Averiguan cómo el organismo responde a los desafíos cotidianos del ritmo circadiano

Dese hace mucho tiempo se sabe que la mayoría de los seres vivos están dotados de un "reloj" circadiano. Se describe como un conjunto de ritmos biológicos que operan en un ciclo de aproximadamente 24 horas y que afectan el estado de alerta, la somnolencia, el apetito y la temperatura corporal, entre otros comportamientos cíclicos.

Perturbar este sistema (mediante trabajo por turnos o viajes de larga distancia en múltiples zonas horarias y luminosas en humanos, por ejemplo) puede tener graves consecuencias. Estudios anteriores vinculan las alteraciones persistentes del ritmo circadiano con un mayor riesgo de cáncer, depresión y una serie de otros problemas médicos. Los sistemas circadianos se "entrenan" esencialmente mediante la exposición a la luz.

Aunque, en las últimas décadas, los investigadores han logrado avances significativos al delinear los mecanismos responsables de los ritmos circadianos, aún no se dispone de suficiente evidencia científica de cómo el cerebro se conecta a ellos.

Relacionado con ello, investigadores de la Universidad Johns Hopkins (EEUU) han identificado una proteína en el sistema visual de ratones que parece ser clave para estabilizar los ritmos circadianos del cuerpo al amortiguar la respuesta del cerebro a la luz. El hallazgo, publicado en ´Plos Biology´, ayuda a avanzar para tratar mejor los trastornos del sueño y el desfase horario.

Desafíos del ´día a día´

"Si los ritmos circadianos se ajustaran a cada cambio rápido de iluminación, digamos un eclipse o un día muy oscuro y lluvioso, no serían muy efectivos para regular comportamientos periódicos como el sueño y el hambre. La proteína que identificamos ayuda a conectar el cerebro durante el desarrollo neuronal para permitir respuestas estables a los desafíos del ritmo circadiano del día a día", según Alex Kolodkin, profesor del Departamento de Neurociencia de Johns Hopkins y subdirector del Instituto de Ciencias Biomédicas Básicas.

El equipo de investigación se centró en una proteína de la superficie celular llamada teneurina-3 (Tenm3), que forma parte de una familia más amplia de proteínas que desempeñan funciones clave en el ensamblaje del circuito del sistema visual y, de manera más general, en otros circuitos del sistema nervioso central.

Cuando los investigadores alteraron genéticamente ratones para prevenir la producción de Tenm3, los animales desarrollaron menos conexiones entre la retina y el SCN, en comparación con los animales con Tenm3 intacto. Sin embargo, los ratones que carecían de Tenm3 desarrollaron mucha más conectividad entre las células en el núcleo y la capa del SCN, donde Tenm3 tiende a localizarse.

Para ver cómo Tenm3 podría estabilizar los ritmos circadianos o someterlos a alteración incluso por una mínima cantidad de luz, los científicos diseñaron una serie de experimentos.

En primer lugar, entrenaron ratones que carecían de Tenm3 en un ciclo de luz/oscuridad de 12 horas, luego adelantaron el período de oscuridad seis horas. Los ratones con Tenm3 intacto tardaron unos cuatro días en reajustar sus ritmos circadianos al cambio, según lo medido por los patrones de actividad diagnósticos de los ciclos normales de sueño. Los animales sin Tenm3, sin embargo, se adaptaron mucho más rápidamente, en aproximadamente la mitad del tiempo.

Cuando los investigadores realizaron un experimento similar con una luz dos veces más tenue que en la prueba anterior, a los ratones intactos con Tenm3 les llevó unos ocho días ajustar sus ciclos circadianos, pero sólo unos cuatro días a los ratones sin Tenm3. Incluso un pulso de luz tenue de tan solo 15 minutos provocó que los ratones carentes de Tenm3, pero no los ratones con proteína Tenm3 normal, produjeran una sustancia química cerebral que sirve como indicador de la exposición a la luz, lo que sugiere una mayor sensibilidad a las señales luminosas necesarias para la configuración. o restablecer el reloj circadiano.

Los hallazgos obtenidos sugieren que Tenm3 ayuda a conectar el cerebro para mantener ritmos circadianos estables incluso cuando la exposición a la luz es variable. "Al aprender más sobre este sistema y el papel de Tenm3, se podrá llegar a diagnosticar y tratar problemas que provocan insomnio y otros trastornos del sueño en las personas, o posiblemente desarrollar tratamientos para el desfase horario", indicó otro de los investigadores, el prof. Samer Hattar, jefe de la Sección de Luz y Ritmos Circadianos del Instituto Nacional de Salud Mental.