En modelos de retinosis de ratón la vida de los conos se puede prolongar combatiendo la desnutrición molecular

Un estudio del grupo de Constance Cepko en la Universidad de Harvard publicado recientemente en Nature Neuroscience aporta nueva luz sobre la causa de la muerte de los conos en estadí­os avanzados de retinosis y cómo combatirla.

Dra. Ana Méndez Zunzunegui. Bióloga Celular Instituto Indibell de la Unviersidad de Barcelona

Nuestro sistema visual se basa en dos tipos de células especializadas para captar la luz: los bastones y los conos. Los bastones son las células que operan en condiciones de baja luminosidad, responsables de la visión nocturna en blanco y negro. Los conos son las células responsables de la percepción en color, operan durante el dí­a en las condiciones de luminosidad variable del mundo natural, y son responsables de la agudeza visual que nos permite, por ejemplo, leer.

La mayorí­a de las mutaciones genéticas que causan retinosis ocurren en genes especí­ficos de las células bastón. Por esta razón en sus estadí­os iniciales la retinosis se manifiesta como una pérdida de visión nocturna, causada por la progresiva muerte celular de los bastones. Sin embargo a medida que la enfermedad progresa se alcanza cierto umbral en la pérdida de bastones en que la viabilidad de los conos se ve comprometida. Sin el “soporte” de los bastones, mucho más abundantes en la retina que los conos, los conos comienzan a morir gradualmente. Es la muerte de los conos la que en último término causa la pérdida de la agudeza visual y visión central, reduciendo sustancialmente la calidad de vida del paciente. De ahí­ que un reto importante en el estudio de la retinosis haya sido en los ultimos años entender por qué la muerte de los bastones conduce a la muerte de los conos.

Claudio Punzo y sus colaboradores en el laboratorio de Constance Cepko han abordado esta pregunta analizando los cambios en la expresión génica que se producen en el momento en que se desencadena la muerte de los conos en cuatro modelos distintos de retinosis en ratón (las lí­neas PDE6b-/-, PDE6g-/-, Rho-/- y P23H). Dado que la velocidad de progresión de la enfermedad varí­a en cada modelo, el primer paso fué definir el estadí­o equivalente en la patologí­a en que los conos comienzan a morir. Un cuidadoso estudio de la cinética de muerte celular de bastones y conos en cada lí­nea permitió determinar que la muerte de los conos se desencadena en todos los casos cuando el número de células bastón se ve reducido a la décima parte de lo normal (cuando el grosor de la capa de núcleos de bastones pasa de 10-12 filas de núcleos a una sola fila). La muerte de conos se inicia, por tanto, en el estadí­o final de la fase de muerte de los bastones. Este estadí­o se alcanza a distintas edades dependiendo de la mutación genética.

Una vez definido el estadí­o equivalente de la patologí­a (la fase inicial de la muerte de conos en cada lí­nea) se pudo estudiar qué cambios en la expresión de los genes de retina ocurren especí­ficamente en este estadí­o que son comunes en las cuatro lí­neas de ratón. La utilización de chips de DNA de Affymetrix (que representan todos los genes murinos) reveló cambios en los niveles de expresión de genes implicados en el metabolismo celular, los más frecuentes en genes de la ví­a de señalización de mTOR (mammalian target of rapamycin o “ví­a blanco de la rapamicina”, que debe su nombre a la droga que la inhibe y permitió su caracterización.

La ví­a de señalización de la insulina/mTOR regula aspectos importantes del metabolismo celular. La kinasa mTOR integra la respuesta intracelular dependiendo de la presencia de nutrientes, factores tróficos, hormonas, estrés y el estado metabólico de la célula. Fundamentalmente mTOR regula la sí­ntesis de proteí­nas dependiendo de los niveles de energí­a de la célula. Cuando los niveles de ATP son altos (en presencia de glucosa y de aminoácidos) la kinasa mTOR promueve la traducción de proteí­nas, esencial para el mantenimiento de neuronas tan especializadas como bastones y conos. Por el contrario, en condiciones de falta de nutrientes, la ví­a de mTOR inhibe este proceso y promueve otros como la autofagia, conduciendo a la muerte celular.

Lo que este trabajo reveló es que la actividad de la kinasa mTOR, presente sobretodo en la retina dorsal, disminuye progresivamente durante la degeneración retinal en los cuatro modelos de ratón, y que esta bajada se correlaciona con una reducción de la expresión de los pigmentos verde y rojo, y con la muerte de este tipo de conos. Esta disminución en la actividad de mTOR se debe a niveles bajos de glucosa en conos, como se deduce de la sobreexpresión del factor inducible en hipoxia (HIF-1) y el transportador de glucosa 1 (GLUT1). Esto es, reveló que la pérdida masiva de los bastones afecta a la entrada de glucosa en conos, causando su desnutrición molecular. Los autores muestran también que el estado de desnutrición prolongado de los conos conduce a la muerte celular por autofagia.

La implicación más importante de este trabajo es que apunta a un blanco de actuación (la ví­a de mTOR) para prolongar la vida de los conos. Los autores muestran en este trabajo que el tratamiento sistémico con insulina (que estimularí­a la ví­a de mTOR) de ratones PDE6b-/- durante cuatro semanas mejora sustancialmente la supervivencia de los conos. Desafortunadamente éste no es un tratamiento plausible para tratar la retinosis en humanos, porque la inyección sistémica prolongada de insulina causarí­a la desensibilización del receptor de insulina y conllevarí­a a un aumento de glucosa en sangre, como se ve en estos mismos ratones cuando se tratan durante siete semanas. Sin embargo este trabajo es relevante porque prueba el concepto de que manipulando esta ví­a se podrí­a prolongar la vida de los conos. Este estudio sienta las bases para futuros trabajos de caracterización de efectores de esta ví­a en conos que pudieran constituir dianas más especí­ficas y viables.

Este estudio deja una serie de preguntas sin contestar, como el porqué la pérdida masiva de los bastones causa una deficiencia en la entrada de glucosa en conos, o porqué el tipo de conos M (de “middle wavelength”, rojos y verdes) es más sensible a este efecto de la pérdida de los bastones mediada por mTOR que los S (short wavelength, azules). Tampoco explica todos los efectos que la insulina pueda tener en la célula tras un tratamiento continuado, ni si estos efectos son absolutamente especí­ficos de cono. Un estudio previo de los grupos de los Drs. Enrique de la Rosa y Pedro de la Villa ha mostrado que la expresión constitutiva de proinsulina retrasa la muerte de conos y bastones en ratones rd10. Pero lo importante es que estos estudios abren nuevas perspectivas en la búsqueda de fármacos que puedan prolongar el funcionamiento de los conos, y con ello el resto visual de los pacientes.

Es tentador aventurar que en un futuro próximo se identificarán nuevos fármacos viables que actúen sobre la ví­a de mTOR, que se podrán usar en combinación con los factores tróficos secretados por los bastones y necesarios para la viabilidad de los conos caracterizados en los últimos años por los Drs. Léveillard y Sahel. Este tipo de trabajos enfatizan la importancia de la investigación básica para identificar nuevas formas de combatir la enfermedad.

Referencias

Punzo C, Kornacker K and Cepko C. Stimulation of the insulin/mTOR pathway delays cone death in a mouse model of retinitis pigmentosa. Nat Neurosci. 2009 12:44.

Bovolenta P and Cisneros E. Retinitis pigmentosa: cone photoreceptors starving to death. News and views. Nat Neurosci. 2009 12:5.

Corrochano S, Barhoum R, Boya P, Arroba AI, Rodrí­guez-Muela N, Gómez-Vicente V, Bosch F, de Pablo F, de la Villa P, de la Rosa EJ. Attenuation of vision loss and delay in apoptosis of photoreceptors induced by proinsulin in a mouse model of retinitis pigmentosa. IOVS 2008 49: 4188.

Léveillard T, Mohand-Saí¯d S, Lorentz O, Hicks D, Fintz AC, Clérin E, Simonutti M, Forster V, Cavusoglu N, Chalmel F, Dollé P, Poch O, Lambrou G, Sahel JA. Identification and characterization of rod-derived cone viability factor. Nat Genet. 2004 36:755.

Chalmel F, Léveillard T, Jaillard C, Lardenois A, Berdugo N, Morel E, Koehl P, Lambrou G, Holmgren A, Sahel JA, Poch O. Rod-derived Cone Viability Factor-2 is a novel bifunctional-thioredoxin-like protein with therapeutic potential. BMC Mol Biol. 2007 31:74.