Ignacio Provencio

En 1998, Provencio descubrió la melanopsina como una nueva opsina en los melanóforos fotosensibles de la piel de la rana de uñas africana . ^{[ 6 ]} En 2000, demostró que la melanopsina también está presente en ratones , macacos rhesus y humanos , donde se encuentra únicamente en el ojo. La localización única de la melanopsina en la retina interna indicaba que no participaba en la formación de imágenes. ^{[ 7 ]} Posteriormente, demostró que el pigmento melanopsina podría estar involucrado en la sincronización de un oscilador circadiano con los ciclos de luz en mamíferos. ^{[ 8 ]}

Descubrió que los ratones ciegos sin fotorreceptores clásicos ( bastones y conos ) aún presentaban respuestas a la luz mediadas por los ojos. Los ratones con el gen de la melanopsina inactivado , pero con bastones y conos funcionales, también eran capaces de sincronizarse. Sin embargo, cuando se inactivaba la melanopsina en ratones ciegos sin bastones ni conos, estos exhibían una "pérdida completa de la sincronización del oscilador circadiano mediante la luz, respuestas pupilares a la luz, supresión fótica del transcrito de la arilalquilamina-N-acetiltransferasa y supresión aguda de la actividad locomotora por la luz". ^{[ 8 ]} Provencio concluyó que tanto las células ganglionares de la retina que contienen melanopsina como los fotorreceptores de la retina externa ( bastones y conos ) son suficientes para inducir una respuesta a la luz. Sin embargo, en ausencia de bastones, conos o melanopsina, esta última se vuelve necesaria para la sincronización del oscilador circadiano mediante la luz y para otras respuestas fóticas. ^{[ 8 ]}

Para investigar más a fondo el papel de la melanopsina en el cambio de fase inducido por la luz en mamíferos, el laboratorio de Provencio estudió las actividades locomotoras de ratones deficientes en melanopsina (Opn4 -/-) en respuesta a la luz. ^{[ 9 ]} Los ratones Opn4 -/- mostraron comportamientos circadianos similares a los de los ratones normales: se sincronizaron con los ciclos de luz/oscuridad y corrieron libremente en oscuridad constante de la forma esperada en los ratones normales. ^{[ 9 ]} Los investigadores del laboratorio de Provencio concluyeron, por lo tanto, que la melanopsina no estaba involucrada en el funcionamiento de la oscilación del reloj maestro. ^{[ 9 ]} Por otro lado, los ratones Opn4-/- tuvieron dificultades para adaptarse a nuevas fases en respuesta a pulsos de luz monocromática. ^{[ 9 ]} La implicación fue que la melanopsina era necesaria para el restablecimiento de fase, pero otros mecanismos de entrada de luz también podrían estar involucrados en la sincronización circadiana. ^{[ 9 ]}

En 2008, el laboratorio de Provencio logró destruir específicamente las células de melanopsina en la retina de ratón completamente desarrollada utilizando una inmunotoxina compuesta por un anticuerpo anti-melanopsina conjugado a la proteína saporina . ^{[ 10 ]} Esto resultó en una menor respuesta a los ciclos de luz/oscuridad; se observó una característica similar en mutantes con genes inactivados que carecían de bastones, conos o melanopsina. Además, el enmascaramiento negativo inducido por la luz, mediado por bastones, conos y/o células de melanopsina, estaba ausente en los ratones que carecían de células de melanopsina. ^{[ 10 ]} Por lo tanto, Provencio sugirió que las células que contienen melanopsina podrían ser necesarias para transmitir información de bastones y/o conos para ciertas respuestas visuales no relacionadas con la formación de imágenes. ^{[ 10 ]}

El descubrimiento de Provencio de la melanopsina y su función en el fotoensincronizamiento respalda estudios anteriores que muestran que algunos pacientes ciegos pueden sincronizarse con un ciclo de luz diario. ^{[ 11 ]} Dado que también se han encontrado células ganglionares de la retina que expresan melanopsina en humanos, estos estudios sugieren que los humanos ciegos que aún conservan células de melanopsina funcionales son aquellos que pueden sincronizarse con los ciclos de luz diarios. Estos estudios también muestran que los pacientes ciegos que no pueden sincronizarse y carecen de células de melanopsina tienen un riesgo significativamente mayor de sufrir trastornos del sueño del ritmo circadiano . ^{[ 12 ]} Si bien la enucleación de pacientes ciegos y bebés era una práctica común por razones cosméticas o analgésicas, los médicos ahora deben tomar una decisión más cautelosa sobre si enuclear a los pacientes ciegos, especialmente a los bebés, porque aún pueden tener células ganglionares de la retina fotosensibles funcionales que expresan melanopsina. ^{[ 13 ]} Además, ahora hay estudios que intentan optimizar la terapia de luz para aquellos con trastornos del sueño del ritmo circadiano que intentan específicamente estimular las células de melanopsina en pacientes ciegos. ^{[ 14 ]}

El equipo de investigación de Provencio descubrió que en ratones albinos, la cantidad de proteína melanopsina en diversas células de la retina varía según las condiciones de luz ambiental. ^{[ 15 ]} En condiciones de luz constante, el número de células de melanopsina no aumentó. ^{[ 15 ]} Sin embargo, cuando estos ratones expuestos a luz constante se sometieron a ciclos de luz y oscuridad, se observó una recuperación en el número de células de melanopsina. ^{[ 15 ]} Este estudio demuestra que los periodos de oscuridad o el orden de los periodos de luz y oscuridad pueden controlar el desarrollo normal del sistema de melanopsina. ^{[ 15 ]}

En un estudio de 2006, Provencio exploró el papel de la proteína RPE65 en el fotoentrenamiento. La RPE65 es una proteína importante que se encuentra en las células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles ( ipRGC ) y que es necesaria para la regeneración del cromóforo visual en bastones y conos. Los ratones knockout de RPE65 (Rpe65(-/-)) mostraron cambios de fase mucho más débiles en comparación con los ratones sin bastones ni conos, lo que sugiere que la RPE65 podría tener otras funciones. ^{[ 16 ]}

Para definir mejor las funciones de RPE65, Provencio tomó ratones Rpe65(-/-) y también eliminó los bastones. La técnica empleada fue la inserción del transgén rdta , que elimina selectivamente los bastones. Descubrieron que la fotosensibilidad circadiana se restablecía en estos ratones sin proteína RPE65 y sin bastones, en comparación con los ratones sin proteína RPE65 que aún conservaban bastones. ^{[ 16 ]}

Provencio también tomó ratones Rpe65(-/-) y los cruzó con ratones knockout de melanopsina (Opn4(-/-)). Esto creó ratones knockout dobles de RPE y melanopsina, lo que resultó en un fotoensincronización y un comportamiento diurno anormales . A partir de estos resultados, Provencio concluyó que RPE65 no es necesario para la función de las ipRGC. Sin embargo, debido a la interesante restauración de la fotosensibilidad circadiana en ratones sin bastones ni RPE, parece existir un mecanismo por el cual los bastones pueden influir en las ipRGC. ^{[ 16 ]}