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Las mitocondrias (las famosas centrales eléctricas de la célula) parecen desempeñar una doble función en la visión. Un nuevo estudio descubrió que las mitocondrias pueden actuar como microlentes para redirigir la luz en el ojo, lo que permite que se convierta en señales eléctricas para el cerebro, lo que desempeña un papel importante, previamente desconocido, en nuestra vista.

Usando un microscopio confocal modificado, los investigadores observaron las propiedades ópticas de las mitocondrias de conos vivos expuestas a la luz. El camino de la luz se concentró con la transmisión desde los segmentos internos a los externos de los fotorreceptores de cono. Crédito: John Ball, Ph.D.

Tus ojos necesitan mucha energía.

Las mitocondrias realizan una serie de tareas críticas dentro de la retina, la fina capa de tejido que recubre la parte posterior del ojo por dentro. Una de estas tareas consiste en proporcionar cantidades masivas de energía a las neuronas de la retina para generar potenciales de membrana que deben atravesar los vastos tractos ópticos entretejidos del cerebro.

Esto tiene un costo y, desafortunadamente, este gran gasto de energía deja a las mitocondrias en la retina de los ojos increíblemente susceptibles al daño con muchas enfermedades de la retina relacionadas con la edad, incluido el glaucoma y la degeneración macular relacionada con la edad, asociadas con la disfunción mitocondrial.

Sin embargo, los investigadores asumieron que esto se debía únicamente a la pérdida de energía de las células, pero ahora un nuevo estudio ha identificado otra función crítica de las mitocondrias en la vista.

Investigadores del Instituto Nacional del Ojo (NEI, por sus siglas en inglés) dicen que las mitocondrias multitarea se encuentran en la parte posterior del ojo, en las células receptoras del cono de la retina, las células responsables de la visión del color. Las mitocondrias potencian la vista y dirigen la luz desde la pupila hasta los segmentos externos de estas células, donde se convierten en señales nerviosas. los Los hallazgos , publicados en Science Advances , brindan más claridad con respecto a la evolución de la visión y la incertidumbre que rodea a la fisiología de las retinas y la patología de la enfermedad.

Nos sorprendió este fascinante fenómeno de que las mitocondrias parecen tener un doble propósito: su papel metabólico bien establecido en la producción de energía, así como este efecto óptico, dice el autor principal del estudio, Wei Li, jefe de la sección de neurofisiología de la retina del NEI.

Los hallazgos también abordan un misterio de larga data que rodea a la retina de los mamíferos y su papel en el transporte de señales de luz al cerebro. En su artículo, el grupo explica que una vez que los fotones de luz llegan a la retina, deben pasar a través de múltiples capas neuronales antes de llegar al segmento externo de los fotorreceptores para convertirse en señales nerviosas. Los investigadores pensaron anteriormente que estas señales deben atravesar un haz inusualmente denso de mitocondrias en las células receptoras de conos y bastones antes de pasar del segmento interno al externo de estas células en su camino hacia el cerebro.

Pero aunque podría parecer que estas mitocondrias funcionan en contra del camino de la visión, ya sea dispersando o absorbiendo la luz, el estudio actual muestra que cumplen una función única para mejorar y facilitar la visión.

Los ojos únicos de la ardilla de tierra

Para probar esto, el equipo de Lis investigó el papel de las mitocondrias en los fotorreceptores de cono en la ardilla terrestre de 13 líneas. El grupo utilizó estos animales en el estudio ya que su retina se compone principalmente de conos, que contienen muchas más mitocondrias que células de bastón. Las ardillas terrestres también hibernan, lo que permite la inspección de mitocondrias vivas ricas en lípidos después de la extracción de los ojos de los animales, lo que proporciona una mayor precisión.

Usando un microscopio confocal modificado para observar las mitocondrias vivas del cono expuestas a la luz, los investigadores dijeron que en lugar de dispersar los rayos, las mitocondrias apretadas actúan como minilentes para dirigir la refulgencia hacia el borde exterior sensible a la luz de las células. El modelado computacional de alta resolución verificó que estos orgánulos estaban usando un proceso conocido como el efecto Stiles-Crawford para optimizar las señales eléctricas convertidas al cerebro al enfocar la luz en el segmento externo de las células que los contienen.

Este mecanismo es donde la luz ingresa al centro de la pupila para producir una mayor respuesta en nuestras células cónicas que la luz que ingresa más cerca del borde. Hasta ahora, se desconocía que las mitocondrias que actuaban como microlentes eran la razón por la que esta emanación estaba causando una respuesta tan brillante en los fotorreceptores de los ojos. Agregar este descubrimiento también puede proporcionar nuevos objetivos para tratar la enfermedad de la retina basada en mitocondrias.

Los humanos y los insectos son más parecidos de lo que crees

El estudio también arroja más luz sobre la evolución de los ojos de los mamíferos. El equipo postula que las gotas de aceite que se encuentran en los fotorreceptores de aves y reptiles pueden desempeñar un papel similar al de las mitocondrias ricas en lípidos que se encuentran en los conos de las ardillas terrestres.

Además, dicen que las microlentes mitocondriales en células cónicas de mamíferos pueden conferir una funcionalidad similar a la observada en los ojos de invertebrados como moscas y abejorros, aunque esto aún debe investigarse más a fondo. No obstante, la morfología de cono de no primates es típica entre los vertebrados que carecen de gotas de aceite en el ojo; por lo tanto, deben confiar en las mitocondrias grasas para producir el efecto Stiles-Crawford. li dice:

Esta idea une conceptualmente los ojos compuestos de los artrópodos con los ojos de cámara de los vertebrados, dos sistemas de formación de imágenes que evolucionaron de forma independiente, lo que demuestra el poder de la evolución convergente.

El equipo ahora tiene la intención de explorar cómo los cambios estructurales y funcionales en las mitocondrias del cono afectan la visión a través del modelado y los innumerables modelos animales que ha proporcionado este descubrimiento.

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