Comprendiendo cómo funciona el reloj circadiano
Por: Giles E. Duffield , Publicado en: 21 Noviembre, el año 2016
¿Alguna vez se ha preguntado por qué no se siente cansado hasta altas horas de la noche, mientras que su cónyuge ya está profundamente dormido a las 10 pm y se despierta espontáneamente a las 6 am? Cada uno de nosotros tenemos un reloj biológico interno, llamado reloj circadiano, que organiza las actividades internas y externas de nuestro cuerpo todo el día de 24 horas. Si bien estos relojes pueden ser influenciados por la exposición a la luz solar y la luz eléctrica, nuestros genes también juegan un papel en la forma en que funcionan. Eso es parte de la razón por la que los hábitos de sueño y vigilia, pueden variar de un individuo a otro. Y que también puede explicar por qué ciertas terapias que ayudan a cambiar la sincronización del reloj circadiano, tales como las cajas de luz o tomar la hormona melatonina natural como un suplemento, varían en la dosis y la eficacia de persona a persona. Los relojes circadianos se encuentran en las células individuales de nuestro cuerpo. Mi equipo de investigación de la Universidad de Notre Dame investiga los mecanismos moleculares de estos relojes celulares, estudiando cómo los genes, y las proteínas que producen, controlar la multitud de ritmos de 24 horas en nuestras funciones corporales. Creemos que una mejor comprensión del sistema circadiano, desde los genes hasta la fisiología y el comportamiento, permitirá el desarrollo de nuevas y mejoradas terapias.
¿Cómo funcionan los relojes circadianos?
Existen al menos 15 genes que se cree que forman los engranajes del mecanismo del reloj circadiano. Variaciones genéticas naturales en estos componentes puede dar lugar a profundas diferencias en los relojes circadianos de persona a persona. Esta es la razón por la cual algunas personas tienen una longitud de ciclo corto o una longitud de ciclo largo en sus ritmo circadiano, y por qué algunas personas son más madrugadores y otros son amantes de la noche. Algunos de estos genes y las proteínas que producen formar una serie de vías moleculares que interactúan de nuevo unas sobre otras mediante bucles. El patrón temporal de los genes que se encienden y se apagan comienza de nuevo una vez cada 24 horas, que nos da un reloj todos los días casi perfecto. Los relojes circadianos hacen más que decirnos cuando sentir sueño o el momento de despertar. Se encuentran en casi todos los órganos y sistemas de nuestro cuerpo, como en el cerebro, el corazón y el hígado. Los relojes modifican todos los días los procesos celulares que son específicos para cada tejido. Cuando estos sistemas de órganos no están sincronizados entre sí, lo que puede ocurrir durante el trabajo por turnos y el jet lag, puede contribuir a problemas de salud.
La coordinación de los relojes internos es clave
El reloj en el hígado, por ejemplo, controla muchos de los procesos biológicos implicados en el almacenamiento y la liberación de moléculas de energía. Los ritmos circadianos en estas células están en sintonía con otros sistemas de órganos en el cuerpo, tales como las células de grasa y el cerebro. Gran parte de la función del hígado está dedicada al almacenamiento de las moléculas del alimento cuando se encuentran en abundancia, por ejemplo, cuando acabamos de comer. El hígado entonces moviliza nutrientes cuando estamos ayunando mientras dormimos. Si comes en el medio de la noche, por ejemplo, se pueden alterar los procesos del cuerpo para almacenar estos nutrientes adecuadamente. El trabajo por turnos y el jet lag puede resultar en problemas metabólicos debido a que la sincronización de los procesos entre sistemas de órganos ya no está correctamente coordinada, y la sincronización entre estos sistemas y el ambiente externo se interrumpe. Las ramificaciones a largo plazo de tan mala coordinación entre nuestros relojes internos y el medio ambiente externo pueden resultar en el desarrollo de una fisiología anormal, y en última instancia en trastornos tales como la obesidad y la diabetes. De hecho, la incidencia de enfermedad cardiovascular y el síndrome metabólico, la obesidad y la diabetes está elevada en los trabajadores por turnos , que representan aproximadamente el 15 por ciento de la fuerza de trabajo. Conseguir todos estos procesos en la misma pista temporal y en sincronía con la zona horaria en la que están funcionando es la clave. Así que mirar los genes que juegan un papel en el funcionamiento de estos relojes nos puede ayudar a entender cómo se mantienen en sincronía. Lograr una mejor idea de lo que los genes están involucrados en la regulación de estos relojes circadianos podría ponernos en un camino para encontrar mejores tratamientos y terapias para ayudar a las personas a adaptarse a los cambios de tiempo.
Desacoplar los frenos genéticos del reloj circadiano
Nuestro laboratorio en colaboración con la Universidad de Oxford y Hoffmann-La Roche ha identificado una nueva vía biológica que participan en el restablecimiento del reloj circadiano, que fue publicado en la revista Cell. Hemos encontrado que la prevención de un gen llamado SIK1 de ser expresados, o la inactivación de la proteína que produce, puede ayudar a aliviar los efectos del jet lag. Este es un hallazgo sorprendente, ya que revela una nueva vía biológica que controla el mecanismo de reajuste del reloj y porque la proteína que expresa SIK1 es una enzima quinasa. Las proteínas quinasas constituyen una de las clases más comunes de los objetivos de medicamentos, lo que hace de la proteína SIK1 un objetivo atractivo para la manipulación farmacológica. Nuestro laboratorio ha revelado también un papel único para un gen llamado ID2 en la regulación de cómo se restablece el reloj circadiano por la luz y cómo el reloj puede controlar los procesos posteriores, incluyendo la configuración de los ritmos de 24 horas de la grasa y el metabolismo del azúcar. En animales se ha encontrado que la ausencia de ID2 interrumpe el ciclo normal de la alimentación, y hace a los animales tanto delgados como super-sensibilizados a la insulina. Esto sugiere que el ID2 podría ser una importante diana terapéutica para restablecer los relojes circadianos, así como para el control de trastornos metabólicos, tales como la obesidad y la diabetes. Los animales que carecen del gen ID2 también son muy sensibles a la reposición del reloj por la luz. En lugar de tomar una semana para adaptarse a una nueva zona horaria, se adaptan en uno o dos días. Ambos genes ID2 y SIK1 parecen funcionar como frenos naturales en el mecanismo de puesta a cero del reloj (sincronización) y, en principio, podrían un día ser dianas terapéuticas para el ajuste de los ritmos biológicos.
La luz brillante de la mañana y en la noche oscura
Aunque esta investigación es prometedora, los tratamientos con esta investigación son probablemente todavía algo lejanos. Mientras tanto, hay algunas cosas que puede hacer para ayudar a mantener sus relojes internos en sincronía y en pista, y adaptarse a las perturbaciones más rápidamente. Algunas terapias de sincronización, como el tiempo de exposición a la luz y tomar suplementos de melatonina, pueden ayudar a cambiar la sincronización del reloj circadiano. Estos métodos pueden prevenir o reducir los problemas que pueden causar el desfase horario o el trabajo por turnos, y ayudar en el tratamiento del trastorno afectivo estacional. Debido a que la luz del alba restablece nuestro reloj biológico y nos mantiene en sincronía con el mundo exterior, es fundamental conseguir una buena dosis de luz de la mañana. Despertar en total oscuridad y la conducción a trabajar en la oscuridad no ayuda. Sólo porque diga 7 de la mañana en su despertador no quiere decir que son las 7 de la mañana en su cuerpo. La exposición a la luz brillante durante la noche, incluyendo la que emiten desde aparatos electrónicos, puede cambiar su reloj biológico en la dirección equivocada, lo que hace aún más difícil poder levantarse al día siguiente. Algunos de nosotros se la pasan luchando con nuestra fisiología todos los días. Mantenerse en una rutina fija de ir a dormir al mismo tiempo también puede ser beneficioso.
El autor de este artículo es Giles E. Duffield, Profesor Asociado en Ciencias Biológicas, Universidad de Notre Dame. Este artículo fue publicado originalmente en The Conversación bajo una licencia Creative Commons
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