Curiosidades del Profesor Francho de Fortanete

Profesor Francho de Fortanete

Optogenética


Hay una serie de enfermedades heterogéneas en cuanto a sus causas y a sus consecuencias, como la enfermedad de Alzheimer, la de Parkinson o diversas epilepsias que comparten el hecho de la alteración de la actividad de determinados grupos de neuronas, bien por exceso, bien por ausencia o defecto. Si se encontrara algún medio de controlar esa actividad neuronal, aunque no se resolviera la causa del mal, se podría conseguir que los que las padecen tuviesen una vida normal. Durante un tiempo se ha intentado hacerlo con quimioterapia e incluso con cirugía, con pobres resultados y con importantes efectos secundarios.

Desde el primer lustro de este siglo se está experimentando una técnica que surgió de la intuición de Francis Crick, el codescubridor de la estructura del ADN. Crick conjeturó en 1999 que una buena forma de controlar la actividad de las neuronas sería mediante la luz. No fue él quien inventó ni desarrolló la técnica, aunque suyo es el mérito de haber formulado la conjetura que puso el asunto en marcha. El método se conoce como optogenética y su uso tanto en cultivos de tejido como en animales de laboratorio está muy avanzado, no estando muy lejos la experimentación del mismo en pacientes humanos.

La optogenética combina métodos genéticos y ópticos para el control in vivo de acontecimientos en determinadas células en una escala de tiempo adecuada (del orden del milisegundo) para los procesos biológicos. Si bien nació para controlar acontecimientos neuronales, es posible también su aplicación a otros tipos de células. Básicamente, esos acontecimientos son la activación o inactivación temporales de las células. Los métodos genéticos consisten en la inserción de determinados genes y los ópticos, en la utilización de luz de determinadas longitudes de onda. Los genes introducidos determinan la producción de proteínas sensibles a la luz y que, al recibir luz de la longitud de onda adecuada abrirán unos canales iónicos por los que pasarán determinados iones, paso que, según el tipo de canal (o lo que es lo mismo, el tipo de proteína fotosensible) y el ion de que se trate provocará la despolarización o la superpolarización de la célula. La despolarización tiene como consecuencia el disparo de la neurona, mientras que la superpolarización implica inactivación. Según la proteína fotosensible de que se trate, ésta vuelve a su estado original en la oscuridad o bajo iluminación.

En esquema, el procedimiento optogenético sigue los siguientes pasos:

  1. Obtención de un constructo genético formado por el gen de la proteína fotosensible y, espacialmente antes de él, un segmento de ADN promotor de la expresión génica.

  2. Introducción del constructo en un vector vírico.

  3. Inyección del vector en el área diana.

  4. Introducción de la fibra óptica que transmitirá la luz a la zona diana.

Si se ha hecho esto con éxito, se podrán “encender” o “apagar” las células diana a voluntad.

Esta técnica parece prometer buenos resultados en el tratamiento de enfermedades como las mencionadas. Pero es seguro que está siendo muy útil en la investigación neurobiológica añadiendo un paso a los anteriores: la implantación de sensores que permitan obtener información de lo que va sucediendo.

No me resisto a explicar algo de las proteínas fotosensibes y cómo actúan. Las que se utilizan en optogenética pertenecen a la familia de la rodopsina, el pigmento de nuestros bastones retinianos. Son complejos que constan de una parte proteínica, la opsina, con una estructura de siete hélices alfa unidas por segmentos con sólo estructura primaria y que forma un a modo de poro o canal iónico; unida a la proteína hay otra molécula con electrones en condiciones de saltar a un estado excitado, el cromóforo, que es el “disparador” del canal iónico, ya sea cuando se excita, ya sea cuando vuelve al nivel base, según el tipo de canal.

En optogenética se utilizan principalmente dos tipos de proteínas de esta familia, ChR2, presente en el algas unicelulares del género Chlamydomonas, y NpHR, descubierta en una arqueobacteria. La primera, sensible a la luz azul, constituye un canal del ion sodio; la segunda, que responde a la luz amarilla, forma un canal del ion cloruro. La entrada de iones sodio a la neurona, despolariza la membrana y promueve su “disparo”. La de iones cloro, la superpolariza e impide el “disparo”.

Además de esto, la abertura y el cierre de los canales iónicos inician cascadas de reacciones de señalización intracelular que promueven o inhiben diversos acontecimientos celulares. Pero esto no interesa demasiado, hoy por hoy, a los investigadores que utilizan la optogenética.

Enero de 2018