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Descubren el «motor» genético que hace funcionar al reloj circadiano del cerebro

Un engranaje maestro en el reloj circadiano permite su funcionamiento: los investigadores han identificado un gen que parece influir en cientos de otros para mantener el tiempo en el cerebro.

El reloj circadiano, encargado de controlar los tiempos en el cerebro, recibe una importante ayuda del gen Npas4, que le permite «ordenar» la actividad de otros genes para poder mantener de esta forma la regulación de los ritmos temporales. Es la conclusión a la que ha arribado un grupo de científicos del Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas, en Estados Unidos, en el marco de un nuevo estudio.

El gen Npas4 parece ser un cronometrador perfecto para el cerebro, permitiendo el desarrollo adecuado de los ritmos circadianos. El conocimiento de los mecanismos moleculares del reloj circadiano podría conducir a nuevos tratamientos para manejar desafíos como el desfase horario, el trabajo por turnos y los trastornos del sueño.

Los relojes y los ciclos de la actividad diaria

Los ritmos circadianos son oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de tiempo, que se aprecian en el ser humano y todos los animales, plantas y organismos vivos. En definitiva, todas las formas de vida muestran algún tipo de variación rítmica fisiológica, asociada con cambios ambientales.

Además, existen relojes biológicos o dispositivos de tiempo naturales que regulan el ciclo de los ritmos circadianos en casi todos los tejidos y órganos del cuerpo humano. Integran moléculas específicas (proteínas) que interactúan con las células para llevar adelante las variaciones fisiológicas de acuerdo a determinados ritmos.

A su vez, los ritmos circadianos están controlados por un área del cerebro que recibe la influencia directa de la luz: el reloj interno del cerebro o núcleo supraquiasmático (SCN). La luz que ingresa a través de los ojos estimula a las células de la retina para que envíen impulsos nerviosos al área de control temporal.

Los mencionados impulsos indican al cerebro que detenga la producción de melatonina, la hormona que promueve el sueño. La tarea del núcleo supraquiasmático sigue un patrón de actividad que habitualmente se ejecuta en 24 horas. Sin embargo, aunque los especialistas pueden describir con claridad este proceso, todavía son una incógnita los mecanismos moleculares que actúan en la base del fenómeno.

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Revelando la base genética de los ritmos circadianos

De acuerdo al nuevo estudio, publicado recientemente en la revista Neuron, un gen cumple un papel vital en este proceso y podría revelar los engranajes moleculares de los ritmos circadianos, haciendo posible recuperarlos y reordenarlos frente a determinados trastornos o patologías.

Los investigadores indican en una nota de prensa que el gen Npas4 podría ser uno de los componentes más importantes para restablecer el reloj circadiano del cerebro y hacer que responda nuevamente a los estímulos de la luz. Precisamente, la luz activa diversos patrones de expresión génica en el núcleo supraquiasmático, localizado en el hipotálamo.

En experimentos con roedores, los especialistas lograron demostrar que la carencia del gen Npas4 provoca un cambio de fase reducido a la luz y genera ritmos circadianos más largos, desordenando los procesos rítmicos. Por el contrario, la activación de Npas4 marca un enriquecimiento de los elementos reguladores y dinamiza la tarea del reloj circadiano del cerebro.

En definitiva, el gen Npas4 funcionaría como un conductor o regulador de la actividad de muchos genes inducidos por la luz, transformándose en consecuencia en una pieza clave en el rompecabezas que marca el complejo funcionamiento del sistema circadiano. Al comprender este mecanismo, los científicos podrán dar un paso trascendental hacia el desarrollo de nuevas alternativas terapéuticas orientadas al tratamiento de los diferentes trastornos relacionados con el sueño y los ritmos biológicos.

Referencia

NPAS4 regulates the transcriptional response of the suprachiasmatic nucleus to light and circadian behavior. Pin Xu, Stefano Berto, Ashwinikumar Kulkarni, Byeongha Jeong, Chryshanthi Joseph, Kimberly H. Cox, Michael E. Greenberg, Tae-Kyung Kim, Genevieve Konopka and Joseph S. Takahashi. Neuron (2021).DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.07.026

Foto: imagen microscópica del núcleo supraquiasmático del ratón, la región del cerebro responsable de controlar los ritmos circadianos. Crédito: Centro Médico Southwestern de la Universidad de Texas.

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente

Pablo Javier Piacente es periodista especializado en comunicación científica y tecnológica.

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