Mecanismos de Fotopercepción No-Visual y Control Circadiano en la Retina Interna de Vertebrados en Condiciones Fisiológicas y en un Modelo Animal de Ceguera. Mechanisms of Non-visual Perception and Circadian Control in the Vertebrate Inner Retina under Physiological Conditions and in Animal Model of Blindness.

La retina juega un rol esencial en el funcionamiento del sistema circadiano de los vertebrados al ser la encargada de sensar las condiciones de iluminación ambiental que ajustan el reloj interno con el fotoperíodo exterior a través de un circuito no-visual. Este circuito es independiente de la vía de formación de imágenes e involucra a las células ganglionares retinianas (CGRs) que proyectan a varias estructuras no-visuales del cerebro; esta vía es la encargada de regular el reflejo pupilar, la sincronización de los ritmos diarios de actividad, el sueño y la supresión de melatonina pineal. La retina contiene además un reloj autónomo que genera ritmos diarios autosostenidos en distintas funciones bioquímicas y fisiológicas, que le confiere la capacidad de predecir el tiempo y anticiparse en su fisiología a los cambios lumínicos a lo largo del ciclo día-noche. Este laboratorio ha demostrado por 1ra vez que las CGRs de pollo poseen osciladores endógenos que generan variaciones diarias en la biosíntesis de fosfolípidos (Guido et al, J Neurochem. 2001; Garbarino et al., J Neurosci Res. 2004a) y de la hormona melatonina con niveles máximos durante el día (Garbarino et al., J Biol Chem 2004b). Aún más, cultivos primarios de CGRs responden a la luz a través de una cascada bioquímica de fototransducción similar a la de invertebrados y que involucra la activación de la enzima fosfolipasa C (PLC) (Contin et al., FASEB J 2006). Estos cultivos fueron obtenidos a estadios embrionarios muy tempranos en dónde solo las CGRs son postmitóticas y mayoritariamente maduras. A estos estadios, los cultivos expresan marcadores de especificación de células ganglionares (pax6, brn3), la proteina Gq y los fotopigmentos melanopsina y criptocromos con gran homología con marcadores descriptos para fotorreceptores rabdoméricos de invertebrados (Contin et al, 2006). Recientemente comenzamos a investigar la percepción de luz en pollos GUCY1*, un modelo de ceguera, en animales que carecen de células fotorreceptoras-conos y bastones-funcionales. Resultados preliminares indicarían que la retina interna, y potencialmente las CGRs de estos animales conservarían la capacidad de responder a la luz regulando el reflejo pupilar y sincronizando los ritmos diarios de alimentación. La convergencia de osciladores y fotopigmentos en la población de CGRs podría contribuir al control temporal de la fisiología del organismo y regulación de funciones no-visuales. Son objetivos de este proyecto: a) Investigar el rol de las CGRs en el sistema circadiano estudiando: i- su habilidad para sintetizar melatonina y, su regulación por luz y dopamina; ii- su capacidad fotorreceptora intrínseca, investigando la presencia de fotopigmentos y componentes de la cascada de fototransducción fundamentalmente la vía de los fosfoinosítidos y la activación de PLC, mediante ensayos moleculares, bioquímicos y farmacológicos; b) Extender estos estudios a cultivos primarios de CGRs inmunopurificadas midiendo la respuesta a la luz sobre la síntesis de melatonina, y los niveles de los mensajeros 2rios Ca2+ y AMP cíclico, la inducción de genes tempranos y la regulación de la actividad NAT, enzima clave en la síntesis de melatonina; y c) Investigar la percepción de luz en pollos GUCY1*(ciegos), sobre distintas funciones no-visuales tales como el reflejo pupilar, la sincronización de los ritmos diarios de alimentación, la síntesis de melatonina y la expresión génica en animales expuestos a estimulación lumínica de distintas intensidades y longitudes de onda. Estos estudios permitirán construir el espectro de acción de la respuesta a la luz en los pollos ciegos a fin de identificar el/los fotopigmentos intervinientes en este fenómeno. Este proyecto profundizará el conocimiento sobre la capacidad fotorreceptora-no visual de la retina interna y particularmente de las CGRs, de la naturaleza de la cascada bioquímica que opera en las mismas y de los mecanismos de regeneración del cromóforo utilizado.

Cronobiología y su impacto en la terapéutica de caninos

La cronobiología es la rama de la ciencia derivada de la biología que investiga los mecanismos de la estructura temporal biológica. Un ritmo biológico es una variación temporal que ocurre regularmente en los procesos o funciones orgánicas de los seres vivos, con intervalos más o menos precisos entre sucesivas repeticiones, uno de los más conocidos es el ritmo circadiano. La cronofarmacología estudia la variación de los efectos de los fármacos en función del tiempo biológico, y busca integrar los aspectos cronobiológicos en el diseño de regímenes posológicos. El objetivo del presente proyecto es el estudio de parámetros fisiológicos normales en diferentes horarios del día, su relación con aspectos farmacocinéticos y farmacodinámicos de diferentes drogas depresoras del sistema nervioso en caninos, y sus posibles influencias por ritmos biológicos, para aumentar la efectividad de las drogas disminuyendo su toxicidad. Se trabajará con un esquema de crossing over en cada grupo de individuos seleccionados, administrando el fármaco a 2 ó 4 horarios diferentes (variaciones circadianas) según las drogas estudiadas, durante los meses de otoño y primavera. La determinación y cuantificación se realizará por la técnica de Inmunoensayo de Polarización Fluorescente (FPIA). En caso de ser necesario, los datos obtenidos serán tratados con programas específicos de ajuste farmacocinético (PKCALC), para obtener los parámetros cinéticos correspondientes. Para determinar las variaciones cronobiológicas se compararán estadísticamente los resultados farmacológicos obtenidos en los diferentes horarios programados, mediante tests pareados para detectar posibles variaciones influenciadas por la hora y/o tiempo de administración.

Control de los ritmos biológicos en mamíferos

La expresión "ritmo circadiano" (RC) expresa que muchos rasgos de la conducta y la fisiología de los seres vivos varían regularmente durante el día, con un período de 24 horas. Sus fases guardan una típica relación con las fases del ciclo diario luz-oscuridad (fotoperíodo), lo cual sugiere que los RC son una respuesta a los cambios diarios de iluminación ambiental. Sin embargo, los RC persisten cuando el animal es transferido a condiciones de ausencia de fotoperíodo (luz u oscuridad constantes). Esta observación indica que los cambios a la luz ambiental son generados internamente o endógenamente. (...) Se deduce que la función del ciclo diario de luz-oscuridad es la de actuar como "sincronizador externo", ajustando el período y las fases de los ritmos endógenos. (...) Como la luz no alcanza a los fetos durante la gestación, la fotocoordinación de los RC durante el desarrollo ocurriría después del nacimiento. Sin embargo, fetos a término o crías mantenidas en condiciones constantes presentan sincronizado su sistema circadiano en el ciclo de luz-oscuridad prevalente. Esta sincronización es mediada por la madre durante la gestación y la lactancia y se la conoce como "sincronización materna". El mecanismo de la sincronización materna es poco conocido. (...) El objetivo general del proyecto es continuar el estudio de los mecanismos involucrados en el control de la sincronización materna del sistema circadiano en la rata.

Cronobiología y su impacto en la terapéutica de caninos.

La cronobiología es la rama de la ciencia derivada de la biología que investiga los mecanismos de la estructura temporal biológica. Un ritmo biológico es una variación temporal que ocurre regularmente en los procesos o funciones orgánicas de los seres vivos, con intervalos más o menos precisos entre sucesivas repeticiones, uno de los más conocidos es el ritmo circadiano. La cronofarmacología estudia la variación de los efectos de los fármacos en función del tiempo biológico y busca integrar los aspectos cronobiológicos en el diseño de regímenes posológicos. El objetivo del presente proyecto es el estudio de parámetros fisiológicos normales en diferentes horarios del día, su relación con aspectos farmacocinéticos y farmacodinámicos de diferentes drogas depresoras del sistema nervioso en caninos, y sus posibles influencias por ritmos biológicos, para aumentar la efectividad de las drogas disminuyendo su toxicidad. Se trabajará con un esquema de crossing over en cada grupo de individuos seleccionados, administrando el fármaco a 2 ó 4 horarios diferentes (variaciones circadianas) según las drogas estudiadas, durante los meses de otoño y primavera. La determinación y cuantificación se realizará por la técnica de Inmunoensayo de Polarización Fluorescente (FPIA). En caso de ser necesario, los datos obtenidos serán tratados con programas específicos de ajuste farmacocinético (PKCALC), para obtener los parámetros cinéticos correspondientes. Para determinar las variaciones cronobiológicas se compararán estadísticamente los resultados farmacológicos obtenidos en los diferentes horarios programados, mediante tests pareados para detectar posibles variaciones influenciadas por la hora y/o tiempo de administración.