadas.

Dinámica de expresión génica

Para comprender mejor el desarrollo 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 rastrear la actividad de los genes en las células y comprender la especificación temprana de las neuronas de la retina, hemos secuenciado más de 6.000 células durante el desarrollo de la retina para realizar análisis bioinformáticos a gran escala", explica Quentin Lo. Giudice, primer autor de este artículo, en un comunicado.

Los investigadores estudiaron el comportamiento de las células progenitoras durante el ciclo celular, y luego durante su diferenciación gradual. Luego, cartografiaron con mucha precisión los diferentes tipos de células de la retina en desarrollo, así como los cambios genéticos que ocurren durante las primeras etapas de este proceso.

"Más allá de su edad, es decir, del momento de la vida embrionaria en que se generaron, la diversidad de neuronas proviene de su posición en la retina, que las predestina a un objetivo específico en el cerebro", explica Pierre Fabre, director de esta investigación.

Segundo análisis

A continuación, los investigadores realizaron un segundo análisis a partir de lo que ya se sabe sobre los mecanismos de la visión: si el ojo derecho se conecta esencialmente con el hemisferio izquierdo del cerebro, y viceversa, una pequeña fracción de las neuronas en el ojo derecho hace conexiones también con hemisferio derecho del cerebro.

De hecho, todas las especies con dos ojos con un campo visual que se superpone, como los mamíferos, deben poder mezclar información de ambos ojos en la misma parte del cerebro. Esta agrupación posibilita la visión binocular, que permite percibir profundidades o distancias.

"Conociendo este fenómeno, etiquetamos las células individualmente para rastrear cada una de ellas a medida que progresaban hasta su posición final en el sistema visual", dice Quentin Lo Giudice.

Tres descubrimientos

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. También identificaron las moléculas que guían a las neuronas cuando salen de la retina a través del nervio óptico para que encuentren el camino correcto hacia su especialización.

Asimismo descubrieron que estas mismas moléculas podrían permitir el crecimiento inicial de axones, la parte de las neuronas que transmite señales eléctricas a las sinapsis y, por lo tanto, aseguran el paso de información de una neurona a otra, así como a los veinte genes que controlan este proceso. Este descubrimiento es prometedor para la medicina regenerativa.

"Si el nervio óptico se corta o daña, después del glaucoma, por ejemplo, podríamos imaginar reactivar estos genes que generalmente están activos solo durante la fase de desarrollo embrionario". Al estimular el crecimiento de los axones, podríamos permitir que las neuronas permanezcan conectadas y sobrevivan", explica Pierre Fabre.

Aunque las capacidades de regeneración de las neuronas son muy bajas, existen y se deben encontrar técnicas para fomentar su desarrollo, señalan los investigadores.

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, toda una esperanza adicional para la regeneración de las neuronas ópticas.

Referencia

Single-cell transcriptional logic of cell-fate specification and axon guidance in early-born retinal neurons. Quentin Lo Giudice et al. Development 2019 146: dev178103. DOI:10.1242/dev.178103 Published 9 September 2019