Cómo el reloj circadiano regula los genes del hígado en el tiempo y el espacio
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Nada en biología es estático. Los procesos biológicos fluctúan con el tiempo, y si queremos armar una imagen precisa de las células, tejidos, órganos, etc., debemos tener en cuenta sus patrones temporales. De hecho, este esfuerzo ha dado lugar a todo un campo de estudio conocido como “cronobiología”.
El hígado es un buen ejemplo. Todo lo que comemos o bebemos finalmente se procesa allí para separar los nutrientes de los desechos y regular el equilibrio metabólico del cuerpo. De hecho, el hígado en su conjunto está ampliamente regulado por el tiempo, y este patrón está orquestado por el llamado reloj circadiano, el metrónomo interno de nuestro cuerpo, así como por señales bioquímicas y ritmos alimentarios.
Pero el el hígado en realidad está dividido en pequeñas unidades repetitivas llamadas lobulillos, en las que distintas zonas realizan diferentes funciones. Esta intrincada organización espacial se conoce como «zonificación del hígado». Por ejemplo, la descomposición de los azúcares durante la digestión se produce preferentemente en un lado del lóbulo, la llamada zona central, mientras que la producción de glucosa mientras descansamos de depósitos como la grasa, se produce en el otro lado del hígado, en el lado del portal.
Hasta ahora, la zonificación del hígado solo se ha estudiado de forma estática, analizando lo que hace cada zona independientemente del tiempo, y viceversa. Y dado lo central que es el hígado en la fisiología de los mamíferos, los dos enfoques de investigación deben unir esfuerzos para comprender cómo interactúan los programas hepáticos temporales y espaciales.
En un primer estudio, científicos de la EPFL y el Instituto Weizmann de Science, dirigida por los profesores Felix Naef de la Escuela de Ciencias de la Vida de EPFL y Shalev Itzkovitz de Weizmann, ha podido monitorear los cambios espaciales de la expresión génica dentro de los lóbulos hepáticos en relación con el reloj circadiano. El estudio de este vínculo es un enfoque de la investigación de Naef, que previamente descubrió conexiones entre el reloj circadiano y las proteínas del hígado, nuestros ciclos celulares e incluso la estructura tridimensional de la cromatina, el ADN estrechamente empaquetado en el núcleo celular.
Al explotar la capacidad de analizar el tejido hepático en cada célula individual, los investigadores estudiaron aproximadamente 5000 genes en las células hepáticas en varios momentos durante las 24 horas del día. Luego clasificaron estadísticamente los patrones de espacio-tiempo que descubrieron con un modelo que puede capturar variaciones espaciales y temporales en los niveles de ARN mensajero (ARNm), un marcador de expresión génica.
El estudio reveló que muchos de los genes del hígado parecen estar zonados y rítmicos, lo que significa que están regulados tanto por su ubicación en el hígado como por la hora del día. Estos genes doblemente regulados están principalmente vinculados a funciones clave del hígado, por ejemplo, el metabolismo de lípidos, carbohidratos y aminoácidos, pero también incluyen algunos genes que nunca se han asociado con el metabolismo, por ejemplo, genes relacionados con proteínas chaperonas, que ayudan a otros las biomoléculas cambian su estructura tridimensional o incluso se ensamblan y desensamblan.
«El trabajo revela la riqueza de la dinámica de la expresión génica del espacio-tiempo del hígado, y muestra cómo la compartimentación de la función hepática tanto en el espacio como en el tiempo es distintivo de la actividad metabólica en el hígado de los mamíferos», dice Felix Naef.
El estudio se publica en Nature Metabolism.
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El ritmo de los genes: cómo el reloj circadiano regula la estructura de la cromatina en 3D Más información: Lógica espacio-temporal de la expresión génica del hígado a escala sublobular, Nature Metabolism (2021). DOI: 10.1038/s42255-020-00323-1 , www.nature.com/articles/s42255-020-00323-1 Información de la revista: Nature Metabolism
Proporcionado por Ecole Polytechnique Federale de Lausanne Cita: Cómo el reloj circadiano regula los genes del hígado en el tiempo y el espacio (11 de enero de 2021) consultado el 30 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-01-circadian-clock-liver -genes-space.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.