Por primera vez, científicos lograron observar en detalle lo que ocurre dentro de las neuronas que controlan el reloj biológico: sus mitocondrias –las “centrales energéticas” de la célula– cambian drásticamente de forma y función a lo largo del día. Por la mañana son pequeñas, redondas y muy activas; por la noche se alargan, se fusionan y parecen “reciclarse”. El hallazgo, publicado en la revista Current Biology, sugiere que el sueño nocturno podría ser clave para rejuvenecer estas estructuras y preparar al organismo para el día siguiente.
El trabajo fue coliderado por la investigadora del CONICET Fernanda Ceriani, jefa del Laboratorio de Genética del Comportamiento de la Fundación Instituto Leloir, junto a equipos de la Universidad de Washington (Seattle) y la Universidad de California en San Diego (UCSD), liderados por Horacio de la Iglesia y Mark Ellisman, respectivamente.
El estudio se realizó en la mosca del vinagre (Drosophila melanogaster), modelo clásico en investigación porque comparte con los humanos los mecanismos moleculares del reloj circadiano. Gracias a una técnica de vanguardia –microscopía electrónica volumétrica–, los investigadores obtuvieron imágenes tridimensionales de ultra-alta resolución del interior de las neuronas reloj de la mosca en dos momentos del día: justo después del amanecer y antes del anochecer.
“Es como haber entrado al cuarto de máquinas del reloj biológico”, explica Ceriani. “A la mañana las mitocondrias son compactas y vigorosas; hacia la noche se elongan y fusionan. Creemos que ese proceso de fusión es una forma de reciclaje y reparación. Tal vez sea una de las razones por las que necesitamos dormir: para que las mitocondrias se reconstituyan y estemos listos al despertar”.
Además de las mitocondrias, el equipo observó que las conexiones sinápticas entre neuronas y la liberación de neuropéptidos también varían según la hora del día. “Las neuronas están mucho más comunicadas al comienzo del día que por la noche”, resume Ceriani.
El reloj biológico, o sistema circadiano, es un conjunto de neuronas que impone ciclos de aproximadamente 24 horas a casi todas las funciones del cuerpo: sueño-vigilia, temperatura corporal, presión arterial, liberación hormonal, metabolismo, función inmune y hasta los ritmos de ovulación. Su desajuste se asocia a mayor riesgo de cáncer, enfermedades cardiovasculares, diabetes tipo 2, obesidad, infecciones y trastornos del ánimo.
En mamíferos, el “marcapasos” central está en el hipotálamo y se sincroniza principalmente con la luz. Existen además relojes periféricos en hígado, corazón, riñones y otros tejidos.
Ya en 2008, el laboratorio de Ceriani había demostrado que las neuronas circadianas de la mosca adulta cambian de forma a lo largo del día, un descubrimiento que marcó un antes y un después en el campo. El año pasado, junto al grupo de De la Iglesia, comprobaron que ese mismo fenómeno ocurre en ratones, lo que hace altamente probable que también suceda en seres humanos.
“La conservación evolutiva es impresionante”, señala Juan Ignacio Ispizua, primer coautor del trabajo y actualmente posdoctorado en la Universidad de Washington. “Lo que vemos en la mosca muy probablemente refleja procesos que ocurren en nuestro propio cerebro”.
El avance fue posible gracias al acceso a un microscopio electrónico de barrido modificado por Mark Ellisman en UCSD, equipo que no existe en Argentina. “La microscopía de fluorescencia que usábamos antes llegaba hasta cierto límite; con esta nueva técnica pudimos ver la ultraestructura celular en 3D”, describe Micaela Rodríguez-Caron, becaria doctoral del CONICET y primera coautora del estudio.
Para Ceriani, el mensaje es claro: “Cuando entendemos que estas transformaciones profundas ocurren cada día dentro de nuestras neuronas, comprendemos por qué es tan importante respetar los ciclos naturales de sueño y vigilia”.
El grupo ya abrió una nueva línea de investigación para determinar si alteraciones en estos procesos mitocondriales y sinápticos podrían explicar parte de las patologías asociadas al desajuste circadiano, desde el insomnio hasta enfermedades metabólicas y neurodegenerativas.