Conozca las células cerebrales que pueden ayudarnos a adaptarnos a los cambios en la duración del día
Un estudio ilumina los ritmos circadianos, los trastornos psiquiátricos con brotes estacionales
A tener e cuenta:
- Un estudio en ratones revela un circuito cerebral, y el comportamiento de las células cerebrales, que afecta la capacidad de adaptarse a los cambios en la duración del día.
- Los hallazgos añaden otra pieza al rompecabezas de cómo funcionan los ritmos circadianos.
- El trabajo puede servir de base para tratamientos para afecciones exacerbadas por los cambios en la duración del día, como el trastorno afectivo estacional y el trastorno bipolar.
Científicos de la Escuela de Medicina de Harvard han descubierto un circuito cerebral que influye en la capacidad de adaptarse a los cambios en la duración del día, como los que ocurren de una estación a otra o cuando se viaja a través de zonas horarias.
El estudio, basado en una investigación en ratones y publicado el 17 de julio en Nature, completa otra parte del funcionamiento de los ritmos circadianos: las formas en que el cerebro ajusta el comportamiento y las funciones corporales en un ciclo de 24 horas, en función de señales externas como la presencia y ausencia de luz diurna.
El trabajo también revela una nueva forma en que las células cerebrales pueden comportarse.
Si se confirman en humanos en estudios posteriores, los hallazgos podrían ayudar a los investigadores a comprender la base de los ciclos de sueño-vigilia y actividad inoportunos, que pueden contribuir al desarrollo de ciertas enfermedades, incluidos los trastornos neurológicos, cardíacos y metabólicos.
Otros hallazgos también podrían informar el diseño de tratamientos para las personas que luchan con cambios bruscos en la duración o el horario del día, como los trabajadores por turnos y los viajeros, o las personas que tienen afecciones de salud que se ven exacerbadas por cambios en la duración o el horario del día, incluida la esquizofrenia y los trastornos afectivos estacionales, depresivos mayores y bipolares.
“Sabemos que la luz solar dicta la fisiología y el comportamiento del organismo, y que tenemos problemas de salud si nuestro cuerpo no anticipa adecuadamente el ciclo de luz-oscuridad, pero tendemos a pensar en eso a escala diaria, no estacionalmente”, dijo Susan Dymecki profesora de genética en el campo de la patología comparativa en el Instituto Blavatnik en HMS. cuyo laboratorio llevó a cabo el trabajo.
“Encontrar un circuito neuronal que contribuya significativamente a la capacidad de adaptarse a los cambios en el ciclo día-noche es emocionante”, dijo. “Sería maravilloso si pudiera ayudarnos a comprender mejor cómo funcionan nuestros cerebros y cómo podríamos ayudar a las personas a sincronizarse con esos cambios”.
Además, los investigadores dijeron que los resultados ofrecen información sobre cómo la exposición a formas de luz artificial por la noche, incluidas las pantallas digitales, puede confundir el sentido del cerebro de la duración del día y afectar la salud humana.
Parte de un circuito circadiano
El equipo, dirigido por Giacomo Maddaloni, investigador en genética en el laboratorio de Dymecki, identificó un circuito cerebral con múltiples grupos de neuronas que juntas reconocen, decodifican e impulsan la adaptación del comportamiento a los cambios en la cantidad de luz diurna.
En el centro de este circuito se encuentra un conjunto de neuronas denominadas mrEn1-Pet1. Maddaloni y sus colegas descubrieron que estas neuronas reciben señales de una región del cerebro llamada área preóptica, a la que las células nerviosas de la retina en la parte posterior del ojo le informan directamente sobre si es clara u oscura.
El equipo determinó que las neuronas mrEn1-Pet1 envían señales a tres áreas del cerebro involucradas en los ritmos circadianos y los patrones de sueño-vigilia, incluido el reloj circadiano maestro del cuerpo, llamado núcleo superquiasmático o SCN.
Este descubrimiento colocó a las neuronas mrEn1-Pet1 dentro de un circuito cerebral que comienza con la detección de luz y continúa con la regulación del ritmo circadiano. Pero, ¿cómo se comunicaban las neuronas?, se preguntaron los investigadores.
Una historia de dos productos químicos
Los científicos ya sabían que las neuronas mrEn1-Pet1 liberan serotonina, una sustancia química involucrada en una miríada de funciones, desde la frecuencia respiratoria hasta el estado de ánimo y el apetito. Maddaloni y sus colegas, sin embargo, encontraron que las células mrEn1-Pet1 probablemente también pueden liberar el glutamato químico, que activa las neuronas que lo reciben.
Un entendimiento común entre los científicos ha sido que las neuronas que pueden liberar una o más sustancias químicas lo hacen en todas las regiones del cerebro con las que “hablan”. Para su sorpresa, el equipo de Dymecki descubrió que las neuronas mrEn1-Pet1 despliegan serotonina y glutamato de forma independiente, a veces juntas, a veces por separado, a veces en diferentes cantidades, en las tres regiones del cerebro a las que se conectan.
“Es realmente genial el mecanismo que usan estas células”, dijo Maddaloni.
Los experimentos del equipo indicaron que las neuronas mrEn1-Pet1 toman la señal ambiental de la duración de la luz o la oscuridad y cambian su despliegue de serotonina y glutamato en consecuencia. Esto parece proporcionar información al reloj circadiano maestro, que lo incorpora con otras entradas para decidir si debe ajustar la respuesta biológica del animal y, en última instancia, su comportamiento.
El bloqueo de varias partes del circuito afectó la capacidad de los ratones para adaptarse a los cambios en la duración del día. Cuando el equipo hizo que la duración del “día” fuera más larga o más corta en el laboratorio, imitando el verano o el invierno, los ratones con interrupciones en el sistema mrEn1-Pet1 tardaron mucho más en sincronizar sus horas de sueño y vigilia con la nueva duración del día que los ratones normales y se retrasaron en el cambio de su actividad de carrera de ruedas a tiempos y longitudes apropiados.
“Los resultados fueron realmente sorprendentes”, dijo Maddaloni. “Los ratones seguían despertando de acuerdo con el ciclo de luz anterior. Estaban ‘ciegos’ a los cambios de estación”.
Cuando las neuronas mrEn1-Pet1 se interrumpen, el SCN no se ajusta correctamente, confirmó Dymecki. “Afecta a un mecanismo fundamental en el regulador circadiano maestro”.
Dymecki y Maddaloni quieren averiguar si esta capacidad de desplegar diferentes neurotransmisores en diferentes regiones del cerebro es exclusiva de las neuronas mrEn1-Pet1.
De ratón a humano
La aplicación de los hallazgos a la salud humana dependerá de si nuestros cerebros tienen neuronas mrEn1-Pet1 y un circuito circadiano comparable.
Aunque su equipo aún no ha buscado células mrEn1-Pet1 en el tejido cerebral humano, Dymecki se siente alentada por el hecho de que las neuronas residen en el tronco encefálico del ratón, un área evolutivamente antigua que cambia muy poco entre los mamíferos.
Otra señal prometedora: cada vez que el equipo ha buscado en el tronco encefálico humano otros tipos de células liberadoras de serotonina presentes en el tronco encefálico del ratón, las han encontrado.
Además, los estudios de imágenes han mostrado un vínculo entre las anomalías en esta región del cerebro en los humanos y afecciones como el trastorno bipolar, dijo Dymecki.
“Creemos que las células estarán allí”, dijo. “Si lo son, sería muy satisfactorio aumentar nuestro limitado conocimiento sobre cómo evolucionaron nuestros cerebros para sincronizarse con los cambios en la exposición a la luz y posiblemente ayudar a mitigar los efectos devastadores que la desregulación de la adaptación a los cambios en la duración del día puede tener en la salud de las personas”.
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