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Descubren dinámica entre el reloj biológico y la actividad neuronal


Biólogos de la Universidad de Nueva York han descubierto una vía en la que los relojes biológicos controlan la actividad neuronal -un descubrimiento que arroja nueva luz sobre los ciclos de sueño-vigilia, y ofrece posibles nuevas direcciones para la investigación de terapias dirigidas a los trastornos del sueño y al desfase horario o ” jetlag”.
“Los hallazgos responder a una pregunta importante -cómo los relojes biológicos impulsan la actividad de las neuronas reloj las que, a su vez, regulan los ritmos de comportamiento”, explicó Justin Blau, profesor asociado en el Departamento de Biología de la Universidad de Nueva York y autor principal del estudio. Sus conclusiones aparecen en la  Journal of Biological Rhythms.
Los científicos conocen que nuestros relojes biológicos controlan la actividad neuronal. Pero antes no se entendía cómo ocurría este proceso -es decir, cómo la información de los relojes biológicos conduce los ritmos en la actividad eléctrica de las neuronas marcapasos las que, a su vez, impulsan los ritmos diarios.
Para comprender este mecanismo, los investigadores examinaron los relojes biológicos, o circadianos de la mosca de la fruta Drosophila, las que son empleadas comúnmente para la investigación en esta área. Estudios anteriores de los “genes reloj” en moscas de la fruta permitieron la identificación de genes que funcionan de manera similar en los seres humanos.
En su estudio, los investigadores se centraron en ocho neuronas marcapasos maestras localizadas en el cerebro central    -estas neuronas establecen el calendario de las transiciones diarias entre el sueño y la vigilia en la mosca. En concreto, ellos fueron capaces de aislar estas neuronas en animales e identificar grupos de genes expresados diferencialmente entre el amanecer y el atardecer.
En una serie de experimentos de seguimiento se concentraron en un gen, Ir, cuya expresión era mucho mayor al atardecer  que al amanecer y mucho más altamente expresada en las neuronas marcapasos que en el resto del cerebro. Ir codifica un canal de potasio que ayuda a establecer el estado de reposo de las neuronas -por lo que su expresión rítmica hace que sea un excelente candidato para ayudar a relacionar al reloj biológico con la actividad de la neurona marcapasos. Los altos niveles de expresión del Ir al atardecer deben hacer a las neuronas marcapasos mucho más difícil la señalización que los niveles bajos observados en la madrugada, un hallazgo que concuerda con estudios anteriores que muestran que las neuronas marcapasos se disparan más al amanecer que al atardecer.
Los autores también descubrieron que las manipulaciones genéticas que aumentan o disminuyen los niveles de Ir afectan los ritmos de comportamiento. Pero quizás lo más interesante sea que estos niveles también se asociaron con cambios en el momento y la fuerza de las oscilaciones en el núcleo del reloj.
“La biología nunca es tan simple como imaginamos”, explicó Blau. “Estábamos buscando una vía en el reloj biológico que uniera el núcleo del reloj a la actividad neuronal.  El gen Ir parece hacer esto, pero también, sorprendentemente, retroalimenta la regulación del núcleo del reloj por si mismo. Los circuitos de retroalimentación parecen estar profundamente arraigados en el reloj biológico y presumiblemente ayuden a estos relojes a funcionar tan bien. ”
septiembre 30/2012 (Eurekalert)
Marc Ruben, Mark D. Drapeau, Dogukan Mizrak, Justin Blau. A Mechanism for Circadian Control of Pacemaker Neuron ExcitabilityJ Biol Rhythms, octubre 2012; vol. 27, 5: pp. 353-364. doi: 10.1177/0748730412455918.
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