San Carlos de Bariloche – Un estudio internacional comprobó por primera vez en un mamífero que las neuronas del reloj biológico se “remodelan” cada 24 horas. El hallazgo podría ayudar a diseñar tratamientos para trastornos derivados de la disfunción de los ritmos circadianos.
A partir de estudios realizados en las llamadas moscas de la fruta (Drosophila melanogaster), se sabía que las neuronas que controlan el reloj biológico cambian la capacidad de contactar y comunicarse con otras neuronas según la hora del día y los estímulos del ambiente. Pero se desconocía si estas modificaciones estructurales también se producen en el cerebro adulto de los mamíferos.
Ahora, un grupo internacional de científicos, liderado por el experto argentino en cronobiología Horacio de la Iglesia, de la Universidad de Washington (Estados Unidos), y en el que participó la investigadora del Conicet Fernanda Ceriani, comprobó que sí. “La importancia de este hallazgo es enorme, porque sugiere que el cerebro adulto muestra un grado de plasticidad mucho mayor al que se pensaba”, comentó Ceriani, jefa del Laboratorio de Genética del Comportamiento de la Fundación Instituto Leloir.
Los investigadores explicaron que el reloj biológico es un mecanismo interno que impone un ciclo de 24 horas –ritmo circadiano– a las funciones básicas de los seres vivos (liberación de hormonas, metabolismo, patrones de sueño, entre otras), organizándolas para que ocurran en el momento óptimo del día. Existe un reloj o “marcapasos” central, que reside en el núcleo supraquiasmático del hipotálamo cerebral (SCN, por sus siglas en inglés), así como varios relojes periféricos, que se ubican en diferentes tejidos del organismo.
El reloj central se pone en hora a diario en respuesta a claves del ambiente, principalmente los ciclos de luz y oscuridad, pero también por la ingesta de comida o la actividad social. Un mal funcionamiento puede generar diversos problemas de salud: desde una disminución de las defensas e insomnio hasta depresión, diabetes y menor rendimiento cognitivo.
“El trabajo que acabamos de publicar en Current Biology demuestra un fenómeno similar en neuronas del ratón que son funcionalmente análogas a las de la mosca. Esto sugiere que esa habilidad de tener ritmos de 24 horas de remodelado estructural es una propiedad crítica de los relojes circadianos centrales”, aseguró De la Iglesia.
Y sumó: “El hecho de que las neuronas en cualquier circuito del cerebro tengan ritmos de 24 horas de expansión y retracción de sus fibras es totalmente inesperado e intrigante. El descubrimiento de que esto efectivamente ocurre surgió del laboratorio de Fernanda Ceriani en la Fundación Instituto Leloir hace más de 15 años”.
Con esos trabajos como puntos de partida, los expertos liderados por De la Iglesia se propusieron evaluar qué ocurría en un mamífero. Para eso, “pintaron” ciertas neuronas del SCN del ratón (llamadas VIP) con una molécula de un color rojo intenso que tiene la habilidad de escabullirse por todos los rincones del interior de las células. Al examinar el tejido cerebral bajo microscopios especiales, pudieron detectar que la ramificación de esas neuronas cambiaba muchísimo a lo largo del día.
“Dentro del SCN del ratón, las neuronas VIP cumplen una función similar a las neuronas PDF con las que trabajamos nosotros en Drosophila, y que describimos cómo arman y desmantelan a lo largo del día sus contactos (sinapsis) con otras neuronas”, señaló Ceriani.
En 2008, en la Fundación Instituto Leloir se demostró en las moscas de la fruta que las propias neuronas del reloj biológico sufren cambios morfológicos a lo largo del día. Posteriormente, Ceriani y algunos colegas mostraron que la “remodelación” de las sinapsis de las neuronas del reloj biológico requiere de la acción de una pequeña cadena de aminoácidos en el sistema nervioso, el llamado neuropéptido PDF.
Ahora que se comprobó por primera vez en un mamífero que las neuronas del reloj biológico también se “remodelan” cada 24 horas. De la Iglesia indicó que sería muy difícil concebir que esto puede pasar en el reloj biológico de un ratón y no en el de un ser humano, ya que ambas estructuras tienen gran homología anatómica y funcional.
“Abre puertas”
“Hace más de diez años se describió la plasticidad estructural en moscas: existen neuronas relojeras que expanden sus axones durante el día y se retraen durante la noche. Y esa remodelación estructural es circadiana, porque puede ocurrir incluso en condiciones constantes de oscuridad. Este nuevo trabajo demuestra que ese mecanismo de plasticidad se conserva en ratones”, opinó Lorena Franco, experta en circuitos neuronales asociados al reloj biológico, que no participó en la investigación.
Franco agregó que, tanto en moscas como en mamíferos, el reloj biológico está formado por un grupo de osciladores, es decir, neuronas que expresan genes que van a oscilar tanto a nivel de expresión de proteínas durante el día y la noche, como en oscuridad constante.
“Algunas neuronas –en particular, en las moscas las neuronas PDF y en mamíferos las neuronas VIP– sufren una remodelación estructural: durante el día los axones se expanden, se abren, y se cierran durante la noche. Que eso ocurra incluso en condiciones de oscuridad constante demuestra que, aunque la luz no esté, el reloj sigue funcionando igual, cumpliendo su función de controlar el comportamiento, la fisiología y muchos procesos”, añadió Franco.
La experta advirtió sobre la importancia de que el equipo de De la Iglesia haya podido ver ese mecanismo de plasticidad en el cerebro adulto de un ratón: “Eso muestra que ese cerebro adulto tiene plasticidad. En general, se piensa que los cerebros de animales en desarrollo son más plásticos. Este trabajo abre puertas y nuevas líneas para hacer más experimentos y poder indagar esta plasticidad en el adulto”.
Paz García Pastormerlo