Especialistas del CONICET descubren nuevas funciones de una proteína en la retina de vertebrados diurnos

Una investigación desarrollada por Maximiliano Ríos, becario doctoral del CONICET en el Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba (CIQUIBIC, CONICET-UNC) bajo dirección de Mario Guido, investigador del Consejo en el mismo instituto, reveló el efecto de la luz azul sobre la producción, fosforilación y ubicación de la enzima AANAT dentro de las células de la retina, mediante la experimentación con cultivos celulares y explantos de retina de pollo. Los resultados, publicados en la revista Journal of Pineal Research, demuestran por primera vez la relocalización de la AANAT hacia el interior del núcleo de las neuronas de la retina, producida por la exposición a la luz. Además, evidencian el importante rol de esta enzima en la regulación de la viabilidad celular y del estrés oxidativo.

La melatonina es una hormona que juega un papel importante en el sueño. La producción y liberación de melatonina en el cerebro -específicamente en la glándula pineal- está regulada por una enzima denominada AANAT (siglas de Arilalquilamina N-Acetiltransferasa). Esta proteína tiene la particularidad de expresarse de forma rítmica: cuando llega la noche y está oscuro, la enzima se expresa y se activa (mediante un proceso llamado fosforilación), produciendo N-acetilserotonina que luego es convertida en melatonina por una última enzima, completando el ciclo.

“En el laboratorio estudiamos cómo influye la luz azul, proveniente principalmente de las pantallas a las que estamos cada vez más expuestos, en los mecanismos de regulación de la síntesis de melatonina. Usamos la retina de pollo como modelo de estudio porque es excelente para extrapolar lo que allí se observa a otros vertebrados diurnos, como los seres humanos, a diferencia de los modelos tradicionales con ratas y ratones, que son animales nocturnos”, comenta Ríos.

“La retina es un tejido que se organiza en capas, como una torta milhojas. La capa fotorreceptora, formada por conos y bastones, se dedica a la formación de imágenes. Opuesto a lo que uno cree, los fotorreceptores son los últimos en recibir la luz. Luego sigue la capa nuclear interna, formada por neuronas e interneuronas, además de células gliales. Estas células conectan a los fotorreceptores con la siguiente capa. Finalmente, encontramos la capa de células ganglionares, que es la primera que recibe la luz”, explica Guido.

Se ha demostrado que existe una vía por la cual, cuando los ojos perciben la luz, envían una señal al cerebro para desactivar la producción de melatonina en la glándula pineal. Esta es una de las causas del retardo del sueño ocasionado por acostarse mirando el celular. Sin embargo, en estudios realizados con retina de pollo, se observó que las células ganglionares que forman el nervio óptico, canal de comunicación entre el ojo y el cerebro, expresan AANAT y producen melatonina de día. Estos resultados, publicados años atrás por el grupo dirigido por Guido, fueron muy novedosos para lo que se sabía sobre la actividad de la enzima.

“A lo largo del día, no sólo varían los niveles de expresión de AANAT, sino también su ubicación en las capas de la retina. En animales nocturnos, se ha visto que la expresión de AANAT sólo ocurre de noche, en la capa de fotorreceptores. Pero en distintas especies de vertebrados diurnos se observó que, durante el día, se empieza a expresar en la capa ganglionar y en la nuclear interna, formadas por células que no se dañan con la luz; en tanto que se apaga en la capa fotorreceptora. La pregunta que quedó abierta desde el momento en que se descubrió la expresión diferencial es qué función cumple AANAT de día en animales diurnos”, plantea Guido.

Desenterrando la AANAT: nuevas funciones para una enzima muy conocida

Para responder este interrogante, el equipo de especialistas diseñó y ejecutó diversos experimentos. “Sometimos las células ganglionares, tanto en cultivos celulares como en explantos, a exposiciones cortas de luz azul, y observamos que la AANAT se trasladaba desde el citoplasma al núcleo de las células. Tras apagar la luz y esperar un tiempo en la oscuridad, la cantidad de AANAT en el núcleo se incrementó. Pensamos que se estaba sintetizando localmente; pero no, sólo estaba cambiando su localización, se estaba acumulando. Además, confirmamos que se encontraba fosforilada, es decir, que había sufrido una modificación que le permitía ser activa”, relata Ríos.

En una segunda etapa, evaluaron el efecto de ‘silenciar’ o bloquear la producción de AANAT sobre las células de la retina. Para ello, utilizaron una tecnología denominada sh-RNAs. En palabras de Ríos: “Consiste en transferir a la célula un plásmido que codifica un ARN específico, con una estructura en forma de horquilla. Cuando se produce esta secuencia en la célula, reconoce el ARN mensajero de la enzima y lo degrada, por lo que la enzima nunca se llega a sintetizar. Tuvimos éxito realizando este proceso en cultivos celulares, pero el próximo desafío es lograrlo en explantos”.

Sus resultados demostraron que, cuando carecen de la enzima, las neuronas de la retina mueren. Además, presentan altos niveles de estrés oxidativo, que es un desequilibrio entre la producción de especies reactivas de oxígeno y la capacidad de las células de neutralizarlas por distintos mecanismos. Este fenómeno daña el ADN y es perjudicial para las células.

“Es sabido que la melatonina y el producto de AANAT (N-acetilserotonina) son poderosas moléculas antioxidantes. Lo que desconocemos es si AANAT se produce localmente dentro del núcleo para proteger a las células contra el estrés oxidativo, o si su función va más allá, y quizás regula procesos celulares vitales como la transcripción y la replicación. Todavía quedan muchos pasos para determinar el rol que cumple en el núcleo”, advierte Guido.

Entusiasta, Ríos manifiesta: “Yo lo veo como un rompecabezas. Conocemos la identidad de la enzima: es una acetiltransferasa. Entonces nos preguntamos qué otras cosas podría acetilar en el núcleo. Un posible blanco serían las histonas, proteínas que dan estructura a los cromosomas y que participan en la regulación de la expresión génica. Además, AANAT comparte muchas similitudes con otras proteínas que tienen esa función”.

Natalia Marchese, becaria postdoctoral de CONICET en el CIQUIBIC y coautora del artículo, añade: “Desde un punto de vista evolutivo, es muy interesante la divergencia entre animales diurnos y nocturnos. Los animales nocturnos son tan sensibles que pueden sufrir daño en la retina por la exposición a luz brillante en corto período, o a luz tenue en duración prolongada; mientras que esto no pasa con los animales diurnos. Incluso, se ha observado que las primeras en dañarse son las células fotorreceptoras, y las que sobreviven son las ganglionares y las de la capa nuclear interna. En ese sentido, este trabajo contribuye a demostrar que hay componentes clave en la retina para la neuroprotección y para evitar que la retina se dañe”.

“La última publicación referida a la producción de AANAT en retina data del 2007, así que nuestro trabajo es de lo más novedoso al respecto. En trabajos recientes, se está estudiando la relación entre la síntesis de AANAT y algunos trastornos psiquiátricos como el bipolar, donde se ven afectados los niveles de esta enzima (y de su producto) en distintas áreas del cerebro. Me parece muy interesante buscar otras funciones más allá de su rol en la producción de la melatonina. Desenterrar una enzima que hace mucho no se estudiaba constituye un gran aporte al conocimiento”, concluye Ríos.

Al ser consultado por las proyecciones de esta línea de investigación, el científico expresa: “Nuestra idea es expandirnos a otros modelos de mamíferos diurnos, como el cobayo, que sean más extrapolables a los procesos que ocurren en los seres humanos. Además, comenzar a experimentar con sh-RNA sobre explantos, conservando la morfología de los tejidos; porque en los cultivos celulares se pierden las conexiones entre células, el flujo de información entre las neuronas, la complejidad. Estamos poniendo a punto este modelo para reproducir los resultados obtenidos en cultivos”.