Descubren una “pieza eléctrica” esencial para el funcionamiento del reloj biológico

26 de enero de 2021

El estudio está liderado por Fernanda Ceriani, jefa del Laboratorio de Genética del Comportamiento de la Fundación Instituto Leloir e investigadora del CONICET, Nara Muraro,  jefa del laboratorio de Neurobiología del Sueño en el Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA), Florencia Fernández-Chiappe, becaria doctoral del CONICET en el IBioBA y Lía Frenkel, científica del CONICET en el Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología traslacional (iB3) en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA. 

Fernanda Ceriani (izq.), Nara Muraro, Florencia Fernández-Chiappe y Lía Frenkel. Aumentar imagen
Fernanda Ceriani (izq.), Nara Muraro, Florencia Fernández-Chiappe y Lía Frenkel.

Las investigadoras lograron describir propiedades eléctricas que tienen un rol clave en la comunicación de las neuronas reloj, las que “ponen en hora” la fisiología del organismo a lo largo del día. El hallazgo se realizó mediante experimentos en moscas Drosophila melanogaster, un modelo de investigación útil para el estudio de un proceso biológico tan complejo y vital para la salud como es la regulación del sueño y la vigilia.

Si se tiene en cuenta que la regulación de las propiedades eléctricas de las “neuronas reloj” y el neurotransmisor estudiado, PDF, se conservan evolutivamente entre vertebrados e invertebrados, el hallazgo estaría arrojando luz sobre un aspecto del funcionamiento del reloj biológico en humanos, dijo la doctora en Biología Fernanda Ceriani, directora del estudio, jefa del Laboratorio de Genética del Comportamiento de la FIL e investigadora del CONICET.

“Es probable que el mecanismo que describimos sea importante en los núcleos supraquiasmáticos del hipotálamo, el marcapasos central en mamíferos. Estudios futuros tendrán que confirmarlo”, añadió. 

El trabajo parte de la premisa de que la actividad eléctrica de las neuronas es fundamental para que funcionen los circuitos reloj del cerebro. “Los canales iónicos son una familia de proteínas que permiten la transmisión de información en forma de impulsos eléctricos, por eso nuestros experimentos se focalizaron en identificar canales iónicos importantes para el reloj circadiano”señaló Nara Muraro, también líder del avance y jefa del laboratorio de Neurobiología del Sueño en el Instituto de Investigación en Biomedicina de Buenos Aires (IBioBA), dependiente del CONICET y Partner de la Sociedad Max Planck de Alemania

Y agregó: “Tuvimos la suerte de encontrar varios canales iónicos, nuestro trabajo describe en detalle a uno de ellos, pero tenemos mucho trabajo por delante para comprender qué características fisiológicas regula cada uno, y cómo interactúan entre sí”.

El estudio, publicado en la revista “The Journal of Neuroscience”, se centró en las neuronas laterales ventrales (LNvs), un grupo de “neuronas reloj” esenciales para el correcto funcionamiento del reloj biológico. En las moscas Drosophila su actividad regula, entre muchos aspectos, la actividad locomotora y el sueño.

Mediante el empleo de técnicas de electrofisiología y microscopia,  Ceriani, Muraro, Florencia Fernández-Chiappe y Lía Frenkel lograron determinar que un patrón de actividad eléctrica de alta frecuencia característico, mediado por un canal iónico dependiente de voltaje (llamado “Ih” y formado por proteínas situadas en las membranas de las neuronas reloj), controla la liberación y transporte del neuropéptido PDF en las LNvs.

“Comprobamos que el canal iónico Ih es esencial para el funcionamiento general del circuito circadiano y la regulación del sueño. Al impedir su actividad mediante el empleo de técnicas de laboratorio, comprobamos que el transporte y la liberación de PDF quedan bloqueados. Y PDF es fundamental para que las moscas Drosophila se ‘despierten’  o no se ‘duerman’, explicó Fernández-Chiappe, becaria doctoral del CONICET en el IBioBA y una de las dos primeras autoras del estudio, junto con Frenkel. 

El estudio del reloj biológico cobra relevancia porque marca mucho más que los momentos de máxima alerta o la hora de irse a dormir: también regula el sistema inmune, la digestión, la temperatura corporal, la presión arterial, el funcionamiento de los riñones, la frecuencia cardíaca y los ritmos de ovulación cada 28 días. Además, la literatura científica acumula evidencia sobre la relación entre la disfunción del reloj biológico y la susceptibilidad al desarrollo de ciertos tipos de cáncer, enfermedades cardíacas, diabetes tipo 2, infecciones y obesidad.

“La disminución en la cantidad del canal iónico lh en la membrana de unas pocas neuronas-reloj afecta el funcionamiento de todo reloj circadiano”,  indicó Frenkel, también científica del CONICET en el Instituto de Biociencias, Biotecnología y Biología traslacional (iB3) en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA. 

“Los resultados de nuestro trabajo también aportan información para entender la génesis del sueño y las patologías asociadas”, subrayó Frenkel. Y continuó: “En estos tiempos que estamos atravesando, los desórdenes del sueño imponen un desafío serio a nuestra salud. Nuestro trabajo aborda este campo del conocimiento y abre nuevos cuestionamientos que nos permitirán comprender en mayor profundidad cómo es que se regula casi un tercio de nuestra vida, que es el tiempo que pasamos durmiendo”.

Del estudio también participaron Carina Colque, que realizó su tesis de licenciatura en contexto de este proyecto en FIL y Ana Ricciuti, Bryan Hahm  y Karina Cerredo, del IBioBA-CONICET y partner de la Sociedad Max Planck de Alemania.