Un gen llamado Npas4 , que ya se sabe que juega un papel clave en el equilibrio de las entradas excitadoras e inhibidoras en las células cerebrales, parece ser también un cronometrador maestro del reloj circadiano del cerebro, sugiere una nueva investigación dirigida por científicos de UT Southwestern. El hallazgo, publicado hoy en línea en neurona , amplía la comprensión de los mecanismos moleculares del reloj circadiano, lo que eventualmente podría conducir a nuevos tratamientos para manejar desafíos como el desfase horario, el trabajo por turnos y los trastornos del sueño.
"Para restablecer el reloj circadiano, en última instancia, es necesario restablecer sus engranajes moleculares", dijo el líder del estudio Joseph S. Takahashi, Ph.D., profesor y presidente de neurociencia en UTSW e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. "Este estudiosugiere que Npas4 podría ser uno de los componentes más importantes para restablecer el reloj a la luz ".
Durante décadas, los investigadores han sabido que una región del cerebro llamada núcleo supraquiasmático SCN es responsable de controlar los ritmos circadianos, los diversos ciclos de actividad que normalmente se ejecutan en una base de 24 horas. Estos ritmos son arrastrados por la luz, dijo el Dr.Takahashi explicó; las células del SCN responden a las señales transmitidas por la retina, el tejido sensible a la luz del ojo. Sin embargo, la base molecular de este fenómeno no se comprende bien.
Para comprender mejor cómo el SCN establece los ritmos circadianos, los investigadores utilizaron una técnica llamada secuenciación de un solo núcleo para observar la actividad genética en células individuales en ratones después de que los animales fueron expuestos a la luz. El Dr. Takahashi y sus colegas encontraron que tres diferentessubpoblaciones de neuronas SCN responden a la estimulación de la luz. Un hilo común que une estos subtipos fue el aumento de la actividad en los genes que responden a la proteína del dominio PAS neuronal 4 NPAS4, la proteína producida por Npas4 gen.
Cuando el Dr. Takahashi y sus colegas expusieron ratones diseñados para carecer Npas4 a la luz, amortiguó la respuesta de cientos de genes del reloj circadiano. Además, el período circadiano del animal se alargó aproximadamente una hora más, a casi 25 horas en lugar de las 24 normales. En conjunto, estos resultados sugieren que Npas4 es un regulador maestro de muchos genes inducidos por la luz, una pieza clave en el rompecabezas de cómo funciona el sistema circadiano, dijo el Dr. Takahashi.
Cuanto más aprendan los investigadores sobre los fundamentos moleculares del reloj circadiano, agregó el Dr. Takahashi, más podrán manipularlo para mejorar la salud y el bienestar, por ejemplo, para aliviar el desfase horario o ayudar a los trabajadores por turnos a quedarsedespierto o dormido para que coincida con sus ciclos de trabajo. También podría conducir a nuevos tratamientos para trastornos caracterizados por ciclos anormales de sueño / vigilia.
Otros investigadores que contribuyeron a esta investigación incluyen a Pin Xu, Stefano Berto, Ashwinikumar Kulkarni, Byeongha Jeong, Chryshanthi Joseph, Kimberly H. Cox, Tae-Kyung Kim, todos de UT Southwestern; y Michael E. Greenberg de la Escuela de Medicina de Harvard.
El Dr. Takahashi tiene la Cátedra Distinguida Loyd B. Sands en Neurociencia en UTSW. Este trabajo fue una colaboración con el laboratorio de Genevieve Konopka, Ph.D., Profesora Asociada de Neurociencia, Jon Heighten Scholar en Autism Research y Directordel UTSW Neurogenomics Core. Los doctores Takahashi y Konopka son miembros del Instituto del Cerebro Peter O'Donnell Jr. El Dr. Kim, un académico distinguido en neurociencia, también es miembro del Instituto del Cerebro O'Donnell.
Esta investigación fue apoyada por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud NS106657, DC014702, MH102603, NS028829, el Instituto Médico Howard Hughes, la Iniciativa Científica del Siglo XXI de la Fundación James S. McDonnell para Entender la Cognición Humana - Premio Académico 220020467 y la Iniciativa Chan Zuckerberg, un fondo asesorado de Silicon Valley Community Foundation HCA-A-1704-01747.
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Materiales proporcionado por UT Southwestern Medical Center . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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