Mecanismos neurales de adaptación a la luz y oscuridad. Estudio comparativo en ratones controles y modelos de degeneración retiniana
- Autores: Javier Vicente Tejedor
- Directores de la Tesis: Pedro de la Villa Polo (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2009
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Margarita Baron Maldonado (presid.), Francisco José Germain Martínez (secret.), Nicolás Cuenca Navarro (voc.), Eduardo Fernández Jover (voc.), José Manuel García Fernández (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: e_Buah
- Resumen
- español
La retina es una porción del Sistema Nervioso Central (SNC) formada por una red de neuronas especializadas que procesan diferentes aspectos de las señales visuales. En esta compleja red neuronal, los estímulos luminosos desencadenan respuestas eléctricas y químicas que activan diferentes vías paralelas en la transmisión de la información hacia las distintas áreas del SNC. La clásica vía visual "formadora de imágenes" se inicia con el proceso de transformación de la energía lumínica en energía eléctrica a nivel de los fotorreceptores clásicos, conos y bastones. Sin embargo, existe una segunda vía, en la que estos fotorreceptores clásicos no parecen estar involucrados, que ha sido definida como la vía "no formadora de imágenes", en la que las células con papel más relevante son las células ganglionares intrínsicamente fotosensibles (ipRGCs), células portadoras de melanopsina. Las proyecciones centrípetas de esta vía ?no formadora de imágenes? son regiones del SNC relacionadas con los ritmos circadianos y reflejo pupilar entre otros. A pesar de ello, no está claro si estos nuevos fotorreceptores también juegan un papel modulador en la visión clásica "formadora de imágenes". En la presente Tesis Doctoral planteamos el papel de las ipRGCs en la adaptación lumínica atendiendo a las relaciones inter-retinianas de estas células con diferentes tipos celulares. Estudiamos la implicación que tienen las ipRGC sobre la expresión circadiana de ciertas proteínas retinianas. Asimismo, hemos inter-relacionado los mecanismos moleculares con la modulación que ejercen dichas células sobre la respuesta funcional de la retina, analizada mediante la técnica electrorretinográfica. Por último, hemos estudiado el mecanismo de compensación que desarrollan las ipRGCs ante desincronizaciones del ritmo circadiano con la fase del ciclo de 24 horas. Por tanto, en la presente Tesis Doctoral analizamos ciertos aspectos estructurales, funcionales y conductuales relacionados con el papel que juegan las ipRGCs en diferentes escenarios lumínicos. Los estudios celulares y moleculares (inmunocitoquímica y Western blot) nos han permitido comprobar la existencia de una ritmicidad en la expresión proteica de la Proteína Kinasa dependiente de Ca2+ y fosfolípidos (PKC?? y que ésta podría estar modulada por la melanopsina. Asimismo, el estudio de otras proteínas (NKCC1, TH) nos ha indicado que la expresión circadiana de las proteínas, con esos patrones rítmicos, puede darse con al menos la presencia de un único tipo de célula fotosensible en la retina. A través de los estudios electrorretinográficos hemos comprobado el papel modulador de las células portadoras de melanopsina sobre la sensibilidad lumínica en condiciones fotópicas. Los cambios en la amplitud de las respuestas del ERG vienen determinados por la presencia activa o no de las ipRGCs, por lo que la sensibilidad de la retina depende de la iluminación recibida y no del ritmo circadiano. El análisis de los procesos de resincronización de la actividad del animal con el ciclo luz/oscuridad, ha aportado datos acerca del papel modulador de las ipRGCs en los reajustes de los ritmos circadianos del animal. Los desajustes horarios producidos por un acortamiento de fase son más difíciles de resincronizar que aquellos producidos por alargamiento de fase. El hecho de que los animales con degeneración retiniana presenten idénticos tiempos de resincronización que el animal sano nos permite concluir que las ipRGCs son necesarias y suficientes para llevar a cabo el proceso de resincronización de la actividad circadiana con el ciclo luz/oscuridad.
- English
The retina is a portion of the Central Nervous System (CNS) which contains a set of specialized neurons that are organized in an intricate neural network. Such network organization allows discriminating and encoding the many different light signals from the visual world. The light that reaches the retina is transduced in a series of electrical and chemical responses that activate different parallel pathways that transmit the coded signals towards the different areas of the CNS. The classical “imageforming” pathway starts with the transduction of light energy into electric energy by rods and cones photoreceptors. Nevertheless, there exists a second pathway in which these classics photoreceptors do not seem to be involved. This route is termed as the “non-image forming” pathway and the cells responsible for the phototransduction machinery are the intrinsically photosensitive retinal ganglion cells (ipRGCs), which express melanopsin. The central projections of the “no-image forming” pathway are directed to the CNS areas related to no visual functions such us circadian rhythms and pupilay reflex, among others. By now, it remains unclear whether these new photosensitive cells play any modulatory role in the classical “image-forming” vision. In the present Doctoral Thesis we raise the modulatory role of the ipRGCs on retinal molecules involved in light adaptation processes, due to the cell contacts that ipRGC make with other retinal cellular types. All experiments were carried out in mice; wild type animals and mouse models of photoreceptor dysfunction have been used. We initially studied the influence of ipRGCs on the circadian expression of certain cell specific proteins such as the protein kinase C alpha (PKCα), the sodium – potassium – chloride co-transporter (NKCC) and tyrosine hydroxilase (TH) by the use of immunohistochemical technique and western blotting. Secondly, we tried to test the putative modulatory effect of ipRGC on the retinal functional response, analyzed by means of electroretinographic recording (ERG). Finally, we focused on the role played by the ipRGC on the resynchronization of circadian rhythms after changes in light/dark phases of the 24 hours cycle. In summary, we analyzed a series of molecular, functional and behavioural aspect of the light adaptation process that may be modulated by the ipRGCs in the mouse retina. The molecular studies allowed us to demonstrate the existence of a circadian rhythm of the PKCα expression, which may be modulated by the melanopsin containing cells. Likewise, the study of NKCC1and TH showed us that the circadian expression of these proteins needs the presence of, at least, one type of photosensitive cell in the retina. Across the ERG studies we have verified the modulatory role of melanopsin containing cells on the retinal sensitivity. In this sense, retinal light sensitivity is shown to be related to the active presence of the ipRGCs; it depends on the light received by the retina, but is independent of the circadian rhythm. Behavioural experiments allowed us to demonstrate that the resynchronization of the circadian activity after changes in light/dark phases of the 24 hours cycle is dependent solely on the ipRGC activity. The hourly disruption produced by a phase shortening is resynchronized slower than those produced by phase stretching. These experiments, carried out in wild type and dystrophic animals, allowed us to conclude that the ipRGCs are necessary and sufficient for the processes of resynchronization of the circadian activity with the light/dark cycle.
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