La Asamblea Nobel del Karolinska Institutet ha decidido otorgar hoy el Premio Nobel de Fisiología o Medicina 2017 conjuntamente a Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young por sus descubrimientos de los mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano.
Resumen
La vida en la Tierra está adaptada a la rotación de nuestro planeta. Durante muchos años hemos sabido que los organismos vivos, incluidos los humanos, tienen un reloj biológico interno que los ayuda a anticipar y adaptarse al ritmo regular del día. Pero, ¿cómo funciona?¿Este reloj realmente funciona? Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young pudieron mirar dentro de nuestro reloj biológico y dilucidar su funcionamiento interno. Sus descubrimientos explican cómo las plantas, los animales y los humanos adaptan su ritmo biológico para que esté sincronizado conlas revoluciones de la tierra.
Utilizando moscas de la fruta como organismo modelo, los premios Nobel de este año aislaron un gen que controla el ritmo biológico diario normal. Mostraron que este gen codifica una proteína que se acumula en la célula durante la noche y luego se degrada durante el día.Posteriormente, identificaron componentes proteicos adicionales de esta maquinaria, exponiendo el mecanismo que gobierna el mecanismo autosustentable dentro de la célula. Ahora reconocemos que los relojes biológicos funcionan según los mismos principios en las células de otros organismos multicelulares, incluidos los humanos.
Con una precisión exquisita, nuestro reloj interno adapta nuestra fisiología a las fases dramáticamente diferentes del día. El reloj regula funciones críticas como el comportamiento, los niveles hormonales, el sueño, la temperatura corporal y el metabolismo. Nuestro bienestar se ve afectado cuando hay un desajuste temporalentre nuestro entorno externo y este reloj biológico interno, por ejemplo, cuando viajamos a través de varias zonas horarias y experimentamos "desfase horario". También hay indicios de que la desalineación crónica entre nuestro estilo de vida y el ritmo dictado por nuestro cronometrador interno se asocia con un mayor riesgo devarias enfermedades.
Nuestro reloj interior
La mayoría de los organismos vivos anticipan y se adaptan a los cambios diarios en el medio ambiente. Durante el siglo XVIII, el astrónomo Jean Jacques d'Ortous de Mairan estudió las plantas de mimosa y descubrió que las hojas se abrían hacia el sol durante el día y se cerraban al anochecer.se preguntó qué pasaría si la planta se colocara en una oscuridad constante. Descubrió que, independientemente de la luz solar diaria, las hojas seguían su oscilación diaria normal. Las plantas parecían tener su propio reloj biológico.
Otros investigadores descubrieron que no solo las plantas, sino también los animales y los humanos tienen un reloj biológico que ayuda a preparar nuestra fisiología para las fluctuaciones del día. Esta adaptación regular se conoce como la circadiano ritmo, originario de las palabras latinas circa que significa "alrededor" y muere que significa "día". Pero el funcionamiento de nuestro reloj biológico circadiano interno seguía siendo un misterio.
Identificación de un gen de reloj
Durante la década de 1970, Seymour Benzer y su alumno Ronald Konopka preguntaron si sería posible identificar genes que controlan el ritmo circadiano en las moscas de la fruta. Demostraron que las mutaciones en un gen desconocido alteraron el reloj circadiano de las moscas. Llamaron a este gen punto . Pero, ¿cómo podría influir este gen en el ritmo circadiano?
Los premios Nobel de este año, que también estudiaban moscas de la fruta, tenían como objetivo descubrir cómo funciona realmente el reloj. En 1984, Jeffrey Hall y Michael Rosbash, trabajando en estrecha colaboración en la Universidad de Brandeis en Boston, y Michael Young en la Universidad Rockefeller enNueva York, logró aislar el punto gen. Jeffrey Hall y Michael Rosbash luego descubrieron que PER, la proteína codificada por punto, acumulado durante la noche y degradado durante el día. Por lo tanto, los niveles de proteína PER oscilan en un ciclo de 24 horas, en sincronía con el ritmo circadiano.
Un mecanismo de relojería autorregulable
El siguiente objetivo clave era comprender cómo se podían generar y mantener tales oscilaciones circadianas. Jeffrey Hall y Michael Rosbash plantearon la hipótesis de que la proteína PER bloqueaba la actividad de la punto gen. Razonaron que mediante un ciclo de retroalimentación inhibitoria, la proteína PER podría evitar su propia síntesis y, por lo tanto, regular su propio nivel en un ritmo continuo y cíclico.
El modelo era tentador, pero faltaban algunas piezas del rompecabezas. Para bloquear la actividad del punto el gen, la proteína PER, que se produce en el citoplasma, tendría que llegar al núcleo celular, donde se encuentra el material genético. Jeffrey Hall y Michael Rosbash habían demostrado que la proteína PER se acumula en el núcleo durante la noche, pero cómo¿Cómo llegar? En 1994, Michael Young descubrió un segundo gen de reloj, atemporal , que codifica la proteína TIM que se requería para un ritmo circadiano normal. En un trabajo elegante, demostró que cuando TIM se unía a PER, las dos proteínas podían ingresar al núcleo celular donde se bloquearon punto actividad genética para cerrar el ciclo de retroalimentación inhibitoria.
Tal mecanismo de retroalimentación regulatoria explicó cómo surgió esta oscilación de los niveles de proteína celular, pero las preguntas persistieron. ¿Qué controló la frecuencia de las oscilaciones? Michael Young identificó otro gen más doble tiempo , que codifica la proteína DBT que retrasó la acumulación de la proteína PER. Esto proporcionó información sobre cómo se ajusta una oscilación para que coincida más estrechamente con un ciclo de 24 horas.
Los descubrimientos que cambiaron el paradigma de los galardonados establecieron principios mecanicistas clave para el reloj biológico. Durante los años siguientes se dilucidaron otros componentes moleculares del mecanismo de relojería, explicando su estabilidad y función. Por ejemplo, los galardonados de este año identificaron proteínas adicionales necesarias parala activación de la punto gen, así como para el mecanismo por el cual la luz puede sincronizar el reloj.
Mantener el tiempo en nuestra fisiología humana
El reloj biológico está involucrado en muchos aspectos de nuestra fisiología compleja. Ahora sabemos que todos los organismos multicelulares, incluidos los humanos, utilizan un mecanismo similar para controlar los ritmos circadianos. Una gran proporción de nuestros genes están regulados por el reloj biológico y, en consecuencia, un ritmo circadiano cuidadosamente calibrado adapta nuestra fisiología a las diferentes fases del día. Desde los descubrimientos seminales de los tres galardonados, la biología circadiana se ha convertido en un campo de investigación vasto y altamente dinámico, con implicaciones para nuestra salud y bienestar.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Fundación Nobel . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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