Efectos de la luz azul sobre los mecanismos de regulación de la enzima arilalquilamina N-acetiltransferasa (AANAT) en la retina de aves

Abstract

La retina de vertebrados está organizada en 3 capas nucleares: capa nuclear externa (ONL), capa nuclear interna (INL) y capa de células ganglionares (GCL) cuyos axones forman el nervio óptico el cual envía la información a distintas áreas del cerebro. En la ONL se encuentran los fotorreceptores canónicos conos y bastones lo cuales son responsables de la visión diurna y nocturna respectivamente, mientras que las células ganglionares intrínsecamente fotosensibles (ipRGCs) regulan funciones no visuales como la producción rítmica de melatonina (Mel), reflejo pupilar, y sincronización del ritmo circadiano. Dichas funciones son posibles gracias a la expresión de distintos fotopigmentos denominados opsinas, los cuales utilizan al retinaldehido como fuente principal de cromoforo, acoplándose a una gran variedad de proteínas G para activar o inactivar vías de señalización celular. Existen distintas opsinas no visuales presentes en las ipRGCs y otros tipos neuronales de la INL, como melanopsina (Opn4), encefalopsina (Opn3) y neuropsina (Opn5), sensibles al espectro de luz azul (opn4, opn3) y luz UV (opn5). La síntesis de Mel en la retina y glándula pineal es controlada por la enzima arilalquilamina N-acetiltransferasa (AANAT), la cual cataliza la conversión de serotonina a N-acetilserotonina, y dicho producto es finalmente convertido a Mel por la enzima 5-hidroxi-O-metiltransferasa (HIOMT). La expresión y actividad rítmica de AANAT ocurre gracias al control de su gen por el reloj molecular y por los cambios a lo largo del día de los niveles de adenosina monofosfato cíclico (AMPc) donde alcanza altos niveles de actividad y expresión durante la noche. Nuestro laboratorio previamente describió que la retina de pollo tiene un ritmo diferencial en la síntesis de Mel ocurriendo durante el día, en bajos niveles, en las RGCs mientras que durante la fase nocturna la mayor actividad y expresión del mRNA AANAT se restringe a los PRCs. En este trabajo de tesis investigamos la presencia de las opsinas no visuales Opn3 y Opn5 junto con la enzima AANAT a lo largo del desarrollo en la retina embrionaria de pollo, así como la expresión, fosforilación y su localización subcelular de AANAT en cultivos primarios de neuronas retinianas de retinas embrionarias E10 expuestas a luz azul (LA). Adicionalmente caracterizamos a las células de Müller, principal tipo de glía de retina, como nuevos componentes fotosensibles en la retina de pollo, capaces de responder a LA con incrementos de calcio mediante la expresión las opsinas Opn3 y Opn5. Tanto las opsinas Opn3 y Opn5 mostraron un incremento en su expresión junto con AANAT a lo largo del desarrollo embrionario de la retina de pollo. En el día postnatal 10 (PN10), cuando los animales se sometieron a un ciclo de LD de 12:12 h, AANAT se expresó principalmente en la GCL y en las células de la INL al mediodía y solo en la ONL durante la noche, mientras que se observó una mayor la presencia de las opsinas Opn4x, Opn5 durante el día con baja detección en la fase nocturna. En cultivos primarios de neuronas retinianas, se observó una inducción de proteína AANAT cuando las células se expusieron a LA durante 1 h en comparación con los controles en oscuridad. Después de la exposición LA, AANAT mostró un cambio significativo en la localización intracelular del citoplasma al núcleo, permaneciendo en el núcleo 1-2 h en oscuridad después de la estimulación LA. La inducción por LA de AANAT nuclear se inhibió sustancialmente cuando los cultivos se trataron con el inhibidor de la síntesis de proteínas cicloheximida. Además, la forma fosforilada de la enzima (pAANAT) aumentó después de 1h LA en las fracciones nucleares obtenidas de cultivos primarios en comparación con los controles. Para complementar los resultados en cultivo, se realizaron cultivos de explantos de retina embrionaria (E10), conservando la estructura de la retina, observando aumento la presencia de AANAT y pAANAT principalmente en el núcleo de las células de las capas GCL e INL luego de la exposición de 1h de LA. Finalmente, el silenciamiento de AANAT por sh-RNA en cultivos primarios afectó la viabilidad celular independientemente de las condiciones de luz. La eliminación de AANAT también afectó el equilibrio redox, los cultivos tratados con sh-AANAT mostraron niveles más altos de especies reactivas de oxígeno que en el control. Nuestros resultados respaldan la idea de que AANAT es una enzima sensible a LA en la retina interna de los vertebrados diurnos, que experimenta fosforilación e importación nuclear en respuesta a la estimulación de BL. Además, se puede inferir que AANAT desempeña un papel novedoso en la función nuclear, la viabilidad celular, probablemente a través de la regulación del balance redox.