Hasta hace poco, trabajaba en relojes biológicos que dictaban fluctuaciones diarias en la mayoría de las funciones corporales, incluida la temperatura corporal central y el estado de alerta, centradas en las neuronas, esas células eléctricamente excitables que son las divas del sistema nervioso central.
Pidiendo definir el reloj maestro del cuerpo, los biólogos dirían que son dos pequeñas esferas, los núcleos supraquiasmáticos o SCN, en el cerebro que consisten en 20,000 neuronas. Es probable que ni siquiera mencionen las 6,000 astroglia mezcladas conlas neuronas, dijo Erik Herzog, neurocientífico en Artes y Ciencias de la Universidad de Washington en St. Louis. En una publicación en línea anticipada del 23 de marzo de Biología actual , Herzog y sus colaboradores muestran que la astroglia ayuda a establecer el ritmo del SCN para programar un día de ratón.
La astroglia, o astrocitos, fueron ignorados en parte porque no se consideraban importantes. A menudo llamados "células de apoyo", se suponía que eran rellenos de huecos o marcadores de posición. Su nombre en latín, después de todo, significa"pegamento estrellado"
Entonces sucedieron dos cosas. Los científicos descubrieron que casi todas las células del cuerpo mantienen el tiempo, con algunas excepciones, como las células madre. Y también comenzaron a darse cuenta de que los astrocitos hacen mucho más de lo que pensaban. Entre otras cosas, secretan y sorben neurotransmisores y ayudan a las neuronas a formar sinapsis fortalecidas para consolidar lo que hemos aprendido. De hecho, los científicos comenzaron a hablar de la sinapsis tripartita, haciendo hincapié en el papel de un astrocito en la comunicación entre dos neuronas.
Entonces, para un neurocientífico como Herzog, la pregunta obvia era: ¿qué estaban haciendo los astrocitos en el SCN? ¿Estaban cronometrando el tiempo? Y si lo estaban haciendo, ¿cómo interactuaban los relojes de los astrocitos con los relojes de las neuronas?
Herzog respondió la primera pregunta en 2005, sí, los astrocitos tienen relojes diarios, pero luego la investigación se atascó. Para averiguar qué estaban haciendo los astrocitos en las redes vivas de células y en los animales vivos, los científicos tenían que poderpara manipularlos independientemente de las neuronas con las que están entrelazados. Las herramientas para hacer esto simplemente no existían.
Ahora, el estudiante graduado de Herzog, Matt Tso, el primer autor del artículo, ha resuelto el problema. Las herramientas que ideó permiten que los astrocitos en el SCN sean controlados de forma independiente. Usando su kit de herramientas, el laboratorio realizó dos experimentos, alterando los relojes de astrocitosy monitorear el comportamiento diario altamente ritualizado de la rueda en ratones.
Los científicos quedaron sorprendidos por los resultados, que se publicarán en la edición impresa del 7 de abril de Biología actual . En ambos experimentos, los ajustes en los relojes de astrocitos frenaron de manera confiable el sentido del tiempo del ratón. "No teníamos idea de que serían tan influyentes", dijo Tso.
Los científicos ya están planeando experimentos de seguimiento.
Es importante determinar cómo y dónde funcionan estos relojes en el cerebro y el cuerpo porque su influencia es omnipresente. Por su parte, Herzog ya está analizando las conexiones entre el ritmo circadiano y el cáncer cerebral, el parto prematuro, la depresión maníaca y otrosenfermedades
Astrocitos en reloj
Un reloj biológico es una serie de reacciones entrelazadas que actúan de manera similar a un reloj de arena bioquímico. Una proteína acumulada finalmente detiene su propia producción, al igual que la arena finalmente se drena de la mitad superior del reloj de arena. Pero luego, a través de la magiade bucles de retroalimentación: el reloj de arena bioquímico, en efecto, se da vuelta y comienza de nuevo.
Al principio, los científicos solo sabían el reloj en el SCN. Si se destruye en un animal como una rata, la rata dormirá durante la misma cantidad de tiempo pero con ataques y arranques en lugar de largos períodos.
Pero entonces los genes que componen el reloj biológico comenzaron a encontrarse en muchos tipos diferentes de células: pulmón, corazón, hígado y esperma. Las células ciliadas, por cierto, prefieren crecer por la noche.
Entonces Herzog comenzó a preguntarse acerca de los astrocitos en el SCN. ¿También estaban ellos manteniendo el tiempo?
Para averiguarlo, acopló una proteína bioluminiscente a un gen del reloj y luego aisló los astrocitos en un plato de vidrio. Descubrió que los astrocitos brillaban y se atenuaban rítmicamente, prueba de que estaban manteniendo el tiempo.
El siguiente paso obvio fue observar los astrocitos no solo en un plato de vidrio, sino también en rodajas de SCN y en animales vivos. Pero resultó ser más fácil decirlo que hacerlo ". Quemamos dos posdocs tratando de obtener estos experimentospara trabajar ", dijo Herzog.
Por lo tanto, es un triunfo técnico que Tso pudo hacer que los astrocitos se iluminaran cuando expresaban genes de reloj y agregar o eliminar genes de reloj en los astrocitos mientras dejaba las neuronas intactas, dijo Herzog.
Como primer paso, el colaborador Michihiro Mieda de la Universidad de Kanazawa creó un "reportero condicional" que activaba una luciferasa de luciérnaga cada vez que se expresaba un gen de reloj en una célula de interés. Tso entregó el pequeño interruptor a los astrocitos dentro de un virus.
En rodajas de un SCN de ratón con este reportero en su lugar, los científicos pudieron ver que las células en forma de estrella expresaban el gen del reloj en un patrón rítmico. Esto demostró que los astrocitos mantienen el tiempo en el tejido vivo donde interactúan entre síy con neuronas, así como cuando están aisladas en un plato.
A continuación, los científicos utilizaron la nueva herramienta de edición de genes CRISPR-Cas9 para eliminar un gen del reloj solo en los astrocitos del SCN de los ratones vivos. Luego monitorearon los ratones en busca de cambios en el tiempo que comenzaron a correr en una rueda cada día.
Correr es un comportamiento fácil de medir que proporciona una indicación confiable del estado del reloj corporal subyacente. Un mouse en oscuridad constante comenzará a correr sobre una rueda aproximadamente cada 23.7 horas, típicamente desviándose en menos de 10 minutos de este cronograma.
"Cuando eliminamos el gen en los astrocitos, teníamos buenas razones para predecir que el ritmo no cambiaría", dijo Tso. "Cuando las personas eliminaron este gen del reloj en las neuronas, los animales perdieron el ritmo por completo, lo que sugiere que las neuronas estánnecesario para mantener un ritmo diario "
En cambio, cuando se eliminó el reloj de astrocitos, el reloj SCN corrió más lento. Los ratones se subieron a sus ruedas una hora más tarde de lo habitual todos los días.
"Esto fue una gran sorpresa", dijo Tso
Los resultados del próximo experimento fueron aún más emocionantes para ellos. Los científicos comenzaron con un ratón que tiene una mutación que hace que sus relojes corran rápido y luego "rescataron" esta mutación en los astrocitos pero no en las neuronas. Esto significó que los relojes de los astrocitosestaban corriendo al ritmo normal pero los relojes neuronales aún eran rápidos.
"Esperábamos que el SCN siguiera el ritmo de las neuronas. Hay 10 veces más neuronas en el SCN que los astrocitos. ¿Por qué el comportamiento seguiría a los astrocitos?", Dijo Tso.
Pero eso es exactamente lo que hicieron. Los ratones con los relojes de astrocitos restaurados se subieron a sus ruedas dos horas más tarde que los ratones cuyos astrocitos y neuronas eran de ritmo rápido.
Los científicos no saben por qué los astrocitos son tan importantes o cómo se comunican con las neuronas. Pero su investigación se suma a un trabajo que sugiere que los astrocitos, lejos de ser marcadores de posición o rellenos de huecos, en realidad pueden estar dirigiendo el programaNo sería la primera vez que el poder estaba detrás en lugar del trono.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Washington en St. Louis . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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