Un artículo reciente publicado por un equipo conjunto de investigadores de Hopkins y la Universidad de Washington, Seattle, utilizó células de la retina organoides establecer que el desarrollo de las células de los conos rojos y verdes humanos está regulado por ácido retinoico. El periódico, titulado La señalización del ácido retinoico regula la especificación espaciotemporal de los conos verdes y rojos humanosse publicó en PLOS Biology el 11 de enero de 2024.
Las células cónicas son uno de los dos tipos principales de células fotorreceptoras ubicado en la retina. Los otros fotorreceptores principales son los bastones. En los humanos, hay tres tipos de conos: azul (también llamado corto/S), verde (medio/M) y rojo (largo/L), y cada célula posee propiedades únicas que le permiten recibir y procesar longitudes de onda de luz específicas. . . . La mayoría de los mamíferos no distinguen entre conos verdes y rojos, lo que oscurece el mecanismo que los distingue.
Según el profesor asociado de biología e investigador principal Robert Johnston, el equipo inicialmente asumió que la distinción rojo/verde ocurría al azar. como sucede en algunos insectos.
“Cuando entramos en este proceso, el modelo principal era que estos [red and green cone cells] se decidieron al azar. El celular continuaba y decía al azar: «Está bien, me voy a poner rojo o me voy a poner verde», como si se tratara de un lanzamiento de moneda. Me costó mucho trabajo descubrir que no era así en sí mismo”, dijo Johnston en una entrevista con El boletín.
Parte del desafío es la sorprendente similitud entre los conos rojos y verdes, cuya única diferencia se encuentra en su forma. fotopigmento de opsina, OPN1LW (L-opsina) u OPN1MW (M-opsina), respectivamente. Además, estas secuencias de proteínas fotopigmentarias son 96 por ciento idéntico. Esta similitud contrasta con los conos azules que se diferencian en una etapa anterior a las células rojas/verdes y tienen diferentes formas y proteínas.
El primer paso para descubrir el mecanismo detrás de este proceso fue la observación realizada por la ex estudiante de doctorado de Hopkins y primera autora, Sarah Hadyniak. Hadyniak reconoció que había un componente temporal en el desarrollo de las células de los conos, en el que los fotorreceptores verdes se desarrollaban primero, seguidos de los fotorreceptores rojos. Residencia en investigación de laboratorio previa, el equipo asumió que la hormona tiroidea regulaba este proceso. Sin embargo, el análisis demostró que la expresión de la hormona tiroidea se estabilizó antes de la diferenciación final de los conos rojo y verde.
“El tiempo es una parte clave de esto, y lo que Sarah demostró es que durante el desarrollo, primero aparecen los conos verdes y luego los rojos. Esa fue la primera gran observación porque estableció que no era así como pensábamos”, dijo Johnston.
Un estudio continuo vinculó el momento del desarrollo de los conos rojos y verdes con la presencia de ácido retinoico, que proporcionó al equipo un regulador para la diferenciación de los conos.
“Existen estas enzimas que activan el ácido retinoico. Se expresan mucho al mismo tiempo que se forman los conos verdes y se apagan con el tiempo cuando emergen los conos rojos”, dijo Johnston. «Entonces pensamos: 'Está bien, si estos activadores del ácido retinoico están altos al principio, entonces tal vez obtengamos los conos verdes, y si hay un nivel bajo de ácido retinoico, obtendremos los conos rojos'».
Durante todo el proceso, el laboratorio trabajó con organoides: tejidos diseñados cultivados a partir de células madre que son capaces de replicar las estructuras de los tejidos naturales. Aunque es posible que no parezcan ojos, los organoides tienen todas las células que se encuentran en los ojos humanos y se desarrollan durante el mismo período de nueve meses, lo que permite un modelo preciso del desarrollo humano.
«Los organoides reciben mucha prensa, pero este fue realmente un trabajo increíble realizado por un gran equipo y abarca diferentes estrategias para pensar sobre la biología humana», enfatizó Johnston.
Además de descubrir el mecanismo del ácido retinoico, el equipo investigó las proporciones de los conos rojos y verdes en un grupo de 700 adultos con visión normal de los colores; estas proporciones pueden variar desde un rojo hasta tres verdes hasta 1:17. Debido a la superposición de rangos de longitud de onda de estas células, el impacto en la vida cotidiana parece marginal, y los sistemas sensoriales permiten una mayor variación en la expresión genética que otros sistemas biológicos. Sin embargo, existen diferencias. Por ejemplo, el color que alguien atribuye a las pelotas de tenis puede percibirse como más amarillo (lo que indica más conos rojos) o más verde (más conos verdes).
De cara al futuro, Johnston espera seguir explorando el desarrollo de la retina, centrándose en los mecanismos que regulan las hormonas tiroideas y el ácido retinoico. Además, espera que futuras investigaciones sobre organoides informen sobre su uso terapéutico.
“Necesitamos saber cómo se producen las células y, en segundo lugar, necesitamos saber si estos organoides pueden producir todas las células y en qué momento las producen, porque eso tendrá impactos si queremos hacer trasplantes”, dijo. “El objetivo general de nuestro laboratorio es descubrir todo lo que podamos sobre cómo se fabrica la retina humana. Simplemente creo que es un rompecabezas genial, ¿cómo se hacen cien tipos diferentes de algo? Realmente estamos empezando a entender eso”.
