Los científicos de UT Southwestern han desarrollado un ratón y un sistema de imágenes diseñados genéticamente que les permite visualizar las fluctuaciones en los relojes circadianos de los tipos de células en ratones. El método, descrito en línea en la revista neurona , brinda una nueva perspectiva sobre qué células cerebrales son importantes para mantener el reloj circadiano maestro del cuerpo. Pero dicen que el enfoque también será ampliamente útil para responder preguntas sobre los ritmos diarios de las células en todo el cuerpo.
"Este es un recurso técnico realmente importante para avanzar en el estudio de los ritmos circadianos", dice el líder del estudio Joseph Takahashi, Ph.D., presidente del departamento de neurociencia de UT Southwestern Medical Center, miembro de Peter O 'de UT SouthwesternDonnell Jr. Brain Institute e investigador del Instituto Médico Howard Hughes HHMI. "Puede utilizar estos ratones para muchas aplicaciones diferentes".
Casi todas las células de los seres humanos, y de los ratones, tienen un reloj circadiano interno que fluctúa en un ciclo de aproximadamente 24 horas. Estas células ayudan a dictar no solo los ciclos de hambre y sueño, sino también funciones biológicas como la inmunidad y el metabolismo. Defectos enel reloj circadiano se ha relacionado con enfermedades como el cáncer, la diabetes y el Alzheimer, así como con los trastornos del sueño. Los científicos saben desde hace mucho tiempo que una pequeña parte del cerebro, llamada núcleo supraquiasmático SCN, integra información de los ojos sobreciclos de luz y oscuridad ambientales con el reloj maestro del cuerpo. A su vez, el SCN ayuda a mantener el resto de las células del cuerpo sincronizadas entre sí.
"Lo que hace que el SCN sea un tipo de reloj muy especial es que es robusto y flexible", dice Takahashi. "Es un marcapasos muy potente que no pierde la noción del tiempo, pero que al mismo tiempo puede cambiar para adaptarse aestaciones, cambios en la duración de los días o viajes entre zonas horarias ".
Para estudiar el reloj circadiano tanto en el SCN como en el resto del cuerpo, el grupo de investigación de Takahashi desarrolló previamente un ratón que tenía una versión bioluminiscente de PER2, una de las proteínas circadianas clave cuyos niveles fluctúan en el transcurso de un día.Al observar cómo los niveles de bioluminiscencia aumentan y disminuyen, los investigadores pudieron ver cómo el PER2 circulaba por los cuerpos de los animales durante el día. Pero la proteína está presente en casi todas las partes del cuerpo, lo que a veces dificulta distinguir la diferencia en los ciclos circadianos entrediferentes tipos de células mezcladas en el mismo tejido.
"Si observa un corte de cerebro, por ejemplo, casi todas las células tienen una señal PER2, por lo que realmente no puede distinguir de dónde proviene una señal PER2 en particular", dice Takahashi.
En el nuevo trabajo, los científicos superaron este problema recurriendo a un nuevo sistema de bioluminiscencia que cambiaba de color, de rojo a verde, solo en las células que expresaban un gen particular conocido como Cre. Luego, los investigadores pudieron diseñar ratones para queque Cre, que no se encuentra naturalmente en las células de ratón, solo estaba presente en un tipo de célula a la vez.
Para probar la utilidad del enfoque, Takahashi y sus colegas estudiaron dos tipos de células que componen el SCN del cerebro: las células de arginina vasopresina AVP y del polipéptido intestinal vasoactivo VIP. En el pasado, los científicos han planteado la hipótesis de que VIPlas neuronas tienen la clave para mantener sincronizado el resto del SCN.
Cuando el equipo de investigación examinó las neuronas VIP, que expresan Cre solo en esas células, de modo que PER2 se iluminó en verde en las células VIP, mientras que en rojo en otras partes, encontraron que la eliminación de genes circadianos de las neuronas tenía poco efecto general sobre los ritmos circadianos.de las neuronas VIP, o el resto del SCN. "Incluso cuando las neuronas VIP ya no tenían un reloj en funcionamiento, el resto del SCN se comportaba esencialmente igual", explica Yongli Shan, Ph.D., científico investigador de UTSW y líderautor del estudio. Las células cercanas pudieron enviar señales a las neuronas VIP para mantenerlas sincronizadas con el resto del SCN, dice.
Sin embargo, cuando repitieron el mismo experimento en neuronas AVP, eliminando genes clave del reloj, no solo las neuronas AVP mostraron ritmos interrumpidos, sino que todo el SCN dejó de ciclar sincrónicamente en su ritmo habitual de 24 horas.
"Lo que esto nos mostró fue que el reloj en las neuronas AVP es realmente esencial para la sincronía de toda la red SCN", dice Shan. "Ese es un resultado sorprendente y algo contradictorio, por lo que esperamos que lleve a más trabajo en las neuronas AVPavanzando."
Takahashi dice que otros investigadores que estudian los ritmos circadianos ya han solicitado la línea de ratón de su laboratorio para estudiar los ciclos diarios de otras células. Los ratones podrían permitir a los científicos perfeccionar las diferencias en los ritmos circadianos entre los tipos de células dentro de un solo órgano,o cómo las células tumorales tienen un ciclo diferente al de las células sanas, dice.
"En todo tipo de tejidos complejos o enfermos, esto puede permitirle ver qué células tienen ritmos y cómo pueden ser similares o diferentes de los ritmos de otros tipos de células".
Esta investigación fue apoyada por fondos del HHMI, los Institutos Nacionales de Salud R01 NS106657, R01 GM114424, T32-HLO9701, F32-AG064886 y The Welch Foundation AU-1971-20180324.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por UT Southwestern Medical Center . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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