SAVALnet PY

NAD y mitocondrias

Las neuronas críticas que están dañadas en el glaucoma son las células ganglionares de la retina, que residen en la retina interna y sirven como intermediarios neuronales entre la retina externa fotosensible y el cerebro. Transmiten la información visual a la corteza visual a través de las sinapsis en el  núcleo lateral geniculado. El sitio de la lesión en nervio óptico glaucomatoso se piensa que es la lámina cribosa, donde axones mielínicos de las células ganglionares de la retina salen del ojo a través de poros de colágeno en la esclerótica y son susceptibles a perturbaciones en su microambiente y su microarquitectura. La pérdida progresiva de elementos neuronales conduce a daños estructurales irreversibles y a la pérdida funcional.

Desde hace más de 150 años, el único tratamiento probado para el glaucoma ha sido la reducción de la presión intraocular con fármacos o enfoques quirúrgicos. Como en estudios de otras condiciones neurodegenerativas multifactoriales, el último propósito en la investigación del glaucoma es la identificación de intervenciones que se dirijan directamente a  mejorar la salud neuronal y potenciar su supervivencia. Por desgracia, varios fármacos diseñados para proteger contra la neurodegeneración glaucomatosa han fracasado en ensayos clínicos.

Algunos posibles impulsores tempranos de la lesión axonal en las células ganglionares de la retina son la disfunción mitocondrial y la interrupción del flujo axoplásmico, los que pueden servir como pasos iniciales en el proceso neurodegenerativo o corresponder a secuelas tempranas de una laminopatía. Williams y sus colaboradores recientemente realizaron investigaciones en disfunción mitocondrial en un modelo de ratón para el estudio del glaucoma que se manifiesta como aumento crónico de presión intraocular relacionada con la edad y una subsecuente neuropatía óptica, por lo tanto imitando la condición en humanos. Usando secuenciación de ARN (para determinar cuáles genes se están transcribiendo) y a través de un agrupamiento jerárquico no supervisado (para entender cuáles procesos celulares son activados durante el desarrollo de la enfermedad), los autores identificaron anomalías en la transcriptómica en las células ganglionares de la retina de animales con una presión intraocular elevada que sería de otra manera indistinguible fenotípicamente de los controles. Estos cambios moleculares muy tempranos precedieron a la neurodegeneración. Los investigadores observaron una expresión diferencial de genes asociados con la disfunción mitocondrial y en genes codificantes de proteínas en las vías de la fosforilación oxidativa (Science. 2017 Feb 17;355(6326):756-760).

La microscopía electrónica confirmó la presenciade anormalidades mitocondriales. Por ejemplo, se encontraron relativamente pocas crestas formadas por la membrana mitocondrial interna, lo que podría sugerir niveles bajos de fosforilación oxidativa. Los investigadores demostraron además la presencia de niveles relativamente bajos de Nicotinamida adenina dinucleótido (NAD), un cofactor para muchas reacciones bioquímicas (tanto NAD + y NADH), y de glutatión antioxidante. La disminución en los niveles de NAD ocurre durante el envejecimiento normal, así como en ratones propensos al glaucoma.

Los investigadores propusieron que las diferencias en la expresión génica y los niveles totales de NAD afectan la función de las células ganglionares de la retina en su mayoría debido a una limitación en la energía producida por las neuronas. Aunque los niveles bajos de NAD por sí solos no resultaron en la muerte celular, se propuso como hipótesis que los niveles reducidos desestabilizan el metabolismo durante los períodos de estrés y que la disminución de NAD dependiente de la edad, cuando se combina con estrés de una presión intraocular elevada, tienen un efecto negativo en la función mitocondrial. Este compromiso de la función conlleva a aumentos en el metabolismo de los ácidos grasos y la generación de radicales libres, y por lo tanto, a una alteración de la respuesta al estrés metabólico, la que a su vez conduce a la pérdida de células ganglionares de la retina (figura 1).

Figura 1. Un modelo de la presión sobre las células ganglionares de la retina.

Williams y sus colegas describieron recientemente resultados a partir de un modelo de ratón que exhiben un déficit en vitamina B3 lo que les confiere susceptibilidad al glaucoma. Durante el envejecimiento normal (panel A), los niveles de nicotinamida adenina dinucleótido (NAD) en retina disminuyen. Esta reducción se espera que se agudice la tendencia de la disfunción mitocondrial y aumente la probabilidad de insuficiencia metabólica,  y por lo tanto, la vulnerabilidad de las células ganglionares de la retina a factores estresantes externos. La disminución de los niveles de NAD pueden contribuir a la pérdida relacionada con la edad de las células ganglionares de la retina (panel B), pero estudios adicionales son necesarias para evaluar la validez de esta hipótesis. Durante el glaucoma, el declive relacionado con la edad en los niveles de NAD hace que las células ganglionares de la retina sean vulnerables al estrés causado por elevaciones en la presión intraocular (IOP). En los ojos afectados por la hipertensión, el metabolismo es menos  fiable y cambia a un estado que promueve daño en el ADN y que induce la activación de la subinidad alfa del factor 1 inducible por hipoxia (HIF1a), efectos que conspiran para dañar las células ganglionares de la retina. Con el tratamiento basado en nicotinamida (panel C) los niveles aumentados de NAD ayudan a restablecer un metabolismo normal. Debido a que el metabolismo saludable es fiable incluso bajo estrés, la inducción de factores que lo afectan se suprime, a pesar de la presencia de hipertensión ocular. Este proceso reduce la probabilidad de pérdida de células ganglionares de la retina, en última instancia reduciendo el riesgo de la aparición de glaucoma.

Para probar la hipótesis del déficit de NAD se suplementó la dieta de ratones con nicotinamida para aumentar la producción de energía celular. A la dosis más baja estudiada (equivalente a cerca de 2,5 g por día para una persona que pesa 60 kg), los autores encontraron que la nicotinamida impidió la pérdida estructural y funcional de células ganglionares de la retina, a pesar de la elevación continua de la presión intraocular. Se hizo evidente un efecto protector dosis dependiente en diferentes puntos de la progresión patológica, sin observarse efectos adversos.

Un enfoque alternativo mostró resultados similares. En el mismo modelo de ratón, la inyección intravítrea de un gen codificante para una enzima que produce NAD +, protegió al 70% de los ratones contra daños glaucomatosos en el transcurso de 12 meses. La combinación de la terapia génica y el tratamiento con nicotinamida proporciona una mayor protección contra daños oculares que cada terapia por separado.  En suma, todos los experimentos sugieren que la mejora de la situación energética de las células ganglionares de la retina, mediante la optimización de su salud mitocondrial tiene un efecto positivo en este modelo del glaucoma.