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Los cerebros de los animales no pueden controlar los ritmos biológicos si sus relojes internos están desfasados. Por suerte, una red muy estable de neuronas reloj garantiza su sincronía. Un nuevo estudio con moscas de la fruta muestra que este ritmo se rige por muchos cronómetros independientes y no uno solo, como se creía.
La vida está controlada por relojes. Los animales poseen cronómetros moleculares en el cerebro, llamados relojes circadianos, que orquestan cambios en el comportamiento en función de ritmos diarios, como sucede con los intervalos de sueño y vigilia. Estos pequeños relojes están interconectados por redes de neuronas que son muy estables.
Las alteraciones en los relojes biológicos se han asociado con diabetes, obesidad, estrés, enfermedades cardiovasculares, trastornos del ánimo y cáncer. Por eso, saber cómo se sincronizan las redes de neuronas implicadas en el control de los ritmos circadianos podría servir para aliviar estos efectos.
Ahora, en un nuevo estudio publicado en la revista Science, investigadores de la Universidad de Michigan han analizado cómo se acompasan las neuronas reloj en las moscas de la fruta (drosophilas). “Las interacciones entre las neuronas reloj determinan la fuerza y la velocidad de los ritmos circadianos”, dice Zepeng Yao, coautor del trabajo.
Para su sorpresa, han descubierto que mantenerlas en sincronía requiere más redes de neuronas de las que se pensaba.
El mecanismo de control circadiano de las moscas es similar al de los mamíferos, con la ventaja de que ellas solo tienen 150 neuronas reloj –en comparación con las 20.000 de los roedores– lo que facilita su estudio. Trabajos anteriores sugerían que de estas 150 neuronas-cronómetro, ocho llevaban la batuta para la orquesta de las 142 restantes. Esas ocho se consideraban el único marcapasos del sistema completo. Sin embargo, el mecanismo parece ser más complejo.
Los investigadores Orie Shafer y Zepeng Yao estudiaron cómo se acompasan las neuronas reloj de las moscas durante la noche y la vigilia.
“La señal ambiental más importante para el reloj circadiano es la luz, pero también es sensible a otras señales, como la temperatura, la disponibilidad de alimentos y las interacciones sociales. En nuestro caso, para obligar a las moscas a confiar en su sentido interno del tiempo, las aislamos en una sala con temperatura constante y en completa oscuridad” explica Shafer a Sinc.
Además, alteraron el ritmo de su ocho neuronas marcapasos, las responsables de que el comportamiento de la mosca se ajuste a los ciclos diarios de oscuridad y luz. “Manipulamos genéticamente pequeños grupos de neuronas reloj en el cerebro de las moscas para acelerar o decelerar sus relojes moleculares. Después medimos sus ciclos de sueño y actividad y visualizamos la expresión del gen Per [relacionado con el ritmo circadiano], en varios grupos de neuronas. De ese modo pudimos estudiar cómo se ajustaban sus relojes moleculares”, explica a Sinc Shafer.
Ni caso al director de la orquesta
Con este experimento, pretendían poner en evidencia la habilidad del grupo director para llevar él solo la orquesta. Pero encontraron que, sin las señales ambientales, la orquesta no siguió a su director como era de esperar.
Algunas moscas perdieron el sentido del tiempo y otras siguieron simultáneamente dos ciclos de sueño: uno que obedecía al grupo director y un segundo ciclo determinado por otro conjunto de neuronas.
"El hallazgo demuestra que, en lugar de que toda la orquesta siga a un único director, parte de los músicos se ponen a seguir a otro o no atienden a nadie en absoluto", indica Shafer.
Los hallazgos de Shafer y Yao desafían los conocimientos previos sobre cómo están organizados los relojes biológicos. En lugar de estar dominada por un grupo de neuronas directoras, la red se rige por muchos cronómetros independientes. Shafer y Yao sospechan que en los mamíferos la organización es similar.
“En cierto modo, los resultados de esta investigación son extrapolables a los seres humanos. Entender cómo el sentido del tiempo surge de las redes de neuronas reloj en el cerebro de la mosca influye en el estudio de la relojería circadiana de los mamíferos”, concluye Shafer. Y añade: “La mosca nos ha dado muchas pistas importantes sobre el sentido del tiempo y continuará haciéndolo. Por ejemplo, el gen Per fue descubierto por primera vez en moscas, y ahora se sabe que sus mutaciones causan alteraciones de sueño en los seres humanos”.
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