El mecanismo circadiano toma giros inesperados

El mecanismo circadiano toma giros inesperados. Un grupo de neuronas sigue un patrón distinto a otras que guían el reloj maestro del cerebro.

Por Tina Hesman Saey - ScienceNews

Edición online: 8 de octubre de 2009

Traducido por: Lolimar Oropeza – Estudiante de Idiomas Modernos IUTAV

En la serie de televisión “24” una cuenta regresiva silenciosa usualmente significa que un personaje ha muerto. Pero para algunas neuronas que se encuentran en el centro de la sincronización del cerebro, la carrera silenciosa forma parte de la vida.

Las células del núcleo supraquiasmático (NSQ) funcionan   como  un   reloj   maestro   que   regula   los   ritmos   circadianos   del  cuerpo  -fluctuaciones diarias en la segregación de hormonas, la temperatura corporal, la presión sanguínea y otros procesos- además ayudan a establecer la hora de la comida y la hora de ir a dormir. Las células siguen un patrón diario predecible, activando señales eléctricas con más rapidez durante el día y disminuyendo por la noche. Al menos así lo piensan los científicos.

Un nuevo estudio muestra que algunas células en el NSQ trabajan en un frenesí  disminuyendo paulatinamente a mitad de la tarde, un patrón que muchos científicos no esperaban y que podría matar a muchas neuronas. El estudio publicado el 9 de octubre en la revista Science muestra que NSQ contiene al menos dos poblaciones diferentes de neuronas, cada una posee su propio ritmo y una de ellas muestra este comportamiento extremo.

Martha Gillette, una neurocientífica de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign, quien no estaba relacionada con este estudio afirma que este hallazgo es “de hecho muy impactante”.

Según Gillette, en años recientes los biólogos han identificado múltiples proteínas que sirven como engranajes en el reloj molecular circadiano. Niveles de esas proteínas aumentan y disminuyen en patrones rítmicos durante el día y la noche, estableciendo el ritmo circadiano. Casi todas las células en el cuerpo contienen relojes moleculares, pero no estaba claro de qué forma la oscilación de los niveles de esa proteína dirigía las actividades celulares, tales como; segregar hormonas, o en el caso de las neuronas producir choques de electricidad para comunicarse unas con otras.

Los investigadores anteriormente habían mostrado que el NSQ contiene un reloj molecular circadiano particularmente fuerte. La proteína verde fluorescente ayuda a los científicos a rastrear las cantidades de un componente del reloj molecular, una proteína llamada período 1. Los niveles de esta proteína alcanzan su máximo nivel durante el día y disminuyen durante la noche. Esa oscilación parecía coincidir con el patrón de activación conocido de las neuronas NSQ, así que los científicos pensaban que el reloj molecular debía ser el responsable de establecer este patrón.

Hugo Piggins y Mino Belle de la Universidad de Manchester en Inglaterra encontraron que las células que forman el periodo 1 no se activan en el patrón tradicional. Los investigadores cuidadosamente midieron la actividad cerebral en las células NSQ del cerebro de un ratón  comparando las células que forman el periodo 1 con las células que no lo hacen. Descubrieron que las células sin periodo 1 siguen el patrón de activación esperado. Pero las células que producen la proteína se activaron en un rango moderado por la mañana y luego se volvían tan sobreexcitadas en la tarde que no podían enviar una señal eléctrica, recobrando la actividad nuevamente al anochecer. Piggins compara la actividad con un aplauso. “Es como si las manos estuviesen moviéndose muy rápido pero sin tocarse una con otra como para producir un aplauso”

Los colaboradores del equipo de Manchester, Daniel Forger y Casey Diezman, de la Universidad de Michigan vieron venir los resultados. Los investigadores hicieron un modelo matemático que predecía que algunas células podrían experimentar este tipo de crisis de la sobreexcitación. Los científicos que midieron la actividad eléctrica en las células se burlaron de la idea. Según Forger. “Todos los demás pensaron que nuestro modelo estaba equivocado, cuando conversamos con los experimentadores dijeron que era muy arriesgado.”

Las células sanas del cerebro no presentan este comportamiento dice Charles Allen, un electrofisiologista de la Universidad de Ciencia y Salud de Oregón en Portland. “Tradicionalmente una célula que muestra esta clase de actividad está lista para morir” este estado de excitación crea un incremento de calcio tóxico para muchas células y los investigadores no saben con certeza de qué forma las neuronas NSQ se las arreglan con esta carga tantas horas durante un día.

Aún no se conoce exactamente cómo el cambio del periodo 1 y otro mecanismo de reloj molecular crean este patrón de activación. El reloj circadiano natural de las personas funciona en un ciclo levemente mayor a las 24 horas. Christopher Colwell, un neurocientífico de la Universiad de California en Los Ángeles especula que el periodo 1  al producir neuronas podría ayudar a NSQ a utilizar pequeñas pistas para reanudar los ritmos circadianos a un ciclo de 24 horas.