Los investigadores identifican células cerebrales clave que conducen el ritmo circadiano

En la década de 1970, los científicos identificaron la parte del cerebro que controla los ritmos circadianos: los procesos de 24 horas que regulan nuestros ciclos de sueño y vigilia y funciones corporales clave, como la producción de hormonas, el metabolismo y la presión arterial. Pero hasta ahora ha sido necesario identificar con precisión qué celdas del reloj maestro controlan el cronometraje subyacente.
Los investigadores identificaron las células cerebrales clave que controlan el tiempo en el reloj maestro que impulsa el ritmo circadiano.

En un nuevo estudio publicado en la revista Neurona, investigadores de la Universidad de Texas (UT) Southwestern Medical Center en Dallas describen cómo identificaron las células clave dentro del núcleo supraquiasmático (SCN) que son fundamentales para determinar los ritmos circadianos.

Los investigadores creen que sus hallazgos podrían conducir a nuevos medicamentos para tratar una variedad de trastornos, incluidos problemas del sueño como el jet lag, enfermedades neurológicas como el Alzheimer, trastornos psiquiátricos como la depresión, además de problemas metabólicos.

Los ritmos circadianos son el patrón de cambios físicos, mentales y de comportamiento que siguen un ciclo de aproximadamente 24 horas. Se encuentran en la mayoría de los seres vivos, desde pequeños microbios hasta grandes mamíferos, y responden principalmente a los cambios de luz y oscuridad en el entorno del organismo.

Nuestros ritmos circadianos están controlados por relojes biológicos: grupos de moléculas que interactúan y que se encuentran en las células de todo el cuerpo. El SCN o "reloj maestro", que se encuentra en el hipotálamo, un área del cerebro justo por encima de donde se cruzan los nervios ópticos de los ojos, mantiene sincronizados los relojes moleculares.

Estudio identifica células que expresan neuromedina neuropeptida S controlan ritmos circadianos

Aunque el SCN - que contiene alrededor de 20,000 neuronas - se identificó hace 40 años, este nuevo estudio es el primero en identificar qué grupo de células SCN controla sus mecanismos de cronometraje subyacentes.

Joseph Takahashi, uno de los autores del estudio y profesor y presidente del Departamento de Neurociencias en UT Southwestern Medical Center, dice:

"Hemos encontrado que un grupo de neuronas SCN que expresan un neuropéptido llamado neuromedina S (NMS) es necesario y suficiente para controlar los ritmos circadianos".

El NMS es un neuropéptido, una proteína que las células cerebrales usan para enviar señales. Trabajando con ratones especialmente criados, el equipo descubrió que las células cerebrales que expresan NMS actúan como marcapasos celulares.

Cuando bloquearon la transmisión de señal en las células NMS en los ratones, el equipo descubrió que alteraba el mecanismo de sincronización de la SCN y afectaba los relojes biológicos en el resto del cuerpo.

Los investigadores también descubrieron nuevas pistas sobre cómo la luz sincroniza el reloj del cuerpo.

El estudio es parte de un largo viaje para abordar preguntas importantes sobre el reloj biológico

El estudio representa un paso más en lo que ha sido un largo viaje del Prof. Takahashi y su laboratorio.

En la década de 1990, identificaron el primer gen relacionado con los ritmos circadianos en los mamíferos, un gen llamado reloj. Desde entonces, han demostrado que las interrupciones en Clock y en otro gen llamado Bmal1 afectan la secreción de insulina en el páncreas y pueden conducir a la diabetes en ratones.

Más recientemente, mostraron que la estructura tridimensional del complejo proteico formado por estos dos genes es la batería del reloj biológico. En un estudio publicado en 2012, revelaron las primeras imágenes de nivel atómico del complejo CLOCK: BMAL1.

El nuevo estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud (NIH) y el Instituto Médico Howard Hughes (HHMI).

El autor principal Masashi Yanagisawa, profesor adjunto de Genética Molecular, antiguo investigador de HHMI en UT Southwestern, dice que una de las neuronas del SCN responsable de producir ritmos circadianos ha sido una cuestión importante en neurobiología, y:

"Este estudio marca un avance significativo en nuestra comprensión del reloj corporal".

El Prof. Yanagisawa, que ahora es Director del Instituto Internacional Premier Mundial para la Medicina Integral del Sueño en la Universidad de Tsukuba en Japón, descubrió que otro neuropéptido llamado orexina controla el sueño / vigilia.

Él y sus colegas han identificado numerosas vías implicadas en el control del apetito y la presión arterial, además de otros neuropéptidos que ayudan a regular funciones como el metabolismo, el estrés y las emociones.

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