por la Universidad de Michigan
ANN ARBOR, Mich. — Matemáticos de la Universidad de Michigan y sus colegas británicos dicen que han identificado la señal que el cerebro envía al resto del cuerpo para controlar los ritmos biológicos, un descubrimiento que trastorna un teoría que ha persistido por largo tiempo acerca de nuestro reloj interno.
El conocimiento acerca de cómo funciona el reloj biológico humano es un paso esencial hacia la corrección de los problemas para dormir como el insomnio y el desajuste que causan los vuelos que cruzan husos horarios. Los nuevos descubrimientos acerca del metrónomo central del cuerpo también podrían, algún día, ayudar en los esfuerzos para el tratamiento de enfermedades influidas por este reloj interno incluidos el cáncer, el mal de Alzheimer y el trastorno bipolar, dijo el matemático Daniel Forger, de la Universidad de Michigan.
“Ahora que sabemos qué es la señal deberíamos ser capaces de cambiarla a fin de ayudar a las personas”, dijo Forger, profesor asociado de matemátias y miembro del Centro para Medicina Computacional y Bioinformática de la UM.
El principal cronómetro del cuerpo reside en una región central del cerebro llamada núcleo supraquiasmático, o NSQ (SCN por su sigla en inglés). Durante décadas los investigadores han creído que es el ritmo con el cual las células del NSQ emiten pulsos eléctricos –más rápido durante el día y más lento en la noche—lo que controla el mantenimiento del tiempo en todo el cuerpo.
Imagínese un metrónomo en el cerebro que pulsa rápidamente durante el día, y luego baja el ritmo durante la noche. El resto del cuerpo escucha el tic tac y ajusta sus ritmos cotidianos, conocidos como ritmos circadianos, de manera acorde.
Ésa es la idea que ha prevalecido durante más de dos décadas.
Pero las nuevas evidencias compiladas por Forger y sus colegas muestran que el viejo modelo está “completamente equivocado”, dijo.
El verdadero mecanismo de las señales es muy diferente: La señal de ritmo enviada desde el NSQ está codificada en una compleja pauta de disparos a la cual hasta ahora no se había prestado atención, según Forger.
“Hemos develado el código del día circadiano y esa información podría tener un impacto tremendo en todo tipo de enfermedades afectadas por el reloj”, agregó.
Forger y el estudiante de grado de la UM, Casey Diekman, junto con colegas en la Universidad de Manchester, en Inglaterra, dan cuenta de sus descubrimientos en la edición del 9 de octubre de la revista Science.
El equipo británico recolectó datos sobre las pautas de disparos de más de 400 células de NSQ de ratón. Forger y Diekmann conectaron los datos experimentales con un modelo matemático que ayudó a probar y verifi car la nueva teoría.
Aunque el trabajo experimental se hizo con ratones, Forger dijo que es probable que el mismo mecanismo opere en los humanos.
En los mamíferos el NSQ contiene tanto células de reloj (que expresan un gen llamado per1) como células que no componen el reloj. Durante años los investigadores de la biología circaciana han registrado las señales eléctricas de una mezcla de los dos tipos de células. Esto ha llevado a una imagen equivocada del funcionamiento interno del reloj.
Pero los colegras británicos de Forger fueron capaces de separar las células de reloj de las que no componen el reloj enfocándose en las que expresaban el gen per1. Luego registraron solamente las señales eléctricas producidas por las células de reloj. La pauta que emergió corresponde a las predicciones hechas por el modelo de Forger, lo cual dio un sustento a la audaz teoría nueva.
“Éste es, realmente, un ejemplo claro de un modelo que lleva a una predicción que contradice completamente lo que los biólogos dicen, y que al final resulta estar claramente en lo cierto”, señaló Forger.
“Aquí tenemos un caso sólido y será muy difícil que alguien pueda argumentar en contra”.
Los investigadores encontraron que durante el día las células de NSQ que contienen el gen pr1 mantienen un estado de excitación eléctrica pero no hacen descargas. Hacen disparos o descargas por un período breve al atardecer, luego se mantienen calmas durante la noche antes de otro período de actividad alrededor del amanecer.
Esta pauta de descargas es la señal, o código, que el cerebro envía al reso del cuerpo para que mantenga el tiempo.
“La vieja teoría era que las células en el NSQ que contienen el reloj hacen disparos rápidos durante el día pero bajan el ritmo en la noche. Ahora hemos demostrado que las células que realmente contienen el mecanismo del reloj están en calma durante el día, cuando todos pensaban que estarían haciendo descargas rápidas”, dijo Diekmann.
Diekmann es un estudiante de doctorado en el Departamento de Ingeniería Industrial y de Operaciones, un investigador en el Centro para Medicina Computacional y Bioinformática de la UM, y miembro investigador de la Fundación Nacional de Ciencas. Forger es un investigador en la Oficina de Investigación Científica de la Fuerza Aérea. El estudio recibió financiación de una donación del Consejo de Invesgtigación de Biotecnología y Ciencias Biológicas.
