La disfunción del reloj biológico se asocia al desarrollo de ciertos tipos de cáncer, enfermedades cardíacas, diabetes tipo 2, infecciones y obesidad. El estudio de los científicos del Instituto Leloir se realizó en moscas Drosophila melanogaster, un modelo de investigación que sirve para iluminar procesos en humanos.
Los autores del estudio: Fernanda Ceriani
(arriba izq.), José Manuel Duhart, Nicolás Pírez, Juan Ignacio Ispizua,
Anastasia Herrero y Gabriel de la Cruz.
La llamada “remodelación circadiana”, una
modificación diaria en las conexiones neuronales del reloj biológico que
influye en la regulación del sueño y la vigilia, entre otras funciones, parece
ser el resultado de la interacción de diversas neuronas y no sólo de algunas
específicas, como se pensaba. Así lo revela un nuevo trabajo de científicos de
la Fundación Instituto Leloir (FIL) liderados por Fernanda Ceriani, jefa del
Laboratorio de Genética del Comportamiento.
El estudio ilumina mecanismos que regulan la
comunicación de diferentes grupos de neuronas del reloj biológico y podría
favorecer en el futuro el diseño de estrategias para abordar su disfunción.
Hace más de una década se propuso que cada
grupo de neuronas del reloj biológico (cuya disfunción se asocia a
complicaciones de la salud) cumplía un papel acotado y específico para lograr
la organización temporal de la actividad diaria: el sueño, la vigilia y otros
procesos. Ahora, el trabajo encabezado por Ceriani arroja nueva evidencia
que cuestiona esa idea.
En 2008, el laboratorio de
Ceriani realizó experimentos enfocados en la red circadiana de la
mosca Drosophila y descubrió que uno de los grupos funcionales
de neuronas del reloj biológico, las llamadas “neuronas ventrales laterales
pequeñas” (sLNvs, según sus siglas en inglés) o “M”, remodela sus conexiones o
sinapsis a diario. Ahora descubrieron que lo mismo ocurre con otro tipo de
neuronas reloj: las dorsales laterales (LNds, según sus siglas en inglés) o
“E”.
“Lo que mostramos es que la remodelación
circadiana no está limitada a un sólo grupo de neuronas reloj, sino que parece
ser una propiedad más general que modula la comunicación entre grupos de
relojes”, indicó Ceriani, también investigadora del CONICET
y ganadora del Premio Nacional L’Oréal-Unesco Por la Mujer en la Ciencia
2011.
“De este modo, impacta en los procesos
regulados por el reloj circadiano, como los ciclos de sueño y vigilia”,
añadió Ceriani.
Neuronas
reloj
La red circadiana o reloj biológico de la
mosca Drosophila está compuesta de 150 neuronas organizadas en grupos
¨funcionales¨ que de manera sincronizada se encargan de regular una amplia
gama de procesos metabólicos, fisiológicos y comportamentales para que ocurran
en los momentos más adecuados del día.
“Mucho de lo que hoy se sabe de cómo opera el
reloj biológico en mamíferos proviene de experimentos en Drosophila”,
destaca Ceriani. Y agrega que este modelo “ofrece innumerables ventajas,
no sólo por la cantidad de herramientas y el conocimiento disponible, sino que,
por su simpleza, facilita descubrir la lógica con la que opera la red
neuronal circadiana”.
Tal como revela la revista “Current
Biology”, Ceriani y equipo descubrieron que las sinapsis de las
neuronas E del reloj biológico se arman y desmantelan a lo largo del
día. “Lo que es aún más interesante es que le pudimos asignar una
función a esa remodelación, y es que permite liberar a lo largo del día un
neurotransmisor llamado acetilcolina (también presente en humanos) que favorece
la comunicación entre las neuronas”, explicó la científica.
Los investigadores también iluminaron
detalles del “diálogo” entre dos grupos funcionales de neuronas reloj: las
células E (que controlan el pico actividad de la tarde) y las células M (que
controlan el pico de actividad de la mañana), incluyendo la retroalimentación
de unas y otras en momentos específicos del día. “Es una cinta sin fin, como la
sucesión de días y noches”, expresó Ceriani.
Los científicos del Instituto Leloir
descubrieron que las neuronas E (verde) del reloj biológico remodelan sus
conexiones o sinapsis a diario, y mantienen una comunicación de
retroalimentación con las neuronas reloj M (azul).
En las últimas décadas, se han publicado
cientos de trabajos que apuntan al impacto sobre la salud de tener un
reloj alineado con los ciclos naturales. De hecho, tanto en animales de
laboratorio como en humanos se ha mostrado que la disrupción crónica de los
ritmos endógenos se asocia a una mayor susceptibilidad a ciertos tipos de
enfermedades, desde obesidad y diabetes hasta cáncer y depresión estacional.
“Desentrañar cómo funciona la red
circadiana y cómo regula toda nuestra fisiología es esencial para luego
ver de qué manera se puede limitar la desincronización, así como para diseñar
en el futuro tratamientos para trastornos asociados con la disfunción de reloj
biológico”, concluyó Ceriani, quien ha participado en trabajos
científicos con Michael Rosbash, uno de los ganadores del premio Nobel de
Medicina de 2017.
Del avance también participaron el primer
autor del trabajo, José Manuel Duhart, de la FIL y del CONICET,
actualmente en una estancia posdoctoral con una beca Pew en el Instituto Farber
de Neurociencias de la Universidad Thomas Jefferson, en Filadelfia, en Estados
Unidos; Anastasia Herrero, de la FIL y del CONICET, realizando ahora una
estancia postdoctoral en el Instituto de Investigación Biomédica (IRB), en
Barcelona, España; Gabriel de la Cruz y Juan Ignacio Ispizua, del CONICET
y de la FIL; y Nicolás Pírez, del CONICET, de la FIL y de
la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA.
Fuente: Fundación Instituto Leloir