La serotonina es una molécula multipropósito que se encuentra en todo el cerebro, desempeñando un papel en la memoria, la cognición y los sentimientos de felicidad y otras emociones. En particular, los investigadores han debatido durante mucho tiempo el papel de la serotonina en el sueño: ¿la serotonina promueve el sueño, o su opuesto, la vigilia??
Ahora, los científicos de Caltech han descubierto que la serotonina es necesaria para dormir en modelos de pez cebra y ratón.
Un artículo que describe la investigación aparece en línea el 24 de junio en la revista neurona . El trabajo es una colaboración entre los laboratorios Caltech de David Prober, profesor de biología y miembro de la facultad afiliado del Instituto Tianqiao y Chrissy Chen de Neurociencia en Caltech; y Viviana Gradinaru BS '05, profesora de neurociencia e ingeniería biológica, Investigador del Instituto de Investigación Médica de Heritage y director del Centro de Neurociencia Molecular y Celular del Instituto Chen.
Estudios previos sobre la serotonina y el sueño han arrojado resultados contradictorios. Algunas investigaciones mostraron que la serotonina promueve el sueño, pero otro trabajo mostró que las neuronas productoras de serotonina eran más activas y liberaban el químico durante la vigilia.
Para resolver este debate, el equipo de Caltech se centró en una región llamada núcleos de rafe, que tiene la principal población del cerebro de neuronas productoras de serotonina o serotoninérgicas. El rafe son estructuras evolutivamente antiguas que se encuentran en el tronco encefálico de unamplia gama de organismos, desde peces hasta humanos, y son responsables de fabricar y enviar serotonina a otras regiones del cerebro.
Dirigido por el investigador postdoctoral senior Grigorios Oikonomou del laboratorio Prober, la investigación comenzó a usar pez cebra, un pez pequeño y transparente que se usa ampliamente como modelo para estudiar el sueño. Al igual que los humanos, las larvas de pez cebra son diurnas, lo que significa que su sueño ocurre principalmente ennoche.
Primero, los investigadores mutaron genéticamente el pez cebra para que su rafe no produjera serotonina. Estos peces mutantes, descubrió el equipo, dormían aproximadamente la mitad que los peces normales. En otro experimento, los investigadores eliminaron el rafe por completo, y estos peces tambiéndormí mucho menos de lo habitual
"Esto sugiere que la serotonina producida por el rafe es necesaria para que los peces duerman cantidades normales", dice Oikonomou.
En un tercer conjunto de experimentos, el pez cebra se modificó genéticamente para que su rafe pudiera ser activado por la luz. Al encender una luz sobre estos peces, se durmió, lo que implica que la activación del rafe induce el sueño. Este efecto requiere serotonina, porque la activaciónEl rafe en los peces que no sintetizan serotonina no tuvo ningún efecto sobre el sueño.
El equipo del laboratorio Prober luego colaboró con científicos en el laboratorio Gradinaru para continuar los estudios de serotonina en ratones. Dirigido por el estudiante graduado Michael Altermatt, el equipo examinó las neuronas serotoninérgicas en el rafe del ratón y confirmó que en realidad son principalmente activos mientraslos animales están despiertos y menos activos durante el sueño, de acuerdo con estudios previos.
Como lo hizo el laboratorio de Prober en el pez cebra, el equipo del laboratorio de Gradinaru eliminó genéticamente las neuronas serotoninérgicas en el rafe del ratón y descubrió que los ratones dormían menos de lo habitual. Estimular estas neuronas con luz también los dormía, pero solo cuando se administraba la luza frecuencias que son consistentes con el patrón de actividad basal natural de estas neuronas durante la vigilia.
"Hay una paradoja obvia aquí: estimular las neuronas hace que los animales duerman y, sin embargo, las neuronas normalmente están activas durante el día", dice Altermatt.
Oikonomou explica: "Hay dos factores principales que controlan el sueño. Uno es el reloj circadiano: cuando está claro durante el día, el cuerpo está despierto, y cuando oscurece, el cuerpo sabe dormir. El otro factorse llama presión de sueño homeostática. Cuando te levantas por la mañana, acabas de descansar y estás enérgico. A medida que avanza el día, te cansas y tienes sueño, por lo que hay una acumulación de presión para dormir. Sino duermes esa noche, tu presión para dormir es aún más alta, y estás aún más cansado al día siguiente a pesar de que hace luz afuera, y tu reloj circadiano dicta que debes estar despierto ".
"La teoría es que, para dormir, debes tener una alta presión de sueño y el reloj circadiano debe estar alineado con la hora del día - noche para criaturas diurnas como nosotros y durante el día para animales nocturnos".
Los investigadores teorizan que el disparo de neuronas en el rafe y su liberación de serotonina es una forma para que el cerebro acumule presión del sueño. De hecho, descubrieron que el pez cebra que carece de serotonina, así como los ratones con rafe ablacionado, muestran una presión reducida del sueño.
Si bien los estudios se realizaron en modelos animales, la región del rafe y su producción de serotonina son similares en los cerebros humanos. La investigación puede contribuir a explicar algunos efectos secundarios relacionados con el sueño de los fármacos antidepresivos comunes que aumentan los niveles de serotonina en el cerebro.
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Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de California . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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