Múltiples relojes biológicos controlan los ritmos diarios de la fisiología y el comportamiento en animales y humanos. Si estos relojes están conectados entre sí y de qué manera son todavía una pregunta abierta en gran medida. Un nuevo estudio ahora muestra que un reloj central gobierna los ritmos circadianos en ciertoscasos.
Ya sean moscas, ratones o humanos, los relojes circadianos son los mecanismos centrales que impulsan los ritmos circadianos en todos los animales. Sin embargo, la noción de un reloj central que regula la sincronización de todos los procesos del cuerpo no es cierta. Por el contrario, la mayoría de los organismos tienenmultitud de relojes circadianos: un reloj central en el cerebro y varios relojes periféricos en los órganos y sistemas.
Sin embargo, aún se desconoce en gran medida cómo estos relojes se comunican entre sí, cómo se sincronizan y si el reloj central establece la hora para todas las demás unidades. Un equipo internacional de científicos de la Universidad de Würzburg y la Universidad de Valparaíso Chile recientemente arrojó luz sobre el vínculo entre un reloj central y periférico en la mosca de la fruta y proporcionó pruebas experimentales del llamado "modelo de oscilador acoplado" que comprende un reloj "maestro" y múltiples "relojes esclavos".
La parte del estudio de Würzburg fue realizada por Christian Wegener, profesor de Neurogenética en el Biocentro de la Universidad de Würzburg, postdoctorado Mareike Selcho, los estudiantes de doctorado Franziska Ruf y Jiangtian Chen y el estudiante Gregor Bergmann. Los científicos publican sus hallazgosen el número actual de la revista Nature Communications.
Una hormona da la señal para eclosionar
"En el estudio, nos enfocamos en la vía neuronal que conecta el reloj circadiano en el cerebro de la mosca de la fruta con un reloj periférico en la glándula protorácica que produce hormonas esteroides", explica Christian Wegener. Lo que hace que la glándula sea tan interesante esque produce la hormona ecdisona que le da a Drosophila la señal de "crecer", lo que significa que define el momento en que la mosca de la fruta sale del cascarón. El proceso de eclosión sigue un cronograma estricto: por lo general, ocurre solo temprano en la mañana.
Hay otro aspecto que hace que esta vía y la glándula sean tan interesantes desde un punto de vista científico: "Los humanos tienen un sistema comparable que funciona de manera similar", dice Mareike Selcho. Aquí, la corteza suprarrenal tiene una función similar a la dela glándula protorácica. Sin embargo, en lugar de ecdisona, secreta glucocorticoides, que se cree que juegan un papel central en la sincronización de los relojes circadianos de los mamíferos. Cuando la sincronización es permanentemente disfuncional en los humanos, esto puede provocar diversas enfermedades, desde depresión hasta enfermedades cardiovasculares y trastornos metabólicos..
Comunicación entre reloj central y periférico
Los hallazgos de estudios anteriores respaldan la suposición de que el reloj central en el cerebro de la mosca de la fruta se comunica con el reloj periférico de la glándula protorácica. Por lo tanto, ambos relojes tienen que funcionar para que las moscas eclosionen en los horarios habituales, incluso cuando estánmantenido en condiciones constantes, es decir, en ausencia de un ciclo regular de día y noche En presencia de un ritmo normal de día y noche, como ocurre en la naturaleza, un reloj periférico que funciona solo es suficiente para mantener la eclosión a principiosmañana. La falla del reloj central no es un problema en este caso.
En su búsqueda de la vía de conexión, los científicos de Würzburg se concentraron en neuronas específicas que podrían facilitar el contacto entre el reloj central y el periférico, las llamadas neuronas PTTH. "Deberían ser ideales para conectar los relojes solo porsu disposición espacial ", dice Christian Wegener.
De hecho, los científicos de Würzburg pudieron demostrar que las neuronas PTTH establecen un vínculo directo entre el reloj basado en el cerebro de la mosca de la fruta y su contraparte periférica. En experimentos demostraron que las neuronas del reloj central producen un neuropéptido especial que transmiteinformación del tiempo a las neuronas PTTH. Las neuronas PTTH a su vez envían la información al marcapasos de la glándula protorácica y regulan la producción de ecdisona.
Confirmado por experimentos en Chile
Los investigadores de Würzburg encontraron su teoría de maestro y esclavo confirmada por el trabajo de sus colegas chilenos. Los investigadores en Chile llevaron a cabo una serie de experimentos en los que desaceleraron artificialmente los relojes circadianos de Drosophila en varias combinaciones y observaron el impacto enel comportamiento de eclosión
Los resultados: cuando ambos relojes funcionan más lentamente, el "ritmo de eclosión" aumenta normalmente de 24 horas a más de 27. Se observa un efecto similar cuando el reloj periférico continúa funcionando a velocidad normal y el reloj central se ralentiza.Sin embargo, viceversa, es decir, el reloj central de trabajo normal y el reloj periférico más lento, el comportamiento de eclosión permanece sin cambios en un intervalo de 24 horas.
"Esta es la primera descripción experimental exhaustiva de una vía que une los relojes circadianos y muestra que el modelo de oscilador acoplado es realmente cierto en ciertos casos", dice Christian Wegener. Pero admite que la ciencia aún está muy lejos de comprenderlas interacciones exactas de los relojes circadianos. Después de todo, los hallazgos recientes ilustran que los diversos mecanismos están fuertemente entrelazados y provistos de circuitos de retroalimentación. Por lo tanto, Wegener está seguro de que "no va a ser fácil".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Julius-Maximilians-Universität Würzburg, JMU . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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