Científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins y de los Institutos Nacionales de Salud han identificado una proteína en el sistema visual de ratones que parece ser fundamental para estabilizar los ritmos circadianos del organismo amortiguando la respuesta del cerebro a la luz. El descubrimiento, publicado en la revista PLoS Biology, podría ayudar a tratar mejor los trastornos del sueño y el desfase horario. El estudio fue dirigido por el Dr. Alex Kolodkin, catedrático del Departamento de Neurociencia de la Universidad Johns Hopkins, junto con el Dr. Samer Hattar, jefe de la División de Luz y Ritmos Circadianos del Instituto Nacional de Salud Mental.
Las alteraciones del ritmo circadiano pueden provocar enfermedades
Los científicos saben desde hace tiempo que la mayoría de los seres vivos tienen un reloj circadiano, una serie de ritmos biológicos que funcionan en un ciclo de 24 horas e influyen en la vigilia, la somnolencia, el apetito y la temperatura corporal, entre otras cosas. La alteración de este sistema -por ejemplo, a través del trabajo por turnos o los viajes de larga distancia a través de múltiples zonas horarias y luminosas en los seres humanos- puede tener graves consecuencias. Estudios anteriores han relacionado la alteración persistente del ritmo circadiano con un mayor riesgo de cáncer, depresión y otros problemas médicos. El sistema circadiano se «entrena» esencialmente mediante la exposición a la luz. Aunque los investigadores han avanzado mucho en las últimas décadas en la descripción de los mecanismos responsables de los ritmos circadianos, aún no está claro cómo se sintoniza el cerebro con ellos.
Para saber más, los científicos buscaron en una base de datos moléculas biológicas presentes durante el desarrollo en el centro de control del ritmo circadiano del cerebro del ratón: el núcleo supraquiasmático (NSC). Situado en las profundidades del hipotálamo, tanto en el cerebro del ratón como en el humano, el SCN está cerca de las áreas que controlan la visión y establece conexiones con las células cerebrales que conducen a la retina, la parte del ojo sensible a la luz.
Cómo una proteína específica mantiene estables los ritmos circadianos
El equipo de investigadores identificó rápidamente una proteína de la superficie celular llamada teneurina-3 (Tenm3), que pertenece a una familia más amplia de proteínas que desempeñan un papel clave en la construcción de los circuitos del sistema visual y, de forma más general, en otros circuitos del sistema nervioso central. Cuando los investigadores modificaron genéticamente ratones para impedir la producción de Tenm3, los animales desarrollaron menos conexiones entre la retina y el SCN en comparación con los animales con Tenm3 intacta. Sin embargo, los ratones que carecían de Tenm3 desarrollaron muchas más conexiones entre las células del núcleo y de la envoltura del SCN, donde suele localizarse Tenm3.
Para averiguar hasta qué punto Tenm3 estabiliza el ritmo circadiano o lo altera con un poco de luz, los científicos desarrollaron una serie de experimentos. En primer lugar, entrenaron a ratones que carecían de Tenm3 a un ciclo de luz-oscuridad de 12 horas y luego adelantaron el periodo de oscuridad seis horas. Los ratones con Tenm3 intacto tardaron unos cuatro días en adaptar su ritmo circadiano al cambio, medido por patrones de actividad indicativos de ciclos de sueño normales. Los animales sin Tenm3, en cambio, se adaptaron mucho más rápido, en aproximadamente la mitad de tiempo.
Cuando los investigadores realizaron un experimento similar en el que la luz era el doble de tenue que en la prueba anterior, los ratones con Tenm3 tardaron unos ocho días en ajustar su ciclo circadiano, mientras que los ratones sin Tenm3 sólo tardaron unos cuatro días. Incluso un pulso de 15 minutos de luz tenue desencadenó la producción de una sustancia química en el cerebro que sirve de indicador de la exposición a la luz en los ratones sin Tenm3 -pero no en los ratones con la proteína Tenm3 normal-, lo que sugiere una mayor sensibilidad a los estímulos luminosos necesarios para ajustar o reajustar el reloj circadiano.
Según los autores, estos resultados sugieren que Tenm3 ayuda a cablear el cerebro para mantener ritmos circadianos estables incluso cuando la exposición a la luz es variable. Si los ritmos circadianos se adaptaran a cada cambio rápido en las condiciones de luz, como un eclipse o un día muy oscuro y lluvioso, no serían muy eficaces para regular comportamientos periódicos como el sueño y el hambre. La proteína identificada por los expertos ayuda a cablear el cerebro durante el desarrollo neuronal para que pueda responder de forma estable día a día a los retos del ritmo circadiano, y a medida que los investigadores aprendan más sobre este sistema y el papel de Tenm3, podrán diagnosticar y tratar los trastornos que causan el insomnio y otros trastornos del sueño en las personas, o posiblemente desarrollar tratamientos para el jet lag.
