La retinosis pigmentaria en españA: estudio clínico



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LA RETINOSIS PIGMENTARIA EN ESPAÑA:
ESTUDIO CLÍNICO
Y GENÉTICO

La retinosis pigmentaria en España: estudio clínico y genético

Primera edición: 2001.
Coordinado por Diana Valverde Pérez, Departamento de Genética. Facultad de Ciencias. Universidad de Vigo. Pontevedra.
© Organización Nacional de Ciegos Españoles (ONCE), Dirección General, Dirección de Autonomía Personal y Bienestar Social. Calle del Prado 24 – 28014 Madrid.

© Los autores.


Diseño de la portada: Gabinete de Diseño. Departamento de Relaciones Públicas. Dirección de Comunicación e Imagen.

ONCE. Consejo General.

Coordinación de la edición: Dirección de Cultura y Deporte. Dirección General de la ONCE.

La presente edición ha estado al cuidado de Carmen Roig.


ISBN: 484-0242-1

D.L.: M-41.890-2001


Impreso por: IRC

AGRADECIMIENTO
del Presidente de la faarpee y del Patronato de FUNDALUCE

Como expresión de mi agradecimiento quiero dejar constancia en estas líneas de la ayuda recibida de la Dirección de la Organización Nacional de Ciegos Españoles (ONCE), así como la de los diferentes médicos e investigadores que han intervenido en la realización de este libro, sin cuya desinteresada colaboración, su publicación no hubiera sido posible.

Quiero agradecer también el trabajo realizado por todos mis compañeros de las distintas Asociaciones de afectados delEstado Español, de la Federación Española de Asociaciones de Afectados
por Retinosis Pigmentaria (FAARPEE) y de la Fundación de lucha contra la ceguera (FUNDALUCE).

Sin su esfuerzo diario en pos de la divulgación y del impulso a la investigación, este trabajo tampoco hubiera podido realizarse.

Espero que sus páginas puedan ir actualizándose como muestra de nuevos avances en la comprensión de la enfermedad que nos aqueja y en la confianza de que en el plazo más breve posible podamos llegar a erradicarla o detenerla.

Joan Claramunt i Pedreny

Presidente de FAARPEE y del
Patronato de FUNDALUCE

Índice

PrÓlogo


9

Capítulo I

anatomía y fisiología de la retina

Agustín Ruiz, Salud Borrego, Irene Marcos, Guillermo Antiñolo

11

Capítulo II

diagnóstico oftalmológico de retinosis pigmentaria

Blanca García-Sandoval

39

Capítulo III

exploraciones neurofisiológicas en el estudio de las distrofias retinianas

Concepción Vilela Soler

69

Capítulo IV

las bases genéticas de la retinosis pigmentaria

Diana Valverde Pérez

91

Capítulo V

La retinosis pigmentaria autosómica dominante

Miguel Carballo, Maria Martínez-Gimeno, Carlos Reig

103


Capítulo VI

La retinosis pigmentaria autosómica recesiva

Sara Bernal, Mónica Calaf, Elisabeth del Río, Montserrat Baiget

129


Capítulo VII

la Retinosis Pigmentaria ligada al cromosoma x

José María Millán

147


Capítulo VIII

El síndrome de Usher

Magdalena Beneyto, Carmen Nájera

165


Capítulo IX

El síndrome de Bardet-Biedl

Isabel Lorda, Diana Valverde

201


Capítulo X

La coroideremia

María José Trujillo Tiebas

213


Capítulo XI

Estudio de la Retinosis Pigmentaria en España

Carmen Ayuso García

231


Capítulo XII

Perspectivas de la retinosis pigmentaria

Guillermo Antiñolo, Agustín Ruiz, Irene Marcos, Salud Borrego

301


BIBLIOGRAFÍA

315


prÓlogo

El grupo multicéntrico español de investigación sobre RP se crea en 1990 en la sede del Fondo de Investigaciones Sanitarias (FIS) como respuesta a la necesidad de investigar sobre este grupo de enfermedades en nuestro país. La oportunidad vino creada por la reciente existencia de una Acción Concertada Europea, avalada y financiada por la entonces Comunidad Europea, que agrupaba y coordinaba la incipiente investigación en este campo. Algunos investigadores básicos y clínicos españoles recogimos «el guante» del reto que suponía empezar a trabajar en un área del conocimiento del que se tenía todavía poca información.

Sin embargo el desafío era estimulante porque se trataba de coordinar el trabajo predominantemente clínico de los oftalmólogos y neurofisiólogos con el más básico de la genética molecular y la epidemiología.

Fue de importancia crucial el apoyo institucional que recibimos en todo momento del FIS que apadrinó al grupo dotándole de medios económicos que si bien no fueron todo lo abundantes que deseábamos resultaron imprescindibles en los primeros momentos. Y tan importante como la financiación, fue la ayuda de este organismo que nos entreabrió las puertas de la Acción Concertada Europea.

Enseguida se sumaron otras ayudas como la de la ONCE y la Fundación ONCE y la Federación de Asociaciones de pacientes afectos (FAARPEE) que se fueron añadiendo a lo inicialmente aportado por el FIS.

Sin embargo la mayor riqueza de recursos en este Proyecto multicéntrico no fueron los materiales, sino el talante y la calidad científica de sus investigadores.

Esto ha permitido unir esfuerzos, multiplicando el éxito de la investigación.

El otro gran pilar sobre el que se ha apoyado todo el trabajo ha sido la inestimable colaboración de los pacientes afectados y sus familiares que, tanto individualmente, como a través de sus Asociaciones, se han prestado con toda generosidad a las exploraciones y estudios que se les han solicitado.

Por tanto la tres causas fundamentales de la brillantez de resultados obtenidos han sido la colaboración de las familias afectadas, el nivel científico y el tesón de los investigadores y el apoyo institucional del FIS, Fundación ONCE y ONCE.

Esta forma de trabajo es modélica, no solo por los objetivos alcanzados, sino por el modo de llevar a cabo esta tarea. Son dignas de remarcar alguna de estas características:

En primer lugar la metodología de este trabajo, organizando la investigación de un modo coordinado, al unir el esfuerzo no sólo de 6 grupos diferentes de investigadores sino tambien con un enfoque multidisciplinario que abarca campos diversos como son la genética, la oftalmología y la neurofisiología.

En segundo lugar, las fuentes mixtas de financiación, obteniendo recursos de fundaciones y organismos privados que suponen una ayuda económica complementaria a la inestimable financiación obtenida del FIS.

Por último, la participación de un grupo de investigadores españoles en la Acción Concertada de la Unión Europea «Prevention of Blindness», liderada por el Prof. Pawlowitzki de la Universidad de Münster, que han permitido estar en estrecho contacto con otros grupos de investigación europeos. Gracias a este contacto los investigadores españoles han podido incorporar metodología punteras dentro de sus áreas de conocimiento respectivas.

CAPÍTULO I
Anatomía y Fisiología
de la Retina


Agustín Ruiz
Salud Borrego
Irene Marcos
Guillermo Antiñolo

Unidad de Genética Médica y Diagnóstico Prenatal

Hospital Universitario Virgen del Rocío. Sevilla

«Durante el año 1896 mi actividad alcanzó otro máximo comparable al del año 90, corriendo febril por varios y divergentes cauces y desparramándose alguna vez sobre temas anteriormente tratados. En uno de estos ritornellos ataqué con nuevos bríos la retina, el más antiguo y pertinaz de mis amores de Laboratorio...»



Santiago Ramón y Cajal
Historia de mi labor científica

I.1.  Introducción

La visión es uno de los sistemas de neuropercepción más sofisticados de los que dispone el reino animal y es la retina el segmento del ojo sensible a la luz. Su función es convertir las radiaciones electromagnéticas del espectro visible, emitidas por todos los objetos cuya temperatura esté por encima del cero absoluto, en señales inteligibles para el Sistema Nervioso Central (SNC). Esto permite inferir la geometría detallada, el movimiento, la brillantez, el color y la textura superficial de todos los elementos que aparecen en nuestro entorno. Con un claro matiz antropocéntrico, se dice que sin tejidos fotosensibles y sistemas nerviosos, la luz y el color no existirían en el universo (West, 1986).

Desde el descubrimiento de Müller en 1856 de la terminación de las fibras nerviosas en los bastoncillos de los ojos (van Kempen, 1863), pasando por la revolución Cajaliana de finales del siglo XIX, con su teoría del contacto basada en estudios sobre tejidos nerviosos embrionarios (incluyendo la retina), las ciencias visuales han despertado el interés de los científicos de todo el mundo por múltiples motivos, desde la incapacidad que supone la ceguera al ejemplo de la retina como un modelo relativamente simplificado y abordable del Sistema Nervioso Central (Dowling, 1987). Por tanto, a lo largo del siglo XX se han ido acumulando en referencia a la retina una gran cantidad de datos anatómicos, fisiológicos, bioquímicos y, más recientemente, los derivados de nuevas disciplinas como la ingeniería genética o la genética molecular que por sí solos requerirían una amplia revisión monográfica.

El primer objetivo del presente capítulo, dentro de una monografía dedicada a la Retinosis Pigmentaria (RP), es el de ofrecer una idea general acerca de los procesos fisiológicos y las estructuras anatómicas de la retina. Nuestra revisión abordará con particular énfasis aquellos tipos celulares y procesos fisiológicos que ya han sido relacionados directamente con la retinopatía pigmentaria como es el caso del bastón o la cascada de fotorrecepción.

Aunque la cantidad de datos concernientes a la etiología y patogenia de la RP van aumentando progresivamente, el conocimiento que se tiene de esta enfermedad actualmente sigue siendo incompleto. Muchas de las soluciones a la RP y otros problemas de la retina aparecerán gracias a la ampliación de nuestros conocimientos sobre las bases neuroanatómicas, fisiológicas, bioquímicas y moleculares de la visión normal. Por tanto, un segundo objetivo del presente capítulo es estimular al lector a profundizar en el análisis de estructuras y funciones que, aunque menos conocidas, podrían estar involucradas en el desarrollo de la retinosis pigmentaria. Por dicha razón, las funciones ejercidas por las células de sostén de la retina, como las células del epitelio pigmentario y la célula de Müller, o los circuitos locales de modulación sináptica serán también objeto de análisis en este capítulo.

I.2.  Anatomía funcional de la retina
La estructura de la retina


I.2.1.  Conceptos básicos y localización de la retina

La retina es la más interna de las tres túnicas de la que se componen los ojos de los vertebrados (esclerótica, coroides y retina) (Weisz y Keogh, 1987). La capa retiniana circunda la cámara posterior y el espacio vítreo del ojo. Básicamente diferenciamos dos regiones: la retina anterior o ciega que reviste la cara posterior del cuerpo ciliar, los procesos ciliares y el iris y la retina posterior o sensitiva encargada de la percepción visual.

La retina posterior es la porción del ojo sensible a la luz. Tiene una función receptora e integradora de las imágenes que recibe; es decir, no se limita a transmitir las señales detectadas, sino que se encarga de codificar una respuesta eléctrica compleja que contiene la información sobre la forma, luminosidad, color, movimiento y entorno de los objetos que detecta para enviarla al cerebro a través del nervio óptico. En la retina posterior se observan la papila del nervio óptico y la mácula como dos elementos anatómicamente distinguibles incluso mediante fundoscopia. La primera corresponde al punto ciego de la retina por el cual los axones de las células ganglionares abandonan la retina para formar el nervio óptico. La mácula es una región de la retina, de unos 5mm de diámetro, que se sitúa en su eje óptico. Es la región encargada de la visión de mayor nitidez y definición, presentando además una estructura histológica distinguible.

I.2.2.  Histología básica de la retina

Utilizando una tinción clasica de hematosilina-eosina y el microscopio óptico, se pueden visualizar las diversas capas que componen la retina fotosensible, que incluyen el epitelio pigmentario de la retina, las capas neuronales de la retina y las membranas limitantes externa e interna (figura I-1). La sección vertical de la retina humana demuestra una estructura estratificada compleja que se comprende mejor si la consideramos una sucesión de relevos neuronales interconectados. La primera neurona de la vía visual es el fotorreceptor (capa de conos y bastones/capa nuclear externa). Los fotorreceptores transducen la señal lumínica y establecen sinapsis en la capa plexiforme externa con la siguiente neurona: la célula bipolar (capa nuclear interna) que recibe la información, enviada por la primera neurona, y emite su axón a la capa plexiforme interna estableciendo contacto con la tercera neurona: la célula ganglionar (capa de células ganglionares). Por último, los axones de las células ganglionares se dirigen hacia la papila del nervio óptico formando la capa de fibras del nervio óptico. Cabe destacar que para iniciar el proceso de la transducción en el fotorreceptor, la luz ha de atravesar todas las capas de la retina. Por esta razón en la fóvea, la región de mayor agudeza visual situada dentro de la mácula, la estructura de la retina difiere sensiblemente de lo anteriormente expuesto. Histológicamente la fóvea presenta una suave depresión. Las capas más internas de la retina, células bipolares y ganglionares, están muy aplanadas y proyectadas excéntricamente para permitir que la luz alcance directamente a los conos, única célula fotosensible de la mácula. La densidad de conos en esta región es muy superior al resto de la retina y aparecen estrechamente agrupados. Estas diferencias con el resto de la retina visual contribuyen, indudablemente, a mejorar la nitidez de la imagen que se forma en la mácula.



I.2.3.  Estructura y función de los tipos celulares de la retina

En 1892 utilizando la tinción desarrollada por Golgi, Ramón y Cajal describió en detalle los componentes celulares de la retina en varios vertebrados (Ramón y Cajal, 1892). Hoy día sus esquemas anatómicos y algunas de sus interpretaciones funcionales siguen vigentes. No obstante, mediante el empleo de técnicas más sofisticadas como los análisis de secciones seriadas de la retina, la microscopía electrónica o los modernos ensayos de neurofisiología, se ha conseguido reconocer un amplio abanico de subtipos celulares en las diferentes capas de la retina con funciones específicas (Kolb, 1994). Del mismo modo van siendo identificadas las distintas vías neuronales que codifican toda la información que se presenta en la escena visual. Por otra parte, los avances en el conocimiento de la fisiología celular, la bioquímica y la biología molecular han permitido la identificación de distintas vías metabólicas que juegan un papel importante en la función de la retina como la cascada de fototransducción o la síntesis, plegamiento y transporte de proteínas específicas. A continuación detallaremos los tipos celulares presentes en la retina y repasaremos las funciones identificadas en cada uno de ellos.



I.2.3.1.  El epitelio pigmentario de la retina (EPR)

El epitelio pigmentario de la retina (EPR), la capa más externa de la retina, aparece fuertemente adherido a la membrana de Brusch, que le separa de la coroides. El EPR esta formado por células columnares cargadas de melanina. Las células, tienen en su polo apical microvellosidades y vainas cilíndricas de su membrana plasmática que envuelven a los segmentos externos de conos y bastones (Junqueira, 1987). Sus funciones son críticas para el proceso visual y la supervivencia de la retina neural (Nicoletti y cols., 1995). Su fisiología se resume en la tabla I-1.

Tabla I-1. Funciones del epitelio pigmentario de la retina.

1.  Fagocitosis y digestión lisosómica de los discos de los conos


y bastones (Young y Bok, 1969). Reciclaje de componentes del segmento externo de conos y bastones (Bridges, 1976).

2.  Participación en el ciclo de la vitamina A a nivel retiniano


(figura I-2).

3.  Síntesis de melanina que absorbe la luz que no es capturada por los fotorreceptores, impidiendo que esta se refleje dentro del ojo (Curtis, 1985).

4.  Aporte de nutrientes para los fotorreceptores (Nicoletti
y cols., 1995).

5.  Síntesis de componentes de la matriz que existe entre los fotorreceptores (glicosaminoglicanos).

6.  Barrera entre la circulación coroidal y las capas externas de la retina. Transporte iónico y de agua desde el espacio subrretinal.
Hasta hace muy poco no existía gen alguno relacionado con una función específica del EPR que hubiera aparecido mutado en procesos degenerativos de retina. No obstante la íntima relación EPR/fotorreceptor, los estudios clínicos de la RP en los que aparece movilización pigmentaria y datos indirectos del modelo de degeneración retiniana de la rata RCS (Mullen y LaVail, 1975, D’Cruz y cols., 2000), validaban la hipótesis según la cual las funciones específicas del esta célula podrían estar alteradas en algunas formas de degeneración retiniana. Muy recientemente, y simultáneamente, tres grupos de investigación independientes encontraron mutaciones relacionadas con RP y con la amaurosis congénita de Leber en dos genes expresados en el EPR y relacionados con el ciclo de la vitamina A (RPE65 y CRALBP) (Gu y cols.; Marlhens y cols.; Maw y cols., 1997).

I.2.3.2.  Los fotorreceptores (conos y bastones)

La estructura y fisiología de los fotorreceptores representan el núcleo central de este capítulo. Es este tipo celular el único en el que alteraciones de funciones o genes específicos, han sido reconocidos como defectos primarios de RP típica hasta muy recientemente. Así, mutaciones en proteínas involucradas en la cascada bioquímica de la fototransducción (Dryja y Li, 1995), alteraciones en proteínas estructurales del segmento externo del fotorreceptor (Kajiwara y cols.; Farrar y cols., 1991; Kajiwara y cols., 1994), en proteínas relacionadas con el plegamiento de proteínas (Meindl y cols., 1997) o con el metabolismo de la vitamina E (Yokota y cols., 1996), todas ellas relacionadas con el correcto funcionamiento del bastón, son las primeras alteraciones genéticas que se han identificado como causas de RP. Es fácil comprender, por tanto, que mutaciones en otros genes relacionados con la homeostasis de los fotorreceptores se identifiquen como responsables de RP en el futuro.

El fotorreceptor es la célula más abundante de la retina. Se estima que cada ojo contiene alrededor de 125 millones de fotorreceptores; básicamente se subdividen en conos y bastones. En la retina humana existen alrededor de 120 millones de bastones. Los bastones son los encargados de la visión nocturna y en blanco y negro; su fotopigmento es la rodopsina. Los conos son los fotorreceptores encargados de la visón diurna y en color; su pigmento son las fotopsinas. Poseemos alrededor de 3-10 millones de conos por ojo y se pueden subdividir, de acuerdo con el fotopigmento que portan, en rojos, verdes y azules. La distribución y tipología de los fotorreceptores varía enormemente dependiendo de la región de la retina en la que nos encontremos. Así, la región que contiene mayor densidad celular es la fóvea y los tipos celulares que aparecen son el cono verde y el cono rojo de forma casi exclusiva (Wässle y Boycott, 1991). El mosaico espacial que conforman los conos foveales en la retina ha sido objeto de gran interés, puesto que la organización de estos conos determina los límites de la resolución espacial y agudeza visual (Hirsch y Curcio, 1989). Conforme nos alejamos de la fóvea la densidad de fotorreceptores desciende progresivamente, la riqueza en conos diminuye rápidamente y en consecuencia la agudeza visual también disminuye. En la retina periférica, el bastón es el fotorreceptor predominante.

Los conos y bastones son células nerviosas finas, alargadas y con una función específica: la fototransducción. Neuroanatómicamente, el fotorreceptor ha de considerarse la primera neurona de la vía visual. Los fotorreceptores tiene una morfología común. Su estructura básica se resume en la figura I-3. Los diferentes segmentos que conforman su estructura tienen un importante correlato funcional.

El segmento externo del fotorreceptor es el polo sensorial de la célula y está en íntimo contacto con el EPR, tanto desde el punto de vista anatómico, como funcional. En este segmento se verifica una de las funciones estrella de esta célula: la cascada de fotorrecepción (figura I-4). El segmento externo es una prolongación celular que adopta la forma de cono o bastón, esta porción celular diferencia los dos tipos principales de células fotorreceptoras.

Ultraestructuralmente está constituido por microvesículas formando unos 1000 discos apilados rodeados por la membrana plasmática (Rawn, 1989). Estas estructuras no son estáticas, sino que parecen estar sometidas a un proceso de reciclaje continuo (Travis, 1997). Los discos van migrando hacia la extremidad del fotorreceptor de modo progresivo y finalmente son fagocitados y digeridos por el EPR. El proceso de migración dura entre 9 y 12 días y el EPR fagocita alrededor del 10% de cada segmento externo diariamente (Zinn y Marmor, 1979). Se piensa que la estructura del disco se mantiene gracias a proteínas específicas del segmento externo de los conos y bastones como la proteína RDS/periferina y la proteína ROM1, que contribuyen al mantenimiento de la curvatura de los discos así como a su anclaje al citoesqueleto del fotorreceptor (Connel y Molday, 1990). En cuanto a las interacciones de la membrana plasmática con los discos, la microscopía electrónica ha demostrado la existencia de estructuras filamentosas que se extienden desde los bordes de los discos a la membrana (Roof y cols., 1982). Se ha aislado en el segmento externo una proteína de unos 240 kDa tipo espectrina sugiriéndose que podría ser la responsable de las interacciones entre los discos y la membrana plasmática.

Bioquímicamente, alrededor del 40% del segmento externo del fotorreceptor corresponde al pigmento encargado de fotoactivarse con la llegada de la luz e iniciar la cascada bioquímica de fototransducción (Guyton, 1992). Otra característica interesante del segmento externo, desde el punto de vista bioquímico, es la gran fluidez de las membranas que lo conforman, una propiedad que parece esencial para la reunión por difusión de proteínas transmembrana y proteínas periféricas involucradas en el proceso de fototransducción (Allikmets y cols., 1997). La gran fluidez de estas membranas es el resultado de una composición baja en colesterol y extremadamente alta en ácidos grasos esenciales (Deamen, 1973). Un componente que está en una concentración inusualmente alta en el segmento externo es la vitamina E (alfa-tocoferol) que parece contribuir a la eliminación de la fotooxidación de los ácidos grasos del segmento externo.

El segmento interno del fotorreceptor está separado del externo mediante una constricción y se une al anterior mediante el cilio de conexión (figura I-3). Esta región del fotorreceptor es la encargada del metabolismo celular en la que se efectúa la síntesis de macromoléculas y se aporta la energía necesaria para la fototransducción. Ultraestructuralmente, se aprecia el apilamiento de mitocondrias en la región más próxima al cilio y el segmento externo. En el segmento interno también están localizadas el resto de orgánulos celulares y se aprecia una gran cantidad de glucógeno acumulado. Por su importancia logística, mención especial requiere la síntesis y transporte de la rodopsina al segmento externo desde esta región celular. Recientes estudios en Drosófila melanogáster han demostrado que la rodopsina necesita una maquinaria de plegamiento (chaperonas) específica para su correcta maduración postraduccional a nivel del retículo endoplásmico rugoso (Colley y cols., 1995). La importancia de este dato, ha sido confirmada por la clonación del gen subyacente en el locus RP3 humano (Meindl y cols., 1996). Este gen (RPGR) podría codificar para una proteína moduladora de una chaperona específica de rodopsina (Meindl y cols., 1997). Además, para el correcto transporte de la rodopsina al segmento externo, parece necesaria la formación de complejos de proteínas en los que se organizan varias moléculas de rodopsina «empaquetadas» para su posterior transporte (Baker y cols., 1994). Todo estos datos apuntan hacia la existencia de una maquinaria especializada en el ensamblaje y tráfico de los componentes del segmento externo que, dado el importante grado de renovación de discos que se aprecia, debe jugar un papel importante en la función de los fotorreceptores.

La porción más interna del segmento interno de la célula fotosensible la componen el núcleo y el cuerpo sináptico, donde se produce el primer relevo de la vía visual, estableciéndose la sinápsis con la célula bipolar. Microscópicamente se observa que los núcleos de los conos se disponen a una sola altura, formando una hilera cerca de la membrana limitante externa. Por contra, en los núcleos de los bastones no se observa esta disposición.

El polo sináptico muestra una estructura compleja que difiere entre conos y bastones. La morfología sináptica a nivel de la capa plexiforme externa ayuda a diferenciar las distintas células bipolares y por tanto será abordada en el siguiente apartado. Ultraestructuralmente, esta región se caracteriza por la riqueza en vesículas sinápticas cargadas de glutamato (Massey, 1990). Además de las sinapsis químicas que el fotorreceptor establece tanto con la célula bipolar como con la célula horizontal, la microscopía electrónica identificó uniones tipo gap entre los conos y bastones que podrían ser importantes durante los procesos de adaptación a la luz y a la oscuridad (Sterling y cols., 1987).

Como se ha mencionado con anterioridad, la transducción visual se efectúa en los discos del segmento externo de fotorreceptor (figura I-3). El fotorreceptor es un sensor de la luz y responde a la estimulación lumínica variando su potencial de membrana y como consecuencia de esto último, varía la emisión de glutamato al espacio sináptico en la capa plexiforme externa.

En el caso del bastón adaptado a la oscuridad, el potencial de membrana está en torno a los -40mV. Este potencial se mantiene, en ausencia de luz, debido a la existencia de la corriente oscura catiónica. Esta corriente iónica se produce en reposo en el segmento externo del bastón por la actividad del trasportador catiónico Na+/Ca++ dependiente de GMPc existente en su membrana plasmática que, en el bastón adaptado a la oscuridad, permanece abierto. En esta situación, el polo sináptico efectúa una liberación tónica de glutamato al espacio sináptico en ausencia de estímulos visuales.

El proceso de fototransducción comienza con la excitación del pigmento fotosensible (rodopsina unida a 11-cis-retinal) por la luz. La luz libera el 11-cis-retinal de la proteína, debido a su fotoisomerización. Entonces, la rodopsina pasa en milisegundos por diferentes estados energéticos derivados de los cambios conformacionales, provocados por su escisión del pigmento carotenoide, hasta alcanzar su forma activa (metarrodopsina II, ver figura I-4).

La metarrodopsina II activa la siguiente proteína de la cascada: la transducina (Ta-GDPbg), que es una proteína heterotrimérica miembro de la superfamilia RAS (proteínas G). La rodopsina estimula la subunidad a de la transducina, que en reposo une GDP, para activarla y unir GTP (Ta-GTP). La subunidad alfa activada (Ta-GTP), se disocia del complejo liberando el dímero Tbg e interactúa con la subunidad inhibitoria del tercer miembro de la cascada de fototransducción: la fosfodiesterasa de GMP cíclico de los bastones (PDEabg2), que es una enzima heterotetramérica.

La transducina activada provoca un cambio conformacional en el complejo PDEabg2 al interaccionar con las subunidades g de la PDE. Inicialmente se pensaba que la transducina liberaba al complejo catalítico PDEab de las subunidades inhibitorias g. Recientes hallazgos en el modelo animal pdeg-/- (ratón deficiente de la subunidad gamma de la fosfodiesterasa) parecen indicar que esta subunidad es también necesaria para que la enzima ejerza su función catalítica (Tsang y cols., 1997).

La activación de la PDE, disminuye los niveles de GMPc intracelulares al hidrolizarlo a GMP. Esta situación provoca el cierre


de los canales catiónicos de la membrana plasmática del bastón (Yau, 1994).

La disminución de conductancia al Na+ conduce a la progresiva negativización del espacio intracelular en el bastón. Esto inicia la hiperpolarización de los fotorreceptores que pasan de un potencial de membrana de –40mV a –70mV en décimas de segundo. Como consecuencia de la hiperpolarización se produce la disminución de la liberación de glutamato por parte del polo sináptico de los bastones, lo cual inicia la respuesta neural a la luz. Es interesante resaltar que la respuesta del fotorreceptor al estímulo visual es hiperpolarizante al contrario que la mayoría de los sistemas sensoriales conocidos en los que su estimulación genera una despolarización.

La finalización de la fotoexcitación aún no está bien caracterizada (Chen y cols., 1995). Bioquímicamente, se sabe que in vitro la inactivación de la metarrodopsina II se produce por la fosforilación de su extremo carboxilo terminal mediante la enzima rodopsina quinasa. Posteriormente, la rodopsina fosforilada se une a la arrestina (Wilden y cols., 1986). También es necesaria la inactivación de la transducina y la PDE en la que parece estar involucrada la concentración de calcio intracelular y la actividad de la s-modulina (recoverina), que prolonga la actividad de la PDE inhibiendo la fosforilación de la rodopsina por la rodopsina-quinasa. Los datos experimentales parecen apuntar hacia la proteína recoverina (RCV) como punto de control esencial para la adaptación a la luz de los fotorreceptores (Kawamura, 1993).

La restauración de los niveles de reposo de GMPc intracelular mediante la activación de la enzima guanilato ciclasa es también importante para la reversión del la cascada de fotorrecepción (Tsang y cols., 1997) (figura I-4). Por otra parte, la defosforilación del extremo carboxilo de la rodopsina mediante la fosfatasa de serina y treonina (PPEF) sería otro punto de control de la cascada fotolumínica (Montini y cols., 1997). La proteína PPEF es homóloga al producto del gen rdgC de Drosófila melanogáster responsable del fenotipo de degeneración retiniana C del insecto. Recientes hallazgos parecen indicar que la defosforilación mediante fosfatasas de la rodopsina, es un paso esencial para la reutilización de la misma en la cascada fotolumínica. Además, se ha demostrado que la hiperfosforilación de la rodopsina es responsable de la degeneración retiniana luz dependiente que se observa en el modelo rdgC de Drosófila (Vinos y cols., 1997).

Un proceso similar a la cascada de fototransducción de los bastones, ocurre a nivel de los conos. La diferencia la establece la longitud de onda a la que absorben las opsinas de los distintos conos. De esta manera cada tipo de cono se fotoexcita, de forma espectralmente independiente, para un determinado color.

I.2.3.3.  Las células bipolares

La célula bipolar, la segunda neurona de la vía visual, establece una sinapsis mediante su árbol dendrítico con el fotorreceptor a nivel de la capa plexiforme externa y emite su axón a la capa plexiforme interna donde se relaciona que el tercer relevo sináptico: las células amacrinas o las células ganglionares (Boycott y cols., 1987). Su morfología es variable pero básicamente podemos establecer una subdivisión atendiendo al número de fotorreceptores con los que conectan. Así, histológicamente tenemos las células bipolares monosinápticas que establecen contacto con un único fotorreceptor (siempre un cono) y las células bipolares difusas que pueden contactar con dos o más fotorreceptores. La clasificación de Ramón y Cajal establece que existen dos tipos de células bipolares: las de conos (pueden ser monosinápticas o difusas) y las de bastones (siempre difusas) (Ramón y Cajal, 1892).

De acuerdo con la estructura de sus conexiones con los conos a nivel de la capa plexiforme externa, las células bipolares de los conos se subdividen en: I) La célula bipolar invaginada, que tiene una invaginación en su contacto con el cono para formar la clásica triada conectando lateralmente con dos dendritas de las células horizontales. II) La célula bipolar plana, que efectúa una sinapsis aplanada con el pédiculo sináptico del cono. Ambos tipos de células bipolares parecen corresponderse con las células bipolares ON y OFF respectivamente (Famiglietti y Kolb, 1976), que se diferencian por su patrón de respuesta a la luz (véase más adelante). Además, morfológicamente, se ha identificado un tercer tipo de sinapsis con los conos denominada semi-invaginada, que sería un tipo intermedio de conexión (Nelson y Kolb, 1983).

En general, los axones de las células bipolares de los conos conectan directamente con las dendritas de dos células diferentes: con una célula ganglionar y también con una célula amacrina a nivel de la capa plexiforme interna (Dowling y Boycott, 1966). La célula bipolar OFF releva en la sublámina a de la capa plexiforme interna, las células bipolares ON relevan en la sublámina b de la capa plexiforme interna (véase más adelante).

Las células bipolares de los bastones pueden discriminarse de la de los conos por varios criterios: su árbol dendrítico es mucho más amplio, sus dendritas son más finas y contactan alrededor de 15-40 bastones de acuerdo con la excentricidad con respecto de la mácula. Además se tiñen preferencialmente con anticuerpos contra la protein-quinasa C (Greferath y cols., 1990). Las conexiones entre los bastones y la célula bipolar del bastón reciben el nombre de esférulas. Estas estructuras están formadas por una única invaginación del cuerpo sináptico del bastón que recibe tres o más terminaciones dendríticas de la célula bipolar que se insertan como puntas. Los elementos laterales, los recibe la esférula de los axones de las células horizontales (Wässle y Boycott, 1991). A diferencia con la célula bipolar del cono, el axón del bastón no conecta directamente con la célula ganglionar. Sus relevos postsinápticos son la célula amacrina AII, con la que establece una sinapsis unidireccional y la célula amacrina A17 con la que establece una sinapsis recíproca, todo ello ocurre en la sublámina c de la capa plexiforme interna.

La fisiología de las células bipolares se asemeja mucho al funcionamiento habitual de todas las neuronas del sistema nervioso. No obstante, desde el punto de vista molecular existen algunos datos interesantes que convienen resaltar. Ensayos inmunocitoquímicos con anticuerpos monoclonales contra el glutamato han demostrado que las células bipolares contienen este neurotransmisor (Ehinger y cols., 1988). Es decir, la célula bipolar es esencialmente una neurona excitadora. Sin embargo, algunos autores consideran esta afirmación una simplificación de la realidad puesto que diferentes trabajos demuestran la existencia de reactividad para neurotransmisores inhibidores como el GABA o la glicina a nivel de células bipolares de la retina de mono y gato (Agardh y cols., 1987).

En respuesta a la luz, las células bipolares de bastón y las celulas bipolares ON de conos se despolarizan y liberan glutamato a la capa plexiforme interna. Mientras que las células bipolares OFF de conos, responden de manera inversa hiperpolarizándose (Milller y Slaughter, 1986; Masu y cols., 1995). La información segregada a nivel de las células bipolares de los conos es un proceso crucial para que el sistema visual detecte contrastes débiles así como cambios en la intensidad de la luz (Schiller, 1992).

La respuesta dicotómica que se genera a nivel de las células bipolares, es debida a un interesante patrón de expresión de distintos receptores de glutamato que se han identificado en las células bipolares, localizados en su árbol dendrítico de la capa plexiforme externa.

Llegado este punto, conviene recordar que la estimulación de los fotorreceptores por la luz genera una disminución de la liberación de glutamato al espacio sináptico. Para que la disminución del glutamato (neurotransmisor excitador) genere una despolarización a nivel de la célula bipolar de conos ON y la célula bipolar de bastón, se ha de producir lo que se conoce como una inversión de la señal a nivel de la segunda neurona.

La excitación de la segunda neurona, se produce merced a la actividad de un receptor de glutamato metabolotropo muy peculiar, el receptor GRM6 (Masu y cols., 1995). El receptor GRM6 activado por el glutamato, en oscuridad por tanto, acopla una cascada de eliminación de GMPc reminiscente de la cascada de fototransducción (Nawy y Jahr; Shiells y Falk, 1990; Nakanishi, 1994).

La luz inactiva al receptor GRM6 al desaparecer el glutamato del medio. La actividad fosfodiesterasa de GMPc acoplada al receptor desparece y por tanto la concentración de GMPc aumenta, lo que abre un canal catiónico GMPc dependiente que despolariza a la célula bipolar (Nakanishi, 1994). La despolarización genera la liberación de glutamato por parte de los axones de las células bipolares de conos ON y de las células bipolares de los bastones al espacio sináptico de la capa plexiforme interna en respuesta a la luz.

En el caso de las células bipolares OFF la inversión de señal no ha de ocurrir, es decir, las células OFF han de despolarizarse en la ausencia de luz e hiperpolarizarse al activarse los conos. El responsable de la transmisión de la señal en este caso es un receptor de glutamato ionotropo (canal iónico ligando dependiente tipo ampa/kainato)(Sasaki y Kaneko, 1993; Nakanishi, 1994). En ausencia de luz (glutamato presente en la sinapsis) el canal catiónico dependiente de glutamato permanece abierto y la célula recibe un estímulo despolarizante que se traduce en una liberación de glutamato a través de su axón a sus conexiones. Por contra al disminuir el glutamato en el medio, la despolarización cesa y con ello la luz bloquea la vía OFF.

La relación que la célula bipolar pueda tener con la RP se desconoce por completo. No obstante, hay dos datos interesantes que sugieren una posible relación: I) el hecho de que el bloqueo de segundos mensajeros de los receptores metabolotropos de glutamato provoque cambios degenerativos en la retina de ratones (Price y cols., 1995) y II) la co-localización de receptor de glutamato GRM8 con el locus RP10 ha definido a este gen como candidato de RP por su posición en el genoma humano (Scherer y cols., 1996).

I.2.3.4.  Las células horizontales

En la retina de mamíferos, las células horizontales se ubican entre la capa nuclear interna, donde observamos sus somas, y la capa plexiforme externa, donde extienden sus amplios árboles dendríticos y sus axones. Las terminaciones dendríticas forman sinapsis tripartitas (triadas) con los conos y las células bipolares de los conos. Las terminaciones derivadas de sus axones inervan lateralmente las esférulas como vimos anteriormente (Wässle y Boycott, 1991). Una célula horizontal efectúa múltiples contactos tanto con las triadas como con las esférulas. Se estima que una única célula horizontal inerva a miles de bastones (Boycott y cols., 1978). Es interesante subrayar que los campos dendríticos y axónicos de las células horizontales prácticamente no se solapan con los de sus vecinas lo que sugiere que el área de acción de una célula horizontal está delimitada mediante preprogramas genéticos o interacciones locales con las células horizontales vecinas durante el desarrollo (Wässle y Chun, 1988).

De acuerdo con su patrón de conexiones existen tres tipos de células horizontales H1, H2 y H3. La H1 inerva los circuitos de conos y bastones, mientras que las H2 y H3 son exclusivas de circuitos de conos.

Las funciones específicas de la célula horizontal se desconocen, aunque al ser una neurona gabaérgica (el GABA es un neurotransmisor inhibidor) se infiere que forma parte del mecanismo de retroalimentación y modulación de las diferentes vías visuales descritas, incluyendo la inhibición lateral (Grünert y Wässle, 1990). Esta célula responde a la luz hiperpolarizándose lentamente (potencial-S) (Svaetichin y MacNichol, 1958). Se piensa que la señal de retroalimentación que emite consiste en la suma de informaciones que recibe de su campo receptivo en la capa plexiforme externa. Estos pequeños circuitos locales, que se generan en la capa plexiforme externa, proveen a las células bipolares de la información de un campo receptivo antagonista, por lo que las células horizontales parecen ser importantes en el circuito de contraste simultáneo y la adaptación neural a la luz.



I.2.3.5.  Las células amacrinas

Ramón y Cajal introdujo el nombre de célula «amacrina» que significa carente de axón. Este tipo neuronal es una interneurona muy característica de las capas internas de la retina y su descripción supuso un severo contratiempo para el gran neuroanatomista pues, al carecer de axón, esta neurona no se ajustaba al modelo propuesto por Cajal para el flujo de información a través de las células nerviosas. Esta célula organiza un entramado de conexiones contactando con células bipolares, células ganglionares y otras células amacrinas en la capa plexiforme interna de la retina. Ramón y Cajal subdividió las células amacrinas en difusas y estratificadas atendiendo al patrón de conexiones que ejercían a nivel de la capa plexiforme interna. Las primeras extienden su árbol dendrítico en todas las subcapas funcionales de la capa plexiforme interna (sublámina a, sublámina b y sublámina c) mientras que las estratificadas localizan su árbol dendrítico preferentemente en un solo plano.

Atendiendo a la localización de su núcleo, se subdividen en dos tipos: aquellas en las que se observa su núcleo en la capa nuclear interna y otras que localizan su núcleo en la capa de células ganglionares, también llamadas células amacrinas desplazadas (Masland, 1988).

La complejidad de las funciones desarrolladas por este subtipo celular se pone de manifiesto con el hecho de que hay más de 30 neuronas amacrinas distintas. Además probablemente, no existe un neurotransmisor en el sistema nervioso central que no haya sido reactivo para algún subtipo de células amacrinas (GABA, Acetilcolina, Glicina, Dopamina, Somatostatina, etc). La interpretación que diversos autores dan a este hallazgo es que la retina ha desarrollado un sistema propio de modulación, dependiente de la luz, para ajustar muy finamente su nivel de su respuesta. En este punto es importante recordar que la retina prácticamente no recibe aferencias que modulen su actividad que, por consiguiente, es autorregulada (Wässle y Boycott, 1991).

Atendiendo al neurotransmisor que libera, la célula amacrina más común es la glicinérgica seguida de la gabaérgica (neurotransmisores inhibidores). La célula amacrina glicinérgica suele ser de tipo difusa. La amacrina AII es la neurona glicinérgica mejor caracterizada, estando involucrada en el circuito del bastón (véase más adelante). Otras células amacrinas glicinérgicas como la A3, A4 y A8 están asociadas a los procesos de inhibición mutua en el sistema ON /OFF. También se han implicado en funciones de amplificación y aceleración de las señales que provienen de las células bipolares (Masland, 1988). La célula amacrina colinérgica es el ejemplo más característico de célula amacrina estratificada, sus cuerpos celulares se encuentran organizados a ambos lados de la capa plexiforme interna e igualmente sus árboles dendríticos aparecen como dos estrechas franjas de conexiones en ambos extremos de la capa plexiforme interna. Mientras que las amacrinas colinérgicas con los núcleos en la capa nuclear interna se estimulan por la vía OFF; las amacrinas colinergicas desplazadas a la capa de células ganglionares son estimuladas por la vía ON (Blomfield y Miller, 1986). La función de la célula amacrina colinérgica no está suficientemente aclarada.

I.2.3.6.  Las células ganglionares

Las células ganglionares son el último relevo sináptico de la retina, sus dendritas conectan con las células amacrinas y bipolares en la capa plexiforme interna, sus cuerpos se localizan en la capa de células ganglionares. Sus axones se organizan en la capa de axones del nervio óptico que abandona la retina por el punto ciego, relevando en el núcleo geniculado lateral. Su función se define como la de un filtro paralelo que opera seleccionando y distribuyendo la información visual que se transmite al cerebro (Lennie y cols., 1990).

Mediante estudios morfológicos en animales se han realizado diferentes clasificaciones de los subtipos de células ganglionares. Tal vez el más espectacular sea el realizado por el grupo de Kolb en la retina de gato, en la que describieron hasta 21 tipos distintos de células ganglionares (Kolb y cols., 1981). En humanos distinguimos, morfológicamente, tres tipos principales de células ganglionares: dos difusas, las células parasol pequeña y grande, y una monosináptica, la célula ganglionar enana (Kolb, 1994).

Desde el punto de vista anatomofuncional, se sabe que las dendritas de las células ganglionares aparecen estratificadas a nivel de la capa plexiforme interna en tres subláminas (subláminas a, b y c) que corresponden al lugar donde conectan con las células bipolares OFF, ON y de bastones respectivamente.

Atendiendo a la amplitud de su árbol dendrítico, la localización y tipo de conexiones en la capa plexiforme interna, se distinguen los distintos subtipos de células ganglionares: alfa, beta, gamma, delta... En primates las células ganglionares más frecuentes son las de tipo beta (80%) seguidas de las tipo alfa (10%) y un 10% para el resto de tipos.

La célula ganglionar alfa tiene un campo receptivo amplio (células tipo parasol), no codifican color, tienen alta sensibilidad a los cambios de contraste; recibe un 30% de la información de células bipolares difusas, mientras que el 70% restante proviene de células amacrinas. La célula ganglionar beta, el tipo más frecuente, tiene un campo receptivo más pequeño (tipo enana), codifica para color, tiene baja sensibilidad al contraste, recibe la información de las células bipolares monosinápticas en un 70% de sus sinapsis y en un 30% de las células amacrinas (Freed y Sterling, 1988).

Las células ganglionares b se subdividen en a y b dependiendo en que contacten con células bipolares OFF en la sublámina a ó con las células bipolares ON en la sublámina b de la capa plexiforme interna respectivamente (Kolb, 1994).

La localización, tipo celular y amplitud de campo dendrítico de las células ganglionares se corresponde con las características de los distintos circuitos que existen en la retina.



I.2.3.7.  La glía. La célula de Müller

Las células gliales son un componente esencial de la retina. En los cortes histológicos se pueden diferenciar tanto células del tipo astroglía como microgliales, pero destaca sobremanera la célula de Müller, la principal célula glial de la retina. La antigua concepción de la célula glial como una célula únicamente de sostén del parénquima noble neural está siendo desplazado por una concepción más dinámica de estos tipos celulares, que interactúan y modulan la fisiología neuronal (Katteman, 1996).

La célula de Müller está dispuesta verticalmente respecto a las capas de la retina y es de grandes dimensiones puesto que abarca todas ellas. Desde su soma, que se encuentra en la capa nuclear interna, se irradian prolongaciones que terminan, como elementos aplanados (pies terminales) en la porción más interna de la retina rodeando vasos sanguíneos y en contacto con el humor vítreo. Igualmente, emite prolongaciones hacia la capa de fotorreceptores rodeando a estas células. A su paso por las distintas capas, cubre los cuerpos neuronales y las dendritas de los distintos tipos celulares anteriormente descritos. En la capa de fibras del nervio óptico rodea los axones de las células ganglionares (Newman, 1996).

La célula de Müller expresa numerosos canales iónicos tanto voltaje como ligando dependientes, así como receptores para neurotransmisores; esto indica que este tipo celular reconoce una gran variedad de estímulos de su entorno y responde modulando la actividad neuronal controlando la concentración extracelular de numerosas sustancias. Por tanto, este subtipo celular es, en gran medida, responsable de la homeostasis del resto de las células de la retina. La tabla I-2 resume algunas de las funciones más características de esta célula.

Clásicamente se ha sospechado que en la célula de Müller reside el defecto primario de la retinosquisis (distrofia macular juvenil ligada al cromosoma X). Mediante clonaje posicional Sauer y colaboradores han identificado el gen XLRS1 como responsable de esta patología. Aunque no se conoce su patrón de expresión, el gen XLRS1 se expresa específicamente en la retina y codifica una proteína que podría estar relacionada con la organización durante el desarrollo de las capas de la retina. Su expresión en las células de Müller está aún por determinar (Sauer y cols., 1997).

Tabla I-2. Funciones de la célula de Müller.

Es equivalente al tejido conectivo (de sostén) existente fuera
del SNC.

Eliminación y reciclaje de neurotransmisores (GABA y Glutamato)


del medio merced a los transportadores de alta afinidad
que expresa.

Responsable del equilibrio ácido base y el pH en la retina: actividad


del cotransportador de Na+/bicarbonato, el intercambiador Na+/H+,
así como la anhidrasa carbónica.

Regulación de la concentración de potasio extracelular en la retina mediante su secuestro, redistribución en el medio o eliminación


al humor vítreo.

Modulación de la actividad neuronal a través del control de los anteriores parámetros y su actividad oxido nítrico sintetasa. El óxido nítrico (NO) es un modulador de la actividad neuronal.

Función nutritiva: depósito de glucógeno de la retina. Transferencia
de lactato a las neuronas.

Regulación del flujo sanguíneo en la retina.

Ciclo de vitamina A (sobre todo de los conos).

Control del crecimiento neurítico y de las conexiones sinápticas.

Función defensiva: fagocitosis.

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