Las neuronas del reloj biológico se remodelan cada 24 horas

Un llamativo hallazgo hecho en el transcurso de una investigación reciente sugiere que las neuronas que marcan el ritmo circadiano del cerebro adulto humano podrían tener un grado de plasticidad mayor del que se pensaba.

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); y varios relojes periféricos, que se ubican en diferentes tejidos del organismo.

El reloj central se pone en hora a diario en respuesta a señales 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.

A partir de estudios anteriores realizados en 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 equipo internacional de científicos ha comprobado que sí.

El equipo lo han integrado, entre otros, el experto argentino en cronobiología Horacio de la Iglesia, de la Universidad de Washington en la ciudad estadounidense de Seattle, Fernanda Ceriani, investigadora del Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas (CONICET) de Argentina, y Alexandra F. Neitz, de la Universidad de Washington.

“El trabajo que acabamos de publicar 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”, asegura De la Iglesia.

Al respecto, Ceriani, investigadora del Instituto de Investigaciones Bioquímicas de Buenos Aires (IIBBA, centro mixto del CONICET y de la FIL) y jefa del Laboratorio de Genética del Comportamiento de la Fundación Instituto Leloir (FIL), señala “La importancia de este hallazgo es enorme, porque sugiere que el cerebro adulto muestra un grado de plasticidad mucho mayor al que se pensaba”.

“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”, reconoce De la Iglesia, que, basándose en eso, se propuso evaluar qué ocurría en un mamífero.

A tal fin, “pintaron” ciertas neuronas del núcleo supraquiasmático 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.

Neuronas pre y postsinápticas visualizadas con diferentes emisiones fluorescentes en el núcleo supraquiasmático del ratón. En verde, los contactos entre ellas. (Fotos: FIL / CONICET. CC BY 2.5 AR)

“Dentro del núcleo supraquiasmático 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”, señala Ceriani.

De acuerdo con De la Iglesia 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”. “El impacto es difícil de estimar en este momento, pero esperamos que experimentos futuros en ratones puedan dilucidarlo”, concluye.

El estudio se titula “Suprachiasmatic nucleus VIPergic fibers show a circadian rhythm of expansion and retraction”. Y se ha publicado en la revista académica Current Biology. (Fuente: FIL / CONICET. CC BY 2.5 AR)