Fisiología de la retina: Fototransduccion y fisiologia - Retinal photoreceptors physiology, Visual phototransduction

1. Fisiología de la retina
Diego A. Valera Cornejo
Servicio de Retina 2018

2. Funciones de la retina
1. Fototransducción de los fotones capturados por los
Fotorreceptores en un proceso eléctrico detectable.
2. Separación de las señales luminosas en canales ON y
OFF.
3. Percepción de color.
4. Refuerzo de contraste.
5. Detección de rasgos.
6. Adaptación de la luz y obscuridad.
7. Regulación de los ciclos circadianos.
8. Sincronización de los movimientos oculares.
9. Control de la pupila.
10. Estabilización espacial de la imagen; es decir, la
posibilidad discriminar posición.

6. FOTORRECEPTORES (FR)
• 100 mill. de bastones
• 6 mill. de conos (S, M, L)
• Convertir luz incidente en
una respuesta neural

7. • Rodopsina
• Visión escotópica
• Respuesta lenta a
en la adaptación
a oscuridad
• 1 solo tipo de
pigmento
• Conopsina
• Visión diurna
• Rápida respuesta
• Color y agudeza
visual
• 3 tipos de
pigmento

8. PIGMENTOS
RODOPSINA CONOPSINA
PROTEÍNA (FR) Escotopsina Fotopsina
CAROTENOIDE (EPR) 11-cis retinal

9. Segmentos externos (SE) de FR
• Componentes necesarios para
fototransducción
• Membrana plasmática: forma sacos
– Bastones
– Conos
• Proteínas que estabilizan estructura
– Periferina/rds, Rom-1: bastones y conos
– ABCR (ATP-binding cassette transporter):
bastones

10. Segmentos externos (SE) de FR

11. SE de BASTONES
• 100 millones de bastones - 1000 sacos en SE de bastones -
1000000 moléculas de rodopsina en cada saco
Pila de monedas desconectadas de membrana plasmática
MEMBRANA PLASMÁTICA:
SE: canales iónicos activados por GMPc que controlan flujo de
Na+ y Ca+ hacia dentro del bastón
SI: Bomba Na+/K+ ATPasa
Célula en reposo: corriente de oscuridad
Célula “despolarizada” (-40mV): liberación de glutamato
Memb.
Plasmática SE

12. Segmentos externos de
BASTONES

13. Rodopsina
• Proteína de membrana (90%)
• 7 bucles helicoidales
• Lado citoplasmático
– Fosforilación
• Lado intradiscal
– Unión de azúcares
• Unión con 11-cis retinal
en aa de lisina
• 1 molécula responde a
1 cuanto de luz
• 1 molecula activa a
100 moléculas de transducina

14. Foto transducción
1. Oscuridad
Potencial de reposo
2. Luz
Foto transducción
3. Cambio carga de celula
4. Desactivación
5. Regeneración

22. 1. Oscuridad
Potencial de reposo
2. Luz
Foto transducción
3. Cambio carga de celula
4. Desactivación
5. Regeneración

25. 10 ms

29. Fototransducción en BASTONES
Activación de señal y amplificación
Resultado  HIPERPOLARIZACIÓN (-80mV): detiene liberación de glutamato
Transducina
fotoisomerización

31. Fototransducción en BASTONES
Activación de señal y amplificación
Resultado  HIPERPOLARIZACIÓN (-80mV): detiene liberación de glutamato
Transducina
fotoisomerización

32. © 2013 Pearson Education, Inc.
Figure 15.17 Events of phototransduction. Slide 1
Recall from Chapter 3 that
G protein signaling mechanisms
are like a molecular relay race.
Retinal absorbs light
and changes shape.
Visual pigment activates.
Light
(1st
messenger)
Receptor G protein Enzyme 2nd
messenger
Visual
pigment
1
Light
11-cis-retinal
Transducin
(a G protein)
All-trans-retinal
2 3Visual pigment
activates
transducin
(G protein).
Transducin
activates
phosphodiesteras
e (PDE).
4 5PDE converts
cGMP into GMP,
causing cGMP
levels to fall.
As cGMP levels fall,
cGMP-gated cation
channels close, resulting
in hyperpolarization.
cGMP-gated
cation
channel
open in
dark
cGMP-gated
cation
channel
closed in
light
Phosphodiesterase (PDE)

33. 1. Oscuridad
Potencial de reposo
2. Luz
Foto transducción
3. Cambio carga de celula
4. Desactivación
5. Regeneración

35. 1. Oscuridad
Potencial de reposo
2. Luz
Foto transducción
3. Cambio carga de celula
4. Desactivación
5. Regeneración

36. Fototransducción en bastones:
desactivación de señal
Rodopsina activada: fosforilación y unión a arrestina
RK: rodopsina cinasa. RV: recoverina. Arr: arrestina

37. Fototransducción en bastones:
desactivación de señal
PDE: Control de actividad de GTPasa de transducina
DESACTIVAR TRANSDUCINA (GTP a GDP)
RGS 9 y GB5
GCAP: proteína activadora de guanilato ciclasa

38. 1. Oscuridad
Potencial de reposo
2. Luz
Foto transducción
3. Cambio carga de celula
4. Desactivación
5. Regeneración

40. Regeneración de pigmento visual
• Captación, movilización y
almacenamiento de
vitamina A para su uso en
CICLO VISUAL.
(dehidrogenización,
reisomerización)
IRBP: Proteína de unión interfotorreceptor
CRALBP: Proteína de unión celular retinaldehído
LRAT: lecitin retinol aciltransferasa
RDH: retinol deshidrogenasa
RE: éster de retinil
RAL: retinal
ROL: retinol

41. Fototransducción en CONOS
• Cualitativamente similar que en bastones
• Opsinas
• Poco sensible, pero rápida
• Mayor luz ambiental: más rápida y exacta
es la respuesta
• Retroalimentación negativa de mecanismo
neural
– Células horizontales: GABA

42. Defectos génicos específicos de bastones
• Rodopsina : RP autosómica dominante
• Transducina : Nictalopia estacionaria autosómica dominante
• PDE : RP autosómica recesiva
• Arrestina : enfermedad de Oguchi
• Rodopsina cinasa : enfermedad de Oguchi
• Guanilato ciclasa : Amaurosis congénita de Leber
• Transportador ABC : Stargardt, DMRE, disfrofia C-B, RP.

43. Metabolismo energético de SE
• En SE no hay mitocondrias (metabolismo oxidativo en
segmento interno)
• Glucólisis
– Vía monofosfato hexosa
– Lanzadera de fosfocreatina
• Produce ATP
• Produce GTP
• Modula NADPH

44. EPITELIO PIGMENTARIO DE LA RETINA
• Regeneración del pigmento visual
• Fagocitosis de discos desprendidos de SE de FR
• Transporte de nutrientes y iones necesarios a los FR
• Eliminación de productos de desecho de FR
• Adherencia de la retina
• Absorción de luz dispersa
• Síntesis y remodelado de matriz interfotorreceptora
• Formación de BHR externa
• Elaboración de factores humorales y de crecimiento

45. FUNCIONES DEL EPR

46. Regeneración de pigmento visual
• Captación, movilización y almacenamiento de vitamina A para su
uso en CICLO VISUAL. (dehidrogenización, reisomerización)
IRBP: Proteína de unión
interfotorreceptor
CRALBP: Proteína de unión celular
retinaldehído
LRAT: lecitin retinol aciltransferasa
RDH: retinol deshidrogenasa
RE: éster de retinil
RAL: retinal
ROL: retinol
**Células Müller(conos)

47. IRBP: Proteína de unión
interfotorreceptor
CRALBP: Proteína de unión celular
retinaldehído
LRAT: lecitin retinol aciltransferasa
RDH: retinol deshidrogenasa
RE: éster de retinil
RAL: retinal
ROL: retinol

48. Regeneración de pigmento visual
• Obtiene vitamina A
– Mediante liberación durante descoloración de rodopsina y
regreso mediante proceso de regeneración de ciclo visual.
– Desde la circulación
– Por fagocitosis de discos desprendidos de SE de FR
• Forma aldehído y alcohol de vit A son
membranolíticas se almacena como éster de retinilo

49. Fagocitosis de discos desprendidos
de SE de FR• SE son construidos en el cilium conector por SI
• Recambio de membrana fotosensible de conos y bastones (11días)
• En EPR: Discos desprendidos encapsulados en fagosomas que se
fusionan con lisosomas
• 1 FR desprende 100 discos de SE /día
• 1 célula de EPR aprox 4000 discos / día
• Ritmo circadiano
– Bastones: primeras 2 horas después del inicio
de la luz
– Conos: al inicio de la oscuridad

50. Fagocitosis de discos desprendidos
de SE de FR
The Function of the Retinal Pigment Epithelium. Adler´s physiology of the eye. 11 Ed. 2011.

51. Transporte
• Control de volumen y composición del líquido del espacio
subretiniano mediante transporte de iones, líquido y metabolitos.
• Transporte vectorial por distribución de proteínas transportadoras
– De lado sanguíneo a FR: glucosa, omega3, retinal
– De lado retinal a sanguíneo: agua y ácido láctico
• Transporte activo: K+, Na+, HCO3-, Cl-, H+
• Transporte de agua: acuaporina 1
• Mantiene integridad de interfase EPR-fotorreceptor

52. Transporte
Acuaporina1
The Function of the Retinal Pigment Epithelium. Adler´s physiology of the eye. 11 Ed. 2011.

53. Absorción de luz
• Gránulos de melanina en porción apical y media
*Albinismo / hipoplasia foveal
Sobreflujo de O2
(FR)
Ascorbato
Tocoferol α
Β caroteno
Glutation
Melanina
Gran densidad de
energía luminosa
Melanina
Carotenoides
(Luteína,
Xeazantina)

54. Secreción
• Estabilización de FR
• Estabilización de coriocapilar
• Modulador inmune
PDGF: modula crecimiento y curación
PEDF: neuroprotector e inhibidor vascular
VEGF: angiogénesis
FGF: neurotrópico
TGF: modera inflamación
The Function of the Retinal Pigment Epithelium. Adler´s physiology of the eye. 11 Ed. 2011.

55. Adhesión retiniana
• Fuerzas hidrostáticas pasivas
• Interdigitación de segmentos externos con microvellosidades de
EPR
• Transporte activo de líquido subretiniano
• Propiedades de unión de matriz interfotorreceptora

56. Barrera hematorretiniana
• Uniones celulares estrechas. Zónula
ocludens: no permebales, extensas y
estables. Zónula adherens
• Punto de unión a zona de unión: complejo
de polaridad Par6/Par3/PKC
• Proteínas transmembranas:
– Ocludina
– Claudina
– CMA (conexiones de molécula de adhesión)

57. Defectos génicos específicos del EPR
• EPR 65: amaurosis congénita de Leber
• Bestrofina: enfermedad de Best
• TIMP3: enfermedad de Sorsby
• CRALBP: retinitis punctata albescens
• 11-cis retinol deshidrogenasa: fundus albipunctatus

58. CAPA NUCLEAR INTERNA
Conducción periferia
(convergencia: 75000 bastones a 5000 CB
bastones y 250 CA tipo AII- 1 CG)
≠
Conducción en área foveal
(más discriminativa, más rápida, mayor agudeza:
1 cono a 1 CB a 1 CG)
CONOS: 3 NEURONAS
BASTONES: 4 NEURONAS

59. CNI
• CÉLULAS ON
Despolarizan con luz
• CÉLULAS OFF
Despolariza con oscuridad (FR)
NT:
Glutamato – FR, CB.
Glicina – Amacrinas
GABA – Amacrinas, horizontales
Dopamina – Amacrinas

60. CÉLULAS HORIZONTALES
• HI,HII, HIII
• Respuesta inhibitoria
• Retroalimentación negativa:
GABA

61. CÉLULAS BIPOLARES
• Separadas para conos y bastones
• Bastones: Células ON
• Conos
– Células ON (metabotrópicos): hiperpolarización (-
Glu)
– Células OFF(ionotrópicos): despolarización (+Glu)
• CB enanas: contacto con 1 solo cono en fóvea
• CB solo M o solo L: visión del color
• CB único cono M o L: máxima AV espacial
respuesta tónica: células ganglionares pequeñas

62. Tienen una respuesta gradual con un cambio de
la polarización.
Las respuestas de las bipolares se suman con las
amacrinas para generar 1 potencial de acción en
la ganglionar
Los axones de las bipolares hacen sinapsis con
dendritas de las amacrinas.
Ryan Stephen J. RETINA . EL SEVIER. 2006.

63. CÉLULAS AMACRINAS
• Media interacciones antagonistas entre bipolares ON,
bipolares OFF y células ganglionares
• Bastones: célula amacrina especial que recibe aferencia de
bipolares de bastones, y envía señales a células ganglionares
ON y OFF
• Retraso sináptico adicional
• Glicina - GABA

64. CÉLULAS GANGLIONARES
• Campo receptor: área de la retina sobre la cual, al incidir la
luz, modifica el grado de actividad de la célula.
Porción central
Porción periférica
• 3 tipos
ON (de centro despolarizante o encendido central)
OFF (de centro inhibido o apagado central)
ON - OFF

65. CÉLULAS GANGLIONARES
Campo receptor

66. CÉLULAS GANGLIONARES
• 3 subtipos
Células tónicas activadas por conos L o M
– Capa parvocelular de NGL
– Resolución espacial alta y visión de color
Células tónicas activadas por conos S
– Detecta contraste
Células fásicas
– Capas magnocelulares de NGL
– Detección de movimiento
*** CG melanopsina (3000)- NSQ – ritmo circadiano

67. CÉLULAS DE MÜLLER
• Principal célula glial de la retina
• Abarcan todo el espesor de la retina
• En contacto con todas las células neuronales

68. CÉLULAS DE MÜLLER
• Función de soporte de tejido neural
• Amortiguan concentraciones iónicas en espacio extracelular
• Sellan espacio subretiniano (MLE)
• Participa en metabolismo vitamina A por conos
• Buffer, regula K+
• Absorbe productos de desecho
• Recicla GABA y glutamato
• Metaboliza, sintetiza y almacena glicógeno
• Homeostasis de agua e iones en intersticio

69. • Cada célula de Müller es una
columna central de una micro-
unidad de neuronas retinianas
• Alta conductancia para el K+
Bringmann A, Müller cells in the healthy and diseased retina. Progress in Retinal and Eye Research. 2006.

70. A. Transporte de
iones K+ y agua
B. Reciclado
C. Simbiosis
metabólica
D. Neutralizar
radicales libres y
metabolismo de
glutatión
Bringmann A, Müller cells in the healthy and diseased retina. Progress in Retinal and Eye Research. 2006.

73. Localización de AQPs en retina
Kevin L. Schey. Aquaporins in the eye: Expression, function, and roles in ocular disease. Biochim Biophys Acta. 2014 May ; 1840(5): 1513–1523

74. Kevin L. Schey. Aquaporins in the eye: Expression, function, and roles in ocular disease. Biochim Biophys Acta. 2014 May ; 1840(5): 1513–1523

75. CÉLULAS GLIALES
• Macroglia (astrocitos, oligodendrocitos, células de Schwann)
• Microglia
• Soporte físico
• Respuesta a la lesión de células de retina
• Regula composición iónica y química del medio extracelular
• Participa en BHR
• Forma mielina de NO
• Guía migración neuronal durante desarrollo
• Intercambia metabolitos con neuronas

76. METABOLISMO RETINA
• Alto consumo de O2 3-4 veces más que otras células SNC
• Principal fuente de energía: glucosa
• C. Müller. Almacén glicógeno
• Metabolismo oxidativo
– En SI: mitocondrias
• Glucólisis anaerobia
– Vía monofosfato hexosa
– Lanzadera de fosfocreatina

77. GRACIAS