Todo organismo vivo expuesto a la luz solar posee un reloj interno que funciona aproximadamente las 24 horas del día. Los ciclos diurno y nocturno influyen en todas las células de nuestro cuerpo. Gobernados por una región del hipotálamo denominada núcleo supraquiasmático (NSC), los ritmos circadianos modulan la función celular y controlan procesos corporales como los patrones de sueño-vigilia, el hambre, el metabolismo y los niveles hormonales. Nuestro cerebro está programado para responder a la subida y bajada del sol.

Los mecanismos del ritmo circadiano son muy complejos y su funcionamiento interno sigue siendo un misterio para los expertos. Muchos científicos creen que, con el paso del tiempo, las células madre pierden esencialmente su ritmo circadiano, dejando de diferenciar entre el ciclo del día y el de la noche, y que esto es lo que causa el envejecimiento. Sin embargo, gracias a las investigaciones en curso sobre el ritmo circadiano de las células madre y el envejecimiento, ahora sabemos que esto no es cierto.

Según dos estudios realizados por científicos de la Universidad Pompeu Fabra y del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona) en España, así como de la Universidad de California Irvine, incluso con la edad, los ritmos circadianos de las células madre permanecen activos, pero sus funciones se reprograman.

Los ritmos circadianos, antes relacionados con el envejecimiento y el bienestar

Sabemos que cuando nuestros ritmos biológicos se alteran, aparecen problemas de salud. Las alteraciones de nuestros ciclos circadianos pueden provocar problemas de salud como depresión, obesidad, disminución de la respuesta inmunitaria y trastornos metabólicos. Por ejemplo, los trabajadores nocturnos son más propensos al cáncer y la diabetes.

Un equipo de investigadores del laboratorio de Leonard Guarente, catedrático Novartis de Biología en el MIT, ha estudiado la relación entre los ciclos circadianos y la salud. Según Guarente, «casi todo lo que ocurre fisiológicamente se desarrolla a lo largo del ciclo circadiano. Lo que está surgiendo ahora es la idea de que mantener el ciclo circadiano es muy importante para el mantenimiento de la salud, y si se rompe, hay que pagar una penalización en la salud y quizás en el envejecimiento».

Los trabajos anteriores de Guarente ayudaron a descubrir un vínculo entre las alteraciones del ciclo circadiano y el envejecimiento. En un estudio publicado en la revista Cell, el equipo examinó la relación entre la alteración del ciclo circadiano y el envejecimiento, observando que una proteína concreta (SIRT1) asociada a la longevidad también parece regular el reloj corporal.

La SIRT1 es «un regulador maestro de las respuestas celulares al estrés, que coordina diversas redes hormonales, proteínas y genes para ayudar a mantener las células vivas y sanas». A medida que envejecemos, los niveles de esta proteína SIRT1 disminuyen y afectan a la capacidad de los ciclos circadianos para adaptarse al estrés. Este nuevo brote de investigación sobre el ritmo circadiano de las células madre y el envejecimiento podría ayudar a comprender mejor la naturaleza de esta relación.

Los cambios en el ritmo circadiano de las células madre agravan el envejecimiento, según los estudios

Según dos estudios recientes sobre el ritmo circadiano de las células madre y el envejecimiento, ambos publicados en la revista Cell y supervisados por el Dr. Salvador Aznar Benita del IRB Barcelona, a medida que envejecemos, nuestras células madre se reprograman para ocuparse menos del mantenimiento regular de los tejidos y centrarse en cambio en abordar el estrés y los daños relacionados con la edad.

Para comparar los cambios en las células madre, el equipo examinó muestras de tejido hepático, muscular y cutáneo de ratones jóvenes de tres meses y de ratones mayores de entre 18 y 22 meses. Descubrieron que, con el paso del tiempo, los genes que controlan los ciclos circadianos seguían igual de activos en los ratones más viejos que en los más jóvenes pero, sorprendentemente, empezaban a influir en funciones celulares diferentes.

Los investigadores observaron que en los ratones más jóvenes, los procesos circadianos regulaban funciones celulares normales como la protección y el mantenimiento de los tejidos, procesos como la replicación del ADN, la cicatrización de heridas y la limpieza celular. Sin embargo, el equipo descubrió que en los ratones más viejos los procesos circadianos regían mecanismos celulares para hacer frente al estrés, como la reparación del ADN y la respuesta inflamatoria.

Según el Dr. Benitah, «las células madre envejecidas conservan el ritmo circadiano, pero ahora desempeñan otro conjunto de funciones para hacer frente a los problemas que surgen con la edad».

Aunque esto pueda parecer el comportamiento esperado e incluso deseado, en realidad puede causar más complicaciones relacionadas con la edad. Benitah explicó que «el problema es que, a medida que envejecen, las células madre pierden las funciones rítmicas necesarias para la protección y el mantenimiento de los tejidos, que pasan a ser sustituidas por funciones destinadas a hacer frente al estrés. La pérdida de las anteriores funciones circadianas de las células madre durante el envejecimiento natural contribuye de alguna manera a un mayor daño y a un mayor envejecimiento.»

La reprogramación circadiana es específica de distintos tipos de tejido

Aunque los investigadores no descubrieron qué desencadena este evento de reprogramación que se produce con la edad, sí llegaron a la revelación de que la reprogramación circadiana es específica y única para cada tipo de tejido. Los autores creen que esto sugiere que cada tejido del cuerpo envejece de forma diferente con el paso del tiempo, un hecho que podría cambiar la dirección de futuras investigaciones sobre el proceso de envejecimiento.

La reprogramación genética se produce normalmente en respuesta a sucesos como la inflamación de los tejidos, procesos de autofagia defectuosos o daños acumulados en el ADN. La investigadora de la Universidad Pompeu Fabra y coautora de uno de los estudios, Pura Muñoz-Cánoves, explicó que «aunque el envejecimiento siempre implica una reprogramación circadiana, un aspecto interesante de nuestros resultados es que dicha reprogramación es específica y distinta para cada tipo de tejido estudiado. Esta observación implica que, aunque todo el organismo está envejeciendo, cada tejido atraviesa este proceso de forma diferente. Por tanto, para abordar la ralentización del envejecimiento, será necesario estudiar cada tejido por separado.»

La restricción calórica conserva un ritmo circadiano «joven

Estudios anteriores habían sugerido que una dieta baja en calorías ralentiza los signos del envejecimiento. Los investigadores llevaron a cabo una segunda serie de experimentos en los que alimentaron a ratones con una dieta baja en calorías y luego los compararon con sus homólogos alimentados normalmente al cabo de seis meses. Lo que descubrieron fue que los ratones que seguían la dieta baja en calorías conservaban la funcionalidad rítmica circadiana de un estado más juvenil.

«La dieta hipocalórica contribuye en gran medida a prevenir los efectos del envejecimiento fisiológico. Mantener ‘joven’ el ritmo de las células madre es importante porque, al fin y al cabo, estas células sirven para renovar y preservar ciclos día-noche muy pronunciados en los tejidos. Comer menos parece prevenir el envejecimiento de los tejidos y, por tanto, impide que las células madre reprogramen sus actividades circadianas», explicó el Dr. Benitah.

Los investigadores creen que sus estudios explican por qué la restricción calórica parece ralentizar el proceso de envejecimiento. Aunque sigue siendo incierto si una dieta baja en calorías tendría el mismo efecto en humanos, los investigadores subrayan que la restricción calórica puede no ser la respuesta. «Es poco probable que este tipo de dietas se generalicen porque implican pasar hambre constantemente y, por tanto, requieren mucha fuerza de voluntad; además, estos regímenes alimentarios proporcionan al organismo la energía mínima para realizar sus funciones básicas, lo que a largo plazo puede tener efectos negativos en la vida cotidiana de las personas», afirma el Dr. Benitah.

Aunque es posible que una dieta hipocalórica no sea la clave de la longevidad, los investigadores del ritmo circadiano de las células madre y el envejecimiento creen que sigue siendo importante seguir estudiando el efecto regulador del metabolismo sobre las células madre y el proceso de envejecimiento, a fin de identificar el vínculo para futuras terapias.