Científicos de la visión descubren un nuevo ángulo en el camino de la luz a través de los fotorreceptores
Crédito: Pixabay/CC0 Dominio público
Investigadores del Instituto Nacional del Ojo (NEI) han descubierto que los orgánulos productores de energía en las células fotorreceptoras del ojo, llamadas mitocondrias, funcionan como microlentes que ayudan a canalizar la luz hacia los segmentos externos de estas células, donde se convierte en señales nerviosas. El descubrimiento en las ardillas terrestres proporciona una imagen más precisa de las propiedades ópticas de la retina y podría ayudar a detectar antes enfermedades oculares. Los hallazgos, publicados hoy en Science Advances, también arrojan luz sobre la evolución de la visión.
«Nos sorprendió este fenómeno fascinante de que las mitocondrias parecen tener un doble propósito: su papel metabólico bien establecido en la producción de energía, así como este efecto óptico», dijo el investigador principal del estudio, Wei Li, Ph.D. /BM, quien dirige la Sección de Neurofisiología de la Retina del NEI.
Los hallazgos también abordan un misterio de larga data sobre la retina de los mamíferos. A pesar de la presión evolutiva para que la luz se traduzca en señales y pase instantáneamente de la retina al cerebro, el viaje no es directo. Una vez que la luz llega a la retina, debe atravesar varias capas neuronales antes de llegar al segmento exterior de los fotorreceptores, donde se produce la fototransducción (la conversión de la energía física de la luz en señales celulares). Los fotorreceptores son estructuras largas en forma de tubo divididas en segmentos internos y externos. El último obstáculo que debe atravesar un fotón antes de pasar del segmento interno al externo es un grupo inusualmente denso de mitocondrias.
Esos grupos de mitocondrias parecerían actuar en contra del proceso de visión, ya sea dispersando la luz o absorbiendo eso. Por lo tanto, el equipo de Li se dispuso a investigar su propósito mediante el estudio de los fotorreceptores de cono de la ardilla terrestre de 13 líneas.
A diferencia de otros modelos animales utilizados para la investigación de la visión, la retina de la ardilla terrestre de 13 líneas se compone principalmente de conos, que ver el color, a diferencia de los bastones que permiten la visión nocturna. El equipo de Li estudia la ardilla terrestre de 13 líneas para comprender mejor las causas de las enfermedades oculares humanas que afectan principalmente a los fotorreceptores de cono.
Los investigadores utilizaron un microscopio confocal modificado para observar las propiedades ópticas de las mitocondrias de cono vivas expuestas a la luz. . Lejos de dispersar la luz, las mitocondrias apretadas concentraron la luz a lo largo de una trayectoria delgada, similar a un lápiz, hacia el segmento externo. El modelado computacional que utiliza reconstrucciones mitocondriales de alta resolución corroboró los hallazgos de las imágenes en vivo.
Las mitocondrias en los fotorreceptores de cono tienen un doble propósito: generan energía para la célula y, en un nuevo estudio, también actúan como microlentes. Esta función óptica ayuda a concentrar la luz a medida que se mueve desde el segmento interno al externo de la célula. El segmento exterior es donde la energía física de la luz se traduce en señales celulares. Crédito: Instituto Nacional del Ojo
«La función similar a una lente de las mitocondrias también puede explicar el fenómeno conocido como efecto Stiles Crawford», dijo el primer autor del artículo, John Ball, Ph.D., científico del personal de Retinal Sección de Neurofisiología.
Los científicos que miden las respuestas de la retina a la luz han observado durante mucho tiempo que cuando la luz entra en el ojo cerca del centro de la pupila, parece más brillante en comparación con la luz de igual intensidad que entra en el ojo cerca del borde de la pupila. .
En este estudio, Li descubrió que el efecto de lente de las mitocondrias seguía un perfil de intensidad de luz direccional similar. Es decir, según la ubicación de la fuente de luz, las mitocondrias enfocaban la luz en el segmento externo de la célula a lo largo de trayectorias que reflejaban las observadas en el efecto Stiles-Crawford.
Relacionando la función de lente de las mitocondrias con el efecto Stiles-Crawford El efecto Crawford tiene implicaciones clínicas potenciales. El efecto observado durante mucho tiempo ahora se puede utilizar como base para la detección no invasiva de enfermedades de la retina, muchas de las cuales se cree que implican una disfunción mitocondrial en su origen. Por ejemplo, se ha informado que los pacientes con retinitis pigmentosa tienen un efecto Stiles-Crawford anormal incluso cuando tienen una buena agudeza visual. Se necesita más investigación para explorar los cambios estructurales y funcionales en las mitocondrias del cono y sus manifestaciones en características ópticas detectables.
Finalmente, los hallazgos brindan nuevos conocimientos sobre cómo pueden haber evolucionado nuestros ojos.
Al igual que las mitocondrias en el estudio de Li, dentro de los fotorreceptores de aves y reptiles, pequeñas gotas de aceite se ubican en la porción del segmento interno más cercana al segmento externo, y se cree que cumplen una función óptica. Además, la «microlente» mitocondrial en los fotorreceptores de cono de mamíferos confiere una funcionalidad que recuerda a la lograda por el ojo compuesto de artrópodos como moscas y abejorros.
«Esta idea une conceptualmente los ojos compuestos de los artrópodos con los ojos de cámara de vertebrados, dos sistemas de formación de imágenes que evolucionaron de forma independiente, lo que demuestra el poder de la evolución convergente», dijo Li.
Explore más a fondo
Cómo los patógenos pueden desactivar los mecanismos de defensa mitocondriales Más información: John M. Ball et al, Mitochondria in cone photoreceptors act as microlentes to Enhance Photon Delivery and conferir sensibilidad direccional a luz, Science Advances (2022). DOI: 10.1126/sciadv.abn2070. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abn2070 Información de la revista: Science Advances
Proporcionado por el Instituto Nacional del Ojo Cita: Los científicos de la visión descubren un nuevo ángulo en el camino of light through photoreceptors (2 de marzo de 2022) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-03-vision-scientists-angle-path-photoreceptors.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.