Una nueva investigación arroja luz sobre cómo los ritmos de la vida diaria están codificados en el cerebro. Los científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis han descubierto que diferentes grupos de neuronas, los encargados de mantener el tiempo, se activan en diferentes momentos del tiempo.día a pesar de estar en el mismo reloj molecular.
Los hallazgos se publican el 26 de febrero en ciencia .
La vida en la Tierra sigue la salida y la puesta del sol. Se han encontrado ciclos diarios en animales, plantas, hongos e incluso bacterias. Para los humanos, dormir y despertar, así como los niveles hormonales, la temperatura corporal y el rendimiento cognitivo, siga un diariociclo.
"La influencia de nuestros ritmos circadianos puede ser sustancial, por ejemplo, algunos de nosotros somos noctámbulos y otros somos alondras matutinas", dijo el investigador principal Paul Taghert, PhD, profesor de neurociencia. "Es importante entender cómo es tan fundamentalla información de tiempo se traduce en señales neuronales reales en el cerebro que controlan los ritmos diarios, incluido el comportamiento rítmico ".
El control biológico para estos ciclos diarios se conoce como el reloj circadiano. En los animales, un reloj circadiano maestro en el cerebro ayuda a coordinar la mayoría de estos ritmos corporales, incluido el ciclo sueño-vigilia.
La base bioquímica del reloj circadiano se ha conservado a través de la evolución. Implica una pequeña cantidad de "proteínas del reloj" cuyos niveles suben y bajan de manera controlada una vez al día.
Pero los científicos se han preguntado durante mucho tiempo cómo algunos comportamientos controlados por los circadianos y los cambios fisiológicos que ocurren dos o más veces al día corresponden al aumento y la caída de las proteínas del reloj una vez al día. La mosca de la fruta Drosophila, por ejemplo, es conductualmente activa dos vecesun día, en la mañana y en la tarde.
Taghert, junto con el estudiante de posgrado Xitong Liang y Timothy Holy, profesor asociado de neurociencia, preguntaron cómo un pico bioquímico en las proteínas del reloj podría conducir a dos picos de actividad distintos en diferentes momentos del día. Se preguntaron si el circuito de cronometraje neuronalproduce una sola señal diaria o genera múltiples señales a lo largo del día.
Para responder a esa pregunta, Liang realizó escáneres cerebrales completos de moscas de la fruta vivas cada 10 minutos durante 24 horas. Las moscas de la fruta son ampliamente utilizadas en la investigación circadiana porque el reloj en el pequeño cerebro de cada mosca está representado por solo 150 cronometrados o algo así-denominadas neuronas marcapasos, lo que hace que sea mucho más fácil diseccionar que el reloj en animales más grandes. Incluso en ratones, por ejemplo, el sistema circadiano involucra aproximadamente 20,000 neuronas marcapasos en una parte del cerebro llamada núcleo supraquiasmático.
Los experimentos midieron los niveles de calcio dentro de las células marcapasos para evaluar las actividades de las células: los niveles más altos de calcio indican niveles más altos de activación neuronal. Inesperadamente, cada grupo de marcapasos mostró una fase distinta de actividad. Estos patrones de actividad eran sensibles a las señales ambientales, tales comocomo la duración del día, y también para el reloj circadiano. Los investigadores encontraron que un grupo específico de neuronas marcapasos estaba activo unas cuatro horas antes del pico de actividad de la mosca en la mañana, y otro grupo específico estaba activo unas cuatro horas antes de la actividad nocturna de la mosca.
"Esencialmente, los grupos de neuronas deciden tomar diferentes partes del reloj", explicó Holy. "Un grupo dice: 'Estaremos activos por la mañana, para hacer que la mosca esté activa a esa hora del día' y este otroEl grupo de neuronas dice: 'A pesar de que nuestro reloj molecular está alcanzando su punto máximo aquí en la mañana, vamos a esperar para estar más activos hasta más tarde en el día' ".
Al estudiar los genes de las moscas de la fruta mutantes, el equipo de investigación identificó una señal química llamada factor de dispersión de pigmento PDF. Este neuropéptido es secretado por los marcapasos de la mañana para ayudar a diversificar el tiempo de los marcapasos que controlan los comportamientos en otros momentos del día.
"El PDF es secretado por las células que son más activas al amanecer", dijo Liang. "En las moscas con una mutación en el receptor de PDF, encontramos que otros dos grupos de neuronas normalmente activas en otros momentos del día se vuelven activos enamanecer ". La actividad de las neuronas marcapasos se vuelve más sincrónica en las moscas mutantes, y el patrón regular de actividad de la mosca de la mañana a la tarde se desvanece, dijo el investigador.
Anteriormente, los científicos habían pensado que la actividad celular estaba estrechamente unida a los niveles máximos de las moléculas del reloj.
"La idea era, a medida que pasa el reloj, así va la actividad", dijo Taghert. "Pero aquí, estamos sugiriendo que puede haber una desconexión en algunas celdas, y la razón de esa desconexión es espaciar el espacioseñales de temporización
"Nunca hubiéramos podido medir esta actividad hace 10 años", dijo. Hasta hace unos años, no habría sido posible monitorear la actividad de grupos de neuronas en un animal vivo en partes distantes del país.cerebro durante largos períodos de tiempo.
"Una de las nuevas herramientas importantes en neurociencia es la capacidad de medir la actividad cerebral con luz", explicó Holy. "Sin embargo, demasiada luz puede ser dañina para las células cerebrales, especialmente si estás tomando imágenes por mucho tiempo. AHace unos años, mi laboratorio desarrolló un microscopio que puede iluminar el cerebro con mucha suavidad, pero aún así obtener imágenes de muy alta calidad de lo que está sucediendo con el tiempo. El truco es iluminar solo la parte del cerebro que está enfocada para evitardañando cualquier parte que no estés mirando. Después de tomar una fotografía, mueves el microscopio y tomas otra fotografía de una parte diferente del cerebro. Al hacerlo muy rápidamente, puedes cubrir todo el cerebro de la mosca en un segundo oMenos."
"Este es en gran medida un ejemplo de técnicas que le permiten responder preguntas que antes no se podían responder", agregó Taghert.
Debido a que muchos principios del cronometraje circadiano se conservan en especies distantes, este mecanismo neuronal descubierto en Drosophila también puede indicar un principio general de reloj. Naturalmente, el tiempo lo dirá.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de medicina de la Universidad de Washington . Original escrito por Tamara Bhandari. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :