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Agencia CyTA-Instituto Leloir. Por Florencia Mangiapane

El tic tac del cerebro

Investigadores del Instituto Leloir descubrieron cómo actúa un gen que controla los ciclos de actividad y descanso de la mosca de la fruta, insecto que se toma como modelo para estudiar el “reloj biológico” del hombre y otros mamíferos. Comprobaron que el gen es clave para que se conecten entre sí las neuronas que componen este mecanismo dentro del cerebro y se pueda transmitir adecuadamente la información al resto del cuerpo.
Todos los organismos contamos con un “reloj biológico” con el que respondemos a los cambios del ambiente. Se sabe que es un mecanismo que está asentado en el cerebro, donde varios grupos de neuronas trabajan de manera sincronizada para procesar la información externa.

Ahora, el equipo de Genética del Comportamiento del Instituto Leloir encabezado por la doctora María Fernanda Ceriani descubrió que un gen de la mosca de la fruta cumple un papel fundamental en la sincronización de los distintos relojes que componen ese mecanismo en el cerebro del insecto, que se toma como modelo para estudiar el reloj biológico del ser humano y de otros mamíferos. El hallazgo acaba de ser publicado en la reconocida revista estadounidense Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Gracias al reloj biológico captamos las claves del ambiente, como la presencia de luz o el momento del año en que nos encontramos. Los seres humanos, los animales y los insectos que vivimos sobre la Tierra ponemos en marcha –a distinta escala, según el caso- un circuito cerebral integrado por neuronas que reciben la información del medio, la interpretan y la distribuyen por todo el organismo, regulando procesos fisiológicos y comportamientos a intervalos regulares. Estos intervalos pueden ser de minutos (como el ritmo cardíaco), horas (ciclos de vigilia y sueño) o días (como los ciclos menstruales o la hibernación).

La cronobiología se dedica desde hace más de cuarenta años a estudiar sistemáticamente este tipo de fenómenos. Como disciplina, se ocupa de todos los comportamientos regulados por el reloj biológico, aunque presta especial atención a aquellos que ocurren con una periodicidad cercana a las 24 horas, los denominados “ritmos circadianos” (del latín, circa: cerca, y diem: día).

Desde su creación en 2002, el laboratorio de Genética del Comportamiento de la Fundación Instituto Leloir viene desarrollando una línea de trabajo orientada a avanzar en el conocimiento de estos ritmos.

“Hablamos de ritmos circadianos o ‘cercanos’ a 24 horas porque el reloj biológico, en este caso reloj circadiano, es capaz de generar oscilaciones con esa periodicidad. Pero en realidad es la interacción entre el mecanismo que todos llevamos adentro y el ambiente lo que finalmente garantiza la exactitud de reloj suizo que nuestro cuerpo tiene”, explica María Fernanda Ceriani, directora del laboratorio.

Ceriani y su equipo estudian cómo las distintas neuronas que componen el reloj circadiano pueden percibir la información del ambiente y generar oscilaciones que luego repercuten en la actividad locomotora de los organismos. Se trata de un circuito complejo, porque de hecho no hay un solo reloj sino varios: uno central, integrado por neuronas que llevan la batuta del ritmo, y otros periféricos, compuestos por neuronas que reciben esa información y la transmiten a los centros motores del organismo para inducir determinados comportamientos.

El tic tac de los genes

Al igual que otros investigadores que estudian ritmos circadianos en el resto del mundo, Ceriani trabaja con Drosophila, la mosca de la fruta. Es un insecto que se toma como sistema modelo porque permite entender la actividad de ciertos genes que controlan el reloj biológico en organismos más complejos, como el hombre. De hecho, nueve de los diez genes del reloj biológico identificados primero en la mosca de la fruta fueron luego hallados en mamíferos, la mayoría replicados dos o tres veces.

En 2001, a poco de terminar su estancia posdoctoral en el Scripps Research Institute de California, Ceriani descubrió que un gen particular de Drosophila, bautizado “SLO”, influía en los ciclos de actividad y descanso del insecto. En ese momento, la investigadora observó que las moscas privadas de ese gen (mutantes) tenían un comportamiento arrítmico.

La denominación del gen –un canal de potasio que se activa con voltaje y calcio- es la abreviatura del término inglés slowpoke, con el que se designa a quien se mueve “en cámara lenta”. Las larvas de Drosophila que nacen sin el gen SLO se caracterizan justamente por su excesiva parsimonia.

Ahora, y tras una serie de experimentos realizados en la Argentina en el laboratorio de Genética del Comportamiento, Ceriani y su tesista de doctorado María de la Paz Fernández lograron desentrañar cómo actúa SLO.

“Lo que María de la Paz descubrió al hacer los experimentos es que en realidad el gen no afecta la función del reloj central del cerebro de la mosca, sino la coordinación entre este reloj y la vía que utiliza para sincronizarse con otros relojes secundarios del cerebro. Es probable que esta alteración en el circuito neuronal que lleva la información sea lo que redunde en el comportamiento arrítmico que verificamos en los mutantes”, explicó Ceriani.

La especialista argentina llevó adelante sus investigaciones de laboratorio con el apoyo de instituciones estadounidenses como PEW Charitable Trust, National Institutes of Health y Howard Hughes Medical Institute, que se complementaron con aportes locales de la Fundación Antorchas, el Ministerio de Salud de la Nación y el CONICET.

Cuestión de escala

Para evaluar el comportamiento de Drosophila, las investigadoras colocaron moscas salvajes y mutantes en pequeños tubos de vidrio ubicados en equipos donde se cuentan las veces que la mosca se mueve para buscar alimento o irse a dormir. Los equipos están conectados a una PC que procesa los datos y emite un registro de la actividad diaria del insecto a lo largo del período de estudio.

Los científicos son conscientes de que el cerebro de Drosophila es mucho más simple que el de un roedor e infinitamente menos complejo que el humano. Se sabe que el reloj biológico de los ratones (que se asienta en el hipotálamo) está compuesto por núcleos que contienen unas 10.000 neuronas, separadas en distintas regiones funcionales. En la mosca, en cambio, se trabaja con un total de 200 neuronas.

“Eso hace difícil predecir cómo se va a traducir este hallazgo en mamíferos. Sin embargo, creemos que los avances en el conocimiento del sistema modelo son útiles para entender lo que sucede en organismos más complejos, a pesar de que los resultados no puedan traducirse de manera inmediata”, señala Ceriani.

“De hecho –agrega-, como consecuencia de nuestro trabajo previo, otros investigadores descubrieron que los ratones privados de la función de SLO muestran también defectos en los ciclos de sueño y vigilia”.

En los últimos años se ha comprobado que la actividad locomotora rítmica de Drosophila presenta puntos en común con los ciclos de sueño y vigilia del hombre. Si bien la mosca no duerme un período consolidado de ocho horas como el ser humano, tiene momentos de actividad y momentos de descanso. Es capaz de responder a estimulantes y somníferos, y necesita compensar con más horas de sueño el tiempo extra que permanece despierta. También se sabe que si se la deja demasiado tiempo sin dormir termina muriéndose.

Los genes del reloj no sólo se encargan de avisarle al insecto cuándo es hora de levantarse y cuándo debe irse a dormir; también coordinan en toda la población el momento del día más adecuado para la eclosión (instante en que las moscas despliegan las alas y se transforman en adultas), así como otros comportamientos más complejos, pero menos estudiados, como la puesta de huevos, las respuestas a olores y la receptividad a las drogas.

Como puntualizan los especialistas, existe toda una serie de actividades humanas que estarían asimismo regidas por los genes del reloj. La hora de comer o de ir al baño, el mejor momento del día para aprender cosas nuevas y hasta el momento en que una mujer “rompe bolsa” parecen responder ceremoniosamente al tic tac del cerebro.

“Hay muchísimos aspectos de la fisiología natural del ser humano que están controlados de una u otra manera por el reloj. Lo que pasa es que no se estudian tanto en la mosca porque la mayor parte de los genes que intervienen en estos procesos afectan también otras funciones. En cambio, los ciclos de sueño y vigilia responden directamente a los genes del reloj”, concluye Ceriani.

AGENCIA DE NOTICIAS CIENTÍFICAS Y TECNOLÓGICAS ARGENTINA (Agencia CyTA-Instituto Leloir)
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