Un grupo de solo unos pocos miles de células cerebrales, no más grande que una semilla de mostaza, controla el flujo y reflujo diario de la mayoría de los procesos corporales en los mamíferos, especialmente los ciclos de sueño / vigilia. Ahora, los científicos de Johns Hopkins informan evidencia directa enratones sobre cómo esos grupos de células controlan el sueño y transmiten señales de luz sobre la noche y el día en todo el cuerpo.
Un resumen de su estudio de la región cerebral conocida como núcleo supraquiasmático, o SCN, se publicará en línea en la revista Biología actual el 22 de diciembre
"La luz tiene un efecto fuerte, negativo y directo sobre el sueño en humanos. Experimentamos esto todas las tardes cuando apagamos las luces antes de acostarnos y todas las mañanas cuando abrimos las cortinas para dejar entrar la luz. Sin embargo, muy pocose sabía cómo sucede esto. Aprender que el SCN es realmente necesario para que la luz regule directamente el sueño es una pieza importante del rompecabezas del ritmo circadiano ", dice Seth Blackshaw, Ph.D., profesor de neurociencia en la Facultad de Ciencias de la Universidad Johns Hopkins.Medicina. "Nuestras posibilidades de encontrar tratamientos para personas con trastornos del sueño, o simplemente jet lag, mejoran cuanto más comprendemos los detalles sobre cómo se controla el sueño".
Blackshaw dice que los científicos han sabido por un tiempo que el SCN funciona como un reloj maestro para sincronizar el sueño y otros ritmos circadianos en humanos y otros mamíferos. Pero su importancia en la regulación más inmediata del sueño, como cuando una luz brillantedespierta a alguien, sigue siendo discutible porque los experimentos necesarios para mostrar su papel en un animal vivo eran esencialmente imposibles ". Si extirparon quirúrgicamente el SCN en ratones, su sueño y vigilia ya no estaban influenciados inmediatamente por la luz, pero no se puede eliminarel SCN sin cortar también el nervio óptico que le proporciona información liviana desde la retina. Por lo tanto, nadie sabía si esta resistencia a la luz se debía al SCN faltante o al nervio óptico faltante ", dice Blackshaw.
En los experimentos que se informaron por primera vez hace varios años, el equipo de Blackshaw encontró una forma de interrumpir la función normal del SCN sin eliminarlo físicamente y dañar el nervio óptico. Los investigadores estaban tratando de identificar genes involucrados en el desarrollo del hipotálamo de ratón, elárea del cerebro que incluye el SCN. Identificaron uno de esos genes, denominado LHX1, que parecía ser el primero en "activarse" en el desarrollo del SCN fetal.
Para la nueva ronda de experimentos, los científicos utilizaron una herramienta genética personalizada para eliminar LHX1 solo de las células que componen el SCN. Descubrieron que los ratones experimentaron ritmos circadianos severamente alterados, aunque todavía podían sincronizarse débilmente con los ciclos de luz.Y las células del SCN ya no producen seis pequeñas proteínas de señalización que se sabe que coordinan y refuerzan sus esfuerzos, un proceso bioquímico conocido como acoplamiento.
Ya sea que los ratones se mantuvieran en luz constante, oscuridad constante o ciclos normales de ambos, sus tiempos de sueño y duración se volvieron aleatorios. Acumulativamente, dormían durante la misma cantidad de tiempo, aproximadamente 12 horas cada período de 24 horas, como los ratones normales, pero no había un patrón para el ciclo.
"Este experimento mostró que el SCN es crítico para el efecto inmediato de la luz sobre el sueño", dice Blackshaw.
Los científicos también notaron que en los ratones afectados por SCN, la temperatura corporal central no circulaba normalmente. La temperatura corporal promedio para los humanos es de 37 grados Celsius, pero fluctúa a lo largo del día en aproximadamente 1 grado Celsius, siendo la más alta en eltarde y más bajo justo antes del amanecer. Un patrón similar ocurre en ratones. Estas pequeñas fluctuaciones de temperatura pueden tener una gran influencia en los procesos que ocurren fuera del cerebro que también están bajo control circadiano, como el uso de glucosa y el almacenamiento de grasa, y se ha especuladoque pueden ser la forma principal por la cual el SCN controla estos ritmos corporales.
Por el contrario, una de las características de los procesos circadianos del cuerpo, incluidos los ciclos de la temperatura corporal central, es que generalmente no se ven alterados por los grandes cambios de temperatura ". De lo contrario, se sentiría con un desfase horario cada vez que tenga fiebre", dice Blackshaw. Pero de los experimentos con ratones no estaba claro si el SCN era responsable de esta resistencia a los fuertes cambios de temperatura en los animales vivos. Las células SCN normales en el laboratorio siguen sincronizándose sin importar los pulsos de temperatura, pero la investigación de otroel grupo demostró que podrían "restablecerse" mediante cambios de temperatura si ya no podían señalizarse entre ellos.
Sabiendo que las células SCN en sus ratones con deficiencia de LHX1 estaban afectadas de manera similar, un estudiante graduado en el laboratorio de Blackshaw, Joseph Bedont, razonó que sus ratones ahora podrían volver a los ciclos de temperatura normales si se les da pulsos de calor.
Para intentarlo, inyectaron a los ratones, mantenidos en la oscuridad, con una molécula que se encuentra en las paredes de las células bacterianas, lo que hace que tengan fiebre en respuesta a la amenaza percibida. La fiebre es un luchador de infecciones de primera línea en humanostambién. Como se sospechaba, su ciclo regular de temperatura central regresó.
"Estos resultados sugieren que el SCN es realmente responsable de la resistencia a la temperatura de los ritmos circadianos en animales vivos, y nos muestra cuán importante es el acoplamiento SCN", dice Blackshaw. "También refuerza la idea de que los otros ciclos fisiológicos del cuerpo,tales como el hambre y la secreción hormonal, son sincronizados por el SCN a través de su regulación de la temperatura corporal central ".
Experimentos adicionales identificaron varias moléculas que pueden estar dirigiendo estas señales vitales. El equipo de Blackshaw planea seguir estudiando cada una para determinar sus roles. Con esa información, los desarrolladores de medicamentos tendrán una mejor idea de qué componente apuntar y cómo.Para tratar el desfase horario, por ejemplo, Blackshaw dice que una opción hipotética sería bloquear brevemente LHX1 para que las células SCN se desacoplen y sean más fáciles de restablecer, ya sea por la luz o la temperatura. Pero nadie sabe aún si ese plan produciría efectos secundarios indeseableso los resultados deseados.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Medicina Johns Hopkins . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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