Percepción de luz y sincronización de ritmos biológicos en pollos GUCY1* : un modelo no-mamífero de ceguera

• Autores: Valdez Taubas, Javier
• Año de publicación: 2009
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Guido, Mario Eduardo; Cancela, Liliana Marina; Rosenstein, Ruth; Nores, Gustavo Alejandro; Golombek, Diego
• Materia: Enzimas; Ritmos biológicos; Pollos; Retina; Ritmo circadiano; Aves de corral; Ceguera
• Institución: Universidad Nacional de Córdoba

Tesis (Dr. en Ciencias Químicas)--Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2009.
Fil. Valdez Taubas, Javier. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina.
Fil: Valdez Taubas, Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina.
Los ritmos circadianos son funciones biológicas que varían cíclicamente con períodos cercanos a las 24 horas (del latín: circa, próximo; dies, día). Para que una variación diaria sea considerada un ritmo biológico, ésta debe ser generada endógenamente. En los vertebrados existe un conjunto de estructuras que actúan en coordinación y constituyen el sistema circadiano. Este sistema es el encargado de sincronizar y regular los ritmos fisiológicos y comportamentales del animal al ciclo de luz-oscuridad del ambiente. Estas estructuras son: la retina, los núcleos supraquiasmáticos del hipotálamo (NSQ) (considerados el sitio del reloj maestro), y la glándula pineal. En aves, la retina y la glándula pineal son estructuras fotosensibles, aunque existen evidencias de que en otras aves, existirían fotorreceptores encefálicos. De esta manera, la luz percibida por la retina y la pineal ponen en hora el reloj maestro, ubicado en los núcleos supraquiasmáticos. La retina tiene un rol crucial por dos características exclusivas: la primera de ellas es que posee una conexión directa con el NSQ a través del nervio óptico formado por los axones de las células ganglionares, la segunda característica es que en ella se encuentran superpuestos dos circuitos con funciones diferentes, uno de ellos con tareas visuales, esto es, de formación de imágenes (dado por los conos y bastones) y el otro, formado por la retina interna (células horizontales, bipolares, amacrinas y células ganglionares), encargado de percibir intensidades de luz, o sea, tareas no asociadas a la formación de imágenes. Este último sistema es suficiente para poner en hora al reloj maestro y controlar algunas funciones no-visuales, como el reflejo pupilar y la sincronización de los ritmos de ingesta y actividad locomotora. Probablemente, estos dos sistemas evolucionaron conjuntamente a lo largo del tiempo, quedando superpuestos dentro de la retina, a diferencia de lo que ocurrió en invertebrados, donde permanecieron separados. Basados en los antecedentes antes mencionados, junto con la disponibilidad en nuestro laboratorio de un modelo no-mamífero de ceguera, pollos GUCY1*, que poseen una mutación natural autosómica recesiva en la enzima guanilato ciclasa 1, la cual es clave en los eventos de fototransducción en conos y bastones, es que decidimos investigar el rol de la retina interna en su capacidad de percepción de luz y control circadiano de diversas funciones fisiológicas. Para esto, en primer lugar procedimos a caracterizar el modelo de ceguera, y luego investigamos la percepción de luz estudiando el reflejo pupilar y la sincronización de la actividad diaria de alimentación. Caracterización del modelo: A los fines de caracterizar el modelo anima!, se realizaron experimentos de electrorretinografía en animales de 6 días de edad, para investigar las respuestas eléctricas de la retina al estimulo de luz brillante, y cortes histológicos de retinas en animales de 3 a 4 meses de edad, a los fines de determinar la integridad de la misma en estos animales. Se observó que los animales GUCY1* presentan electrorretinogramas nulos en comparación con los animales normales, y que la capa de células fotorreceptoras está prácticamente ausente en el animal adulto. Esto 8 corrobora la falta de funcionalidad de las células fotorreceptoras (conos y bastones) y confirma clínicamente la ceguera en estos animales. Percepción de luz Reflejo Pupilar: Se midió el reflejo pupilar consensual en pollos GUCY1* y normales de 3 a 4 meses de edad, y se pudo observar que estos animales presentan respuesta a estímulos lumínicos tanto de luz blanca como de luz monocromática de distintas intensidades. Se observó un máximo de sensibilidad a 484 nm, sugiriendo que un fotopigmento tipo opsina basado en vitamina A2 estaría involucrado en dicha respuesta. Esta respuesta solo se debió a los fotorreceptores ubicados en la retina interna (capa nuclear interna y capa de células ganglionares), y no a la participación de otras estructuras como el iris o los fotorreceptores del encéfalo profundo. Sincronización de ritmos de ingesta de alimentos: Los animales GUCY1 * pudieron sincronizar su actividad diaria de ingesta de alimentos a los ciclos de luz-oscuridad (con luz blanca o azul), aún cuando presentaban sus glándulas pineales cubiertas, indicando que la luz percibida por la retina interna pudo sincronizar el reloj interno. Esta respuesta se vio abolida cuando se removieron los globos oculares (enucleación) y se cubrió la glándula pineal. También se observó que los pollos GUCY1* mostraron el típico comportamiento de corrida libre en oscuridad constante con un período de 23.5 h, y se volvieron arrítmicos en luz constante. Este ultimo fenómeno, parece estar regulado por la glándula pineal y las células fotorreceptoras (conos y bastones) de la retina. Relación del metabolismo de Dopamina-Melatonina en la retina Actividad de la enzima clave en la síntesis de Mel, AA-NAT: Las células de la retina (fotorreceptores y células ganglionares) de los animales GUCY1 * presentaron niveles detectables de actividad enzimática AA-NAT, con perfiles básales y opuestos a los observados previamente en los animales normales (Garbarino-Pico et al 2004). Esto se puede deber al estado fisiológico en el que se encuentra la retina de estos animales, un estado de luz constante debido a la mutación que portan y a la degeneración progresiva de conos y bastones. En los animales normales, la luz no afectó la actividad AA-NAT en las células ganglionares, en tanto que, en células fotorreceptoras se observó el típico efecto supresor sobre dicha actividad AA-NAT. Considerando que la DA actua en la retina como un mediador químico de la luz, cuando fue inyectada intravitreamente, no presentó efectos significativos que involucren la activación de receptores del tipo Dl. En este trabajo de tesis se demostró por primera vez que la retina interna de un vertebrado no-mamífero (pollos GUCY1*) posee células, circuitos y fotopigmentos funcionales que regulan distintas tareas no-visuales. También se demostró que el sistema de control circadiano de la fisiología general es funcional y que la retina de estos animales posee actividad de la enzima AA- 9 NAT, que es clave en la síntesis de melatonina, aunque en niveles basales y alterados presumiblemente por efecto de la patología. 10
Fil. Valdez Taubas, Javier. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina.
Fil: Valdez Taubas, Javier. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina.