Aún existen muchas incógnitas por resolver sobre el mecanismo de acción del gen CERKL, causante de la retinosis pigmentaria y otras enfermedades hereditarias de la visión. Ahora, un equipo de la Universidad de Barcelona ha descrito cómo la falta del gen CERKL altera la capacidad de las células de la retina para combatir el estrés oxidativo generado por la luz y desencadena mecanismos de muerte celular que causan ceguera. El nuevo trabajo, publicado en la revista Redox Biology, es un paso adelante para caracterizar la ceguera hereditaria e identificar mecanismos clave para abordar futuros tratamientos basados en la medicina de precisión.

Lidera el trabajo la catedrática Gemma Marfany, de la Facultad de Biología, el Instituto de Biomedicina de la Universidad de Barcelona (IBUB) y el Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Raras (CIBERER). La investigación, llevada a cabo con modelos animales, es el resultado de la estrecha colaboración con equipos del Instituto de Investigación Sant Joan de Déu (IRSJD), la Universidad de Valencia, el Centro de Biología Molecular Severo Ochoa (CSIC -UAM) y el Instituto de Investigación Sanitaria Hospital 12 de octubre de Madrid.

El estudio revela por primera vez que cuando falta el gen CERKL, las células de la retina están permanentemente estresadas. «Este estado exacerbado basal hace que cuando se causa un daño oxidativo adicional —como con el estímulo continuo de la luz— las células ya no sean capaces de responder porque no pueden activar más mecanismos de respuesta antioxidante», detalla Gemma Marfany, miembro del Departamento de Genética, Microbiología y Estadística de la UB.

«Por tanto, la retina está inflamada de forma permanente. Como consecuencia, las células retinianas activan mecanismos de muerte celular, como la necroptosis y la ferroptosis. Aunque los experimentos se han realizado en ratón, estas alteraciones permiten explicar cómo y por qué las células fotorreceptoras mueren en los pacientes y causan la ceguera», añade.

¿Cómo responde la retina a la luz cuando falta el gen CERKL?

La retina es un tejido neuronal que está constantemente sometida a un estrés lumínico —por tanto, oxidativo— y las células retinales deben activar mecanismos antioxidantes para hacerle frente. El nuevo trabajo se basa en un modelo de ratón transgénico al que se ha eliminado el gen CERKL mediante técnicas de edición génica (CRISPR). Aplicando técnicas electrofisiológicas, se comprobó cómo la retina de estos ratones sin CERKL degenera progresivamente de forma similar al caso de los pacientes humanos. Ahora bien, ¿cómo se altera la actividad fisiológica de los fotorreceptores cuando el gen CERKL está mutado?

«Gracias a la colaboración multidisciplinar entre equipos, hemos podido combinar distintas aproximaciones para profundizar en la patología causada por mutaciones en el CERKL. Las técnicas de transcriptómica han revelado cómo responde la retina al estrés lumínico cuando no tiene la proteína CERKL. Con los análisis metabolómicos se han identificado las vías bioquímicas celulares alteradas que no permiten a la retina hacer frente al daño oxidativo generado por el exceso de luz y que terminan provocando la muerte de los fotorreceptores», indica Gemma Marfany.

«Consideramos que el CERKL es un gen de resiliencia en el estrés oxidativo. Todo ese conocimiento complementa los estudios genéticos y abre nuevas vías a futuras aproximaciones terapéuticas», detalla la investigadora.

Descubrir la función de los genes para poder diseñar terapias

Una de cada 3 000 personas en el mundo tiene algún tipo de distrofia hereditaria de retina, una de las enfermedades raras de mayor incidencia en la población. Hasta ahora, se ha identificado un total de 90 genes asociados con la retinosis pigmentaria, pero existen más de 300 genes que pueden afectar a la visión.

«Es decisivo poder realizar un buen diagnóstico genético de los pacientes, e identificar el gen que causa la enfermedad. Ahora sabemos que cerca de un 3 % de los pacientes con retinosis pigmentaria en España traen mutaciones en el gen CERKL», apunta Marfany.

«Buena parte de los esfuerzos en investigación en enfermedades raras de la visión se centra precisamente en este diagnóstico genético de los pacientes, pero para comprender el efecto fisiológico de estas mutaciones es necesario analizar qué pasa en las células de la retina».

Identificar el gen causante de la enfermedad y su función fisiológica son los pilares para diseñar una terapia de precisión o personalizada. En el caso de la terapia génica, suele ser costosa —en tiempo y en dinero— y sólo es accesible a un número limitado de pacientes.

«Ahora bien, si conocemos mejor cuáles son las vías alteradas cuando no existe el gen CERKL, podremos pensar cómo compensar estas vías: por ejemplo, con medicamentos que puedan actuar sobre estas vías metabólicas y restaurar el correcto funcionamiento de las neuronas de la retina y devolver a un estado más homeostático. Este tipo de aproximación terapéutica es mucho más asequible, y si ralentiza el progreso de la enfermedad, podría beneficiar a muchos pacientes».

El Grupo de investigación en Genética Molecular Humana de la UB tiene una destacada trayectoria de más de 25 años en el estudio de las bases genéticas de las enfermedades de la visión. Fue el equipo líder en identificar un gen desconocido —el CERKL— como el causante de la retinosis pigmentaria (The American Journal of Human Genetics, 2004) en un estudio sobre una familia con varios hijos afectados.

«Nuestro equipo sigue trabajando para intentar comprender cómo mutaciones en el gen CERKL provoca la muerte de los fotorreceptores en los pacientes. En el futuro, queremos generar nuevos modelos de la enfermedad con organoides de la retina humana, y diseñar estrategias de terapia de precisión —terapia génica y también con medicamentos— basada en moléculas que permitan revertir los síntomas más graves de la enfermedad», concluye Gemma Marfany.

Referencia

García-Arroyo R, Domènech EB, Herrera-Úbeda C, Asensi MA, Núñez de Arenas C, Cuezva JM, et al. Exacerbated response to oxidative stress in the Retinitis Pigmentosa CerklKD/KO mouse model triggers retinal degeneration pathways upon acute light stress. Redox Biology. 2023; 66:102862. https://doi.org/10.1016/j.redox.2023.102862

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221323172300263X

18/09/2023

Fuente: (IMMedico) Tomado- Noticia/ Oftalmología

Las lesiones del sistema nervioso periférico representan un importante problema de salud y un reto para la medicina. Actualmente, la mayor parte de las terapias se basan en la cirugía después de la lesión. Sin embargo, estas intervenciones gozan de una eficiencia moderada a la hora de restablecer las funciones perdidas.

Ahora, un grupo de investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) liderados por José Antonio del Río, investigador principal del Grupo de Neurobiología Molecular y Celular del IBEC, y Arnau Hervera, investigador postdoctoral del mismo grupo, han desarrollado un dispositivo –lab-on-a-chip– para estudiar y reparar lesiones del sistema nervioso combinado dos tecnologías basadas en la bioingeniería.

Se trata de la microfluídica, que utiliza sistemas que procesan o manipulan cantidades pequeñas de fluidos mediante canales con el objetivo de estudiar la respuesta a diferentes estímulos- y de la optogenética, que combina la genética y la óptica para controlar la actividad de las neuronas-. Esta última es especialmente útil en neurobiología porque permite modelar la actividad celular solo mediante cambios de luz, sin necesidad de usar la estimulación eléctrica, que es más inespecífica y puede dañar las células.

Gracias a la combinación de ambas los expertos han descubierto que el músculo manda señales regenerativas a las neuronas con el fin de promover su reconexión y reestablecer las funciones y el control de la contracción perdido después de una lesión.

Según Arnau Hervera, este descubrimiento “permite entender mejor los mecanismos subyacentes a las lesiones de motoneuronas”, un tipo de células encargadas de producir los estímulos que provocan la contracción de los diferentes grupos musculares del organismo. En este sentido, el investigador añade que el hallazgo “abre una ventana para que en un futuro se puedan mejorar los efectos de las terapias de rehabilitación actuales”.

Todo esto se recoge en un estudio realizado con células de ratones y publicado recientemente en la revista especializada Cells del que se desprende que un aumento de la actividad muscular es capaz de inducir la regeneración axonal, imprescindible para que se reestablezcan las funciones perdidas después de una lesión.

Los autores del trabajo, en el que también ha participado el Grupo de Nanobioingeniería del IBEC, liderado por Josep Samitier, el director del Instituto, subrayan la posible utilización de la metodología para modelizar el estudio de otras enfermedades del sistema nervioso como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), cuyo origen se relaciona con la muerte de motoneuronas.

“La plataforma que hemos diseñado nos permite poner en un mismo dispositivo dos tipos de células distintas -las neuronales y las musculares- y modular su actividad mediante estímulos de luz”, apunta del Río, que además de ser uno de los investigadores principales del IBEC es catedrático del Departamento de Biología Celular, Fisiología e Inmunología de la Universidad de Barcelona (UB) y miembro del Instituto de Neurociencia de la UB (UBNeuro) y del Centro de Investigación Biomédica en Red sobre Enfermedades Neurodegenerativas (CIBERNED).

Por último, el catedrático destaca que mediante el uso de este tipo de plataformas se reduce en gran medida la necesidad de experimentar con animales, pues este tipo de experimentación se sustituye por líneas celulares a la hora de llevar a cabo los experimentos. De hecho, el experto espera que pronto se pueda “humanizar” el sistema, es decir, hacer que funcione con células humanas, lo que acercaría los resultados más hacia su posible utilización en pacientes.

marzo 18/2020 (ibercbarcelona)

Los diodos emisores de luz (LED) se componen de un chip emisor azul y un filtro basado en tierras raras que transforma la luz azul en otra blanca que usamos en nuestras casas.

Pero estos filtros no convierten la luz azul de forma eficiente, produciendo problemas en la vista de los niños y afectando el ritmo circadiano (trastornos del sueño) en los adultos. Además, no se reciclan y se espera que se agoten las reservas naturales de la materia prima en 10-15 años si la producción de LED aumenta. Las tierras raras, como indica su nombre, son escasas.

El objetivo es que bacterias como E. coli estén modificadas genéticamente para producir los filtros de luz que se usarán en la próxima generación de bioLED. En este contexto, un consorcio europeo de investigadores ha comenzado el proyecto ENABLED  (Engineering of Artificial fluorescent proteins for Bilogical Light Emitting Diodes), que propone reemplazar esos filtros por otros alternativos inspirados en lo que utiliza la naturaleza debajo del mar.

Multitud de animales marinos producen luz de alta potencia para comunicarse, cazar o protegerse, usando filtros de proteínas. El principal problema es sacar esa biotecnología del agua del mar y llevarla a nuestros dispositivos de iluminación que no quieren nada de agua.

Un grupo de investigación de red de Institutos Madrileños de Estudios Avanzados (IMDEA Materiales), que coordina el proyecto bajo la dirección de Rubén D. Costa, ya ha conseguido estabilizar o empaquetar proteínas de este tipo en plásticos sin que pierdan sus excelentes propiedades luminiscentes. Esta nueva tecnología se llama bioLED.

“Con proteínas naturales hemos llegado a prestaciones de seis meses de estabilidad y eficiencias altas y aún nos queda mucho que hacer, pero otra aproximación es crear nuevas proteínas fluorescentes para iluminación”, apunta Costa.

Proteínas y bacterias al servicio de la iluminación

Esta segunda opción es la que se plantea en ENABLED: ¿se pueden evolucionar las proteínas para nuestras necesidades de iluminación? El equipo europeo trabaja en el desarrollo de nuevas proteínas diseñadas genéticamente y preparadas por bacterias, como E. coli, para crear la nueva generación de bioLED con prestaciones mejoradas.

Este proyecto se considera una de las acciones pioneras donde la biología sintética se pone al servicio del progreso de la iluminación artificial.

“El objetivo es crear una nueva generación de filtros de color basados en proteínas fluorescentes mejoradas genéticamente para llegar a las prestaciones que se necesita para la iluminación LED”, apunta Costa.

“Estas proteínas artificiales, añade, englobarán lo mejor de la (foto y térmica)estabilidad de los emisores artificiales y la protección de los esqueletos proteicos que se podrán incluir en el código genético para que los podamos producir de forma ecológica y sostenible usando bacterias”.

Este proyecto multidisciplimario se considera una de las acciones pioneras donde la biología sintética se pone al servicio del progreso de la iluminación artificial. Está financiado por la Comisión Europea a través de la convocatoria de Tecnologías Emergentes Futuras (FET) del programa marco europeo de I+D Horizonte 2020, cuenta con un presupuesto de 2,6 millones de euros y tiene una duración de 3 años.

Además de IMDEA, en el consorcio de ENABLED participan otros cinco socios: CIC-biomaGUNE y la Universidad de Oviedo en España, la Universidad de Turín y la compañía ABIEL en Italia y la Universidad Tecnológica de Graz en Austria. En conjunto incluye a grupos de biocomputación, teoría, ingeniería bioquímica, química, biología sintética y optoelectrónica.

“En pocas palabras, nuestro objetivo final es que las bacterias como E. coli estén modificadas genéticamente para producir los filtros de luz que usaremos en la próxima generación de bioLED”, concluye Costa.

febrero 21/2020 (SINC)

La investigadora del Instituto de Física de la Universidad Nacional Autónoma de México (UNAM) explicó que algunas hormonas responden de acuerdo a la luz que recibe el cuerpo o que en las regiones donde las noches son prolongadas, la falta de luz llega a producir depresión.

Además, la ciencia y la tecnología lograron llegar a tal dominio de este fenómeno físico que permitió grandes avances en campos como la medicina, biología y por supuesto la microscopía.

Tal es el caso del Premio Nobel de Química 2014 otorgado a Eric Betzig, Stefan W. Hell y William E. Moerner por el desarrollo de la microscopía fluorescente, al superar la supuesta limitación de la microscopía óptica.

«A fines del siglo XIX y albores del XX existía la convicción de que el limite de resolución de la microscopia no podía ser superado debido al tamaño de la longitud de onda», explicó en entrevista con Notimex la también coordinadora de dicha celebración en México.

Esto representó una «revolución para la microcopia» ya que se obtiene con ello imágenes a una escala y resolución antes no sospechada lo que representa un avance fundamental para la investigación en Biología.

Otro reconocimiento que sirve de marco para la celebración de este Año Internacional, fue el Premio Nobel de Física que obtuvieron Shuji Nakamura, Isamu Akasaki e Hiroshi Amano por el desarrollo de los LEDs azules.

Esta tecnología, aunque ya existía, no se había desarrollado el color azul, «los LEDs han resultado fuentes muy eficientes y cómodos para producir luz a todas las escalas, era importante la luz azul porque mientras no tengamos todos los colores no podemos producir luz blanca», añadió la académica.

Es así como este Año Internacional de la Luz será inaugurado con una ceremonia que se realizará en la sede de la Organización de las Naciones Unidas para la Educación, la Ciencia y la Cultura (UNESCO) en París, Francia, los próximos 19 y 20 de enero.

La también directora del Museo de la Luz adelantó que en esta ceremonia estará presente el director del Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt), Enrique Cabrero, y además del discurso que ella pronunciará, la participación de México será completada con las palabras del arquitecto Gustavo Avilés.

Finalmente, puntualizó que el programa específico de las actividades se dará a conocer en conferencia de prensa que se realizará a finales del presente mes luego de la mencionada ceremonia, en la Cancillería mexicana.
enero 9/2015 (Notimex)

Tomado del Boletín de Prensa Latina Copyright 2015 «Agencia Informativa Latinoamericana Prensa Latina S.A.

El psicólogo Brian Wiltgen, el biólogo Ignacio Provencio y Daniel Warthen, del College of Arts & Sciences de la UV, demostraron que la luz intensa aumenta el miedo y la ansiedad en los ratones (se trata de animales nocturnos), casi de la misma forma que la oscuridad puede intensificar el miedo o la ansiedad en los humanos, que son diurnos.

El miedo es un mecanismo natural para la supervivencia. Algunos miedos, como el miedo a los ruidos estridentes, los movimientos rápidos o las alturas, parecen ser innatos. Los humanos y otros mamíferos también aprenden a tener miedo de sus experiencias, que incluyen peligros o situaciones negativas.

Este \»miedo aprendido\» es una forma de protegerse que, sin embargo, puede convertirse en un factor anormalmente intenso en algunos casos, a veces llevando a la aparición de fobias. Cerca de 40 millones de personas en Estados Unidos sufren miedo desmedido y estados de elevada ansiedad.

Estos investigadores utilizaron un método común para estudiar el \»miedo aprendido\». Dieron a sus ratones un tono de un minuto seguido, dos segundos después, de una rápida y suave descarga eléctrica. Así los ratones aprendieron a asociar el tono con el \»shock\» y rápidamente se condicionaron a esconderse cuando escuchaban el tono, de la misma forma que lo harían ante la aparición de un depredador. Asimismo, descubrieron que, intensificando la luz ambiental, el ratón experimentaba una mayor reacción de miedo al tono que cuando la luz era más tenue.

Según Wiltgen, \»si logramos entender el mecanismo celular que afecta a este sistema, se podría tratar la ansiedad y el miedo desmesurados con productos mejorados que imiten o aumente los efectos de la terapia lumínica\».
Agosto 12 /2011 (JANO)

Nota: Los lectores del dominio *sld.cu tienen acceso al artículo a texto completo a través de Hinari.

Daniel M. Warthena, Brian J. Wiltgenb, Ignacio Provencioa.Light enhances learned fear. Publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences. Agosto 1/2011