Comprender la sincronización del reloj celular
Los ratones sin reloj cerebral pierden la sincronización entre los diferentes órganos, como se muestra en el perfil de bioluminiscencia (derecha). En el hígado, sin embargo, se mantiene la sincronización. Crédito: UNIGE
Los relojes circadianos, que regulan las funciones metabólicas de todos los seres vivos durante un período de unas 24 horas, son uno de los mecanismos biológicos más fundamentales. En humanos, su alteración es la causa de muchas enfermedades metabólicas como la diabetes o enfermedades hepáticas graves. Aunque los científicos han estado estudiando este mecanismo durante muchos años, se sabe poco sobre su funcionamiento. Gracias a una herramienta de observación basada en la bioluminiscencia, un equipo de investigación de la Universidad de Ginebra (UNIGE) pudo demostrar que las células que componen un determinado órgano pueden estar en fase, incluso en ausencia del reloj cerebral central o de cualquier otro relojes en el cuerpo. De hecho, los científicos lograron restaurar la función circadiana en el hígado en ratones completamente arrítmicos, demostrando que las neuronas no son únicas en su capacidad de coordinación. Los resultados se pueden descubrir en la revista Genes and Development.
Durante mucho tiempo, la comunidad científica consideró que los ritmos circadianos estaban enteramente controlados por un reloj central ubicado en el cerebro, antes de descubrir, hace unos años, la existencia en todas las células del cuerpo de un pequeño reloj molecular. «Sin embargo, el reloj cerebral se consideró indispensable para la sincronización de todos los relojes periféricos», dice Ueli Schibler, profesor honorario de la Facultad de Ciencias de la UNIGE, quien inició el trabajo. «Sin embargo, las herramientas de investigación habituales no nos permitieron explorar la validez de esta hipótesis. De hecho, para hacerlo, debemos ser capaces de seguir en tiempo real, durante un período de tiempo relativamente largo, la expresión de los genes circadianos de un animal con o sin reloj cerebral funcional”, explica Flore Sinturel, investigadora del Departamento de Medicina de la Facultad de Medicina de la UNIGE y primera autora de este trabajo.
Bioluminiscencia para estudiar ritmos circadianos
Ya en 2013, el equipo del profesor Schibler desarrolló una tecnología completamente nueva, ahora disponible comercialmente, que permite monitorear la actividad de un órgano específico y los ritmos circadianos que lo controlan. “Nos inspiramos en el principio de bioluminiscencia que se puede observar en las luciérnagas, por ejemplo”, explica. «Nuestros ratones portan un gen informador circadiano que produce una enzima, la luciferasa. Luego, agregamos luciferina a su agua potable, una sustancia que, cuando es oxidada por la luciferasa, provoca la emisión de fotones». Luego, la luz es capturada por un fotomultiplicador que registra la cantidad de fotones emitidos por minuto y, por lo tanto, detecta la expresión del gen informador circadiano a lo largo del tiempo.
Las células del reloj hepático se acoplan en fase sin recibir señales de tiempo
Después de quitar el reloj central, los científicos observaron que todos los relojes del cuerpo están en diferentes fases. Sin embargo, a nivel de un solo órgano, el hígado en este caso, los ratones conservan un ritmo circadiano robusto y coordinado. Entonces, mientras que el reloj central puede sincronizar todos los órganos en la misma fase, las células se comunican lo suficiente como para mantener un ritmo coordinado dentro de un solo órgano. «Si bien se pensaba que solo las neuronas tenían conexiones lo suficientemente fuertes como para garantizar esta coordinación circadiana, ahora estamos demostrando que no es así», dice Flore Sinturel. «Esto pone en perspectiva la singularidad del reloj central».
Luego, los científicos confirmaron su descubrimiento: en ratones arrítmicos, es decir, ratones sin ningún tipo de reloj circadiano, los investigadores lograron restaurar la expresión de la ritmicidad en el hígado solo, sin tocar los otros órganos. «Esto nos permitió demostrar que un reloj restaurado en un órgano funciona y tiene ritmos, incluso en ausencia de todos los demás relojes del cuerpo», explica. Ahora quieren entender cómo estas células permanecen en la misma fase cuando no reciben ninguna información, ya sea del cerebro o de otras señales externas. ¿Su hipótesis? La existencia de una forma de acoplamiento, en forma de intercambio de moléculas entre estas diferentes células.
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Ajustar el reloj circadiano y aumentar los ritmos puede ser clave para futuros tratamientos y medicamentos Más información: Flore Sinturel et al, Genes and Development (2021). DOI: 10.1101/gad.346460.120 Información de la revista: Genes & Development
Proporcionado por la Universidad de Ginebra Cita: Comprender la sincronización del reloj celular (2021, 17 de febrero) consultado el 30 Agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2021-02-cellular-clock-synchronization.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.