El trabajo, publicado en la revista Science, explica además cómo la arquitectura molecular de estas proteínas permite que reaccionen de forma casi instantánea cuando reciben un estímulo luminoso. Las opsinas son proteínas sensibles a la luz situadas en los conos de la retina y desempeñan un papel esencial en la visión diurna. Gracias a ellas es posible distinguir miles de colores, percibir los movimientos con rapidez y obtener una imagen nítida del entorno. Cada ojo humano cuenta con entre seis y siete millones de conos, cuyas proteínas receptoras transforman la luz en señales eléctricas que posteriormente son interpretadas por el cerebro.
Desarrollo de enfermedades
Además de ser fundamentales para la visión, las alteraciones en estas proteínas también están relacionadas con diferentes enfermedades oculares. Mutaciones genéticas o procesos degenerativos que afectan a las opsinas pueden provocar trastornos como el daltonismo o la degeneración macular asociada a la edad (DMAE), una enfermedad que afecta a la zona central de la retina y que provoca una pérdida progresiva de la visión. Los seres humanos disponen de tres tipos de conos especializados en captar distintas longitudes de onda de la luz visible. Los conos L responden principalmente a la luz roja, los M a la verde y los S a la azul. La combinación de la información procedente de estos tres tipos de receptores es la que permite percibir la amplia gama de colores que distingue el ojo humano. Hasta ahora, estudiar estas proteínas había supuesto un importante reto científico debido a que son extremadamente dinámicas y pueden activarse incluso en ausencia de luz, lo que dificultaba obtener imágenes precisas de su estructura en estado de reposo.
Para evitar esa activación accidental, el equipo desarrolló el trabajo bajo una iluminación roja muy tenue y combinó diferentes tecnologías avanzadas, entre ellas la criomicroscopía electrónica, la espectroscopia láser ultrarrápida, ensayos bioquímicos y celulares y herramientas computacionales que permitieron diseñar y analizar los receptores con gran precisión. Gracias a este proceso, las investigadoras consiguieron describir por primera vez la estructura de las opsinas sensibles a la luz azul y verde cuando permanecen inactivas. Aunque la variante correspondiente al color rojo no fue estudiada directamente, los investigadores consideran que, debido a su elevada similitud genética con la opsina verde, probablemente comparta mecanismos de funcionamiento muy similares. El estudio también ha permitido comprender mejor por qué estas proteínas son capaces de responder con tanta rapidez a la luz. En el interior de cada opsina se encuentra una molécula fotosensible denominada retinal, derivada de la vitamina A. Cuando la luz alcanza el ojo, esta molécula cambia de forma y desencadena una cadena de señales que termina generando impulsos eléctricos dirigidos al cerebro.
Relación con las proteinas
Los investigadores comprobaron que las opsinas de los conos poseen una compleja red de pequeños "microinterruptores" moleculares que facilita una conexión muy rápida con la proteína encargada de transmitir la señal dentro de la célula. Esta organización permite que, incluso antes de recibir el estímulo luminoso, el sistema esté preparado para responder de manera casi inmediata. El trabajo también revela diferencias entre las distintas opsinas. En las sensibles al color verde, el espacio donde se aloja el retinal presenta una estructura más abierta, lo que facilita que la molécula se mueva rápidamente tras recibir la luz y quede preparada para captar un nuevo estímulo en muy poco tiempo. Por el contrario, las opsinas sensibles al azul cuentan con un sitio de unión más cerrado, lo que limita el movimiento del retinal y hace necesario un estímulo luminoso de mayor energía para activar el receptor. Esta característica explica por qué la luz azul, que transporta más energía que la verde o la roja, resulta especialmente adecuada para activar este tipo de conos.
Los autores consideran que estos resultados ofrecen una nueva base molecular para comprender cómo se originan determinadas enfermedades de la retina relacionadas con la pérdida o el mal funcionamiento de los fotorreceptores. En la actualidad, millones de personas en todo el mundo conviven con alteraciones de la visión, entre ellas las deficiencias en la percepción del color, que afectan aproximadamente al 5 % de la población mundial, principalmente a hombres, o la degeneración macular asociada a la edad, una de las principales causas de pérdida de visión central. A largo plazo, los investigadores esperan que este conocimiento facilite el desarrollo de nuevos medicamentos capaces de actuar directamente sobre las opsinas de los conos para preservar su funcionamiento y ralentizar el deterioro de la visión. Asimismo, consideran que los hallazgos podrían favorecer el diseño de tratamientos optogenéticos más precisos, basados en la modificación de proteínas fotosensibles para restaurar o mejorar la señalización visual.