La historia evolutiva de nuestros ojos se remonta a mucho tiempo atrás. El alma de nuestro órgano visual, la retina, tiene una estructura muy compleja, pero según los indicios, los antepasados de todos los mamíferos modernos ya tenían ojos complejos similares hace 200 millones de años.
Karthik Shekhar y sus colegas necesitaron algo de coraje para recolectar ojos frescos de res y cerdo de los carniceros de Boston, pero valió la pena. Al estudiar los ojos de un total de diecisiete especies, incluidos los humanos, el grupo de Shekar pudo determinar la historia evolutiva de la retina de los vertebrados, lo que puede ayudar a desarrollar mejores modelos animales de enfermedades oculares humanas.
La retina es una computadora en miniatura formada por muchos tipos diferentes de células que procesan previamente la información visual antes de transmitirla al resto del cerebro. Durante investigaciones anteriores, el grupo de Shekhar estableció que existen 130 tipos de células sólo en la retina del ratón y, mediante análisis comparativos entre especies, ahora han demostrado que la mayoría de ellas tienen una historia evolutiva que se remonta a mucho tiempo. Las diferencias entre los tipos de células se pueden entender fácilmente a nivel molecular, y el papel que desempeñan en la configuración de nuestro mundo interior visual se puede inferir a través de la caracterización celular.
La notable preservación de la estructura de la retina entre las especies de mamíferos más diversas sugiere que los animales que vivieron hace aproximadamente 200 millones de años, de los cuales descienden todos los mamíferos modernos, podrían tener retinas de complejidad similar a la nuestra. Además, existe evidencia clara de que algunos tipos de células de la retina tienen una historia más larga: Todos los vertebrados que existen hoy en día, no sólo los mamíferos, sino también los reptiles, las aves y los peces óseos, se remontan a un ancestro común que vivió hace 400 millones de años.
el detalles Fueron publicados en un número especial de Nature, que dedicó un total de diez artículos a los resultados de una colaboración científica internacional llamada BRAIN Initiative Cell Enumeration Network (aproximadamente: “BRAIN Initiative – Cell Registration Research Network”). La red BRAIN tuvo que crear un atlas completo de los tipos de células del cerebro del ratón adulto, y en este contexto también se completó un mapa de células de la retina. El primer autor del artículo es Joshua Hahn, estudiante de doctorado en ingeniería química y biomolecular. en el campus de UC Berkeley en el grupo de Shekhar, y el grupo de Joshua Sanes en la Universidad de Harvard jugó un papel igual en el establecimiento de la conexión con el laboratorio de Shekhar.
Los resultados sorprendieron a los investigadores, porque la visión de los vertebrados, al menos en la superficie, varía mucho de una especie a otra. Los peces necesitan ver bajo el agua, mientras que los ratones y los gatos pueden ver en la oscuridad por la noche, y los simios y los humanos han desarrollado una visión diurna muy nítida para cazar y buscar comida. Algunos animales ven colores brillantes, otros se contentan con tonos de gris.
Sin embargo, los investigadores concluyeron que muchos tipos de células de la retina se comparten entre los grupos de vertebrados más diversos, lo que sugiere que los programas de expresión genética que determinan estos tipos de células ya estaban presentes en el ancestro común de todos los vertebrados con mandíbulas.
Entre otras cosas, el grupo descubrió que las llamadas células ganglionares enanas, que son responsables de detectar pequeños detalles en la retina humana y que antes se pensaba que se limitaban a los primates, no se limitan a nuestros parientes directos. Mediante el análisis estadístico de un conjunto de datos de expresión genética a gran escala, los investigadores descubrieron equivalentes evolutivos de células ganglionares enanas en otros grupos de mamíferos, incluso si estas células están presentes en la retina a un ritmo mucho menor que en la nuestra.
Vemos que algo que pensábamos que estaba limitado a los primates no es así. Más bien, es una versión reimaginada de un tipo de célula supuestamente muy antiguo. – explica Shekhar, profesor de ingeniería química y biomolecular en Berkeley. «La retina de los vertebrados antiguos era probablemente una estructura muy sofisticada incluso en su forma de entonces, pero a medida que las especies actuales descendieron de ella, la lista de partes se amplió mientras tanto, y las partes existentes también se utilizaron de nuevas maneras».
Por coincidencia, una de las colegas de Shekhar en Berkeley, Teresa Bottoseri del Departamento de Optometría, publicó un artículo en Nature el mes pasado sobre otro tipo de célula que pensábamos que faltaba en el ojo humano: una célula ganglionar de la retina que desempeña un papel importante. Al fijar la mirada, sin embargo, la tenemos dentro de nosotros. Bottosseri y sus colegas tomaron las firmas moleculares que ayudaron a identificar este tipo de célula en muestras de tejido de la retina de primates de un artículo anterior de Shekhar et al.
En cierto sentido, estos descubrimientos eran esperados, ya que los ojos de todos los vertebrados están construidos según un esquema similar: la luz es detectada por fotorreceptores, que primero transmiten la señal al llamado organismo. Se transmite a células bipolares, horizontales y alargadas, que luego se comunican con las células ganglionares de la retina, que finalmente transmiten la información visual al cerebro, a la zona de la corteza visual. Lo que Shekhar y su equipo hicieron fue utilizar tecnología moderna, principalmente genómica unicelular, para examinar la composición molecular de las neuronas del sistema visual (miles o incluso decenas de miles a la vez) desde la retina hasta la corteza visual.
Lo que hasta ahora ha permanecido en secreto es el origen de la amplia gama de tipos de células que pueblan la retina de los vertebrados. El número de tipos de células de la retina varía mucho en las diferentes especies de vertebrados: según estudios previos de Shekhar et al., tenemos aprox. Hay 70 especies, mientras que los ratones, por ejemplo, tienen 130 especies. Según la investigación actual, una posibilidad emergente, explica Shekhar, es que a medida que aumentó la complejidad del cerebro de los primates, nuestros antepasados se volvieron menos dependientes del procesamiento de señales. En cambio, la tarea de analizar la información visual se transfirió gradualmente a la corteza cerebral. Esto puede explicar el menor número de tipos de células molecularmente distintas en el ojo humano en comparación, por ejemplo, con el ratón.
“Nuestro estudio sugiere que durante la evolución de la retina humana, los tipos de células de la retina que realizan cálculos visuales complejos perdieron terreno frente a aquellas que simplemente transmiten imágenes relativamente sin procesar del mundo visual al cerebro, donde luego podemos hacer cosas más complejas con estas imágenes”, cree Shekhar. – Sacrificamos la velocidad para mejorar».
Los nuevos mapas detallados de tipos de células creados por el grupo de investigación en las retinas de las más diversas especies de vertebrados también podrían facilitar la investigación de las enfermedades oculares humanas. El grupo de Shekhar también está estudiando las características moleculares del glaucoma, la principal causa de pérdida irreversible de la visión en todo el mundo y la segunda causa principal de ceguera en los Estados Unidos después de la degeneración macular. El modelo animal elegido para el glaucoma es el ratón, aunque la retina de los ratones contiene sólo un rastro de nuestros equivalentes de células ganglionares enanas. Este tipo representa sólo del 2 al 4% de las células ganglionares en ratones, mientras que el 90% de las células ganglionares humanas son células enanas.
La importancia clínica de nuestro trabajo es que en el glaucoma humano, probablemente deberíamos preocuparnos principalmente de las células ganglionares enanas. confirmó Shekhar. «Si sabemos a qué corresponde este tipo de célula en la retina del ratón, esperamos poder diseñar e interpretar mejor los modelos de glaucoma en ratones».
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