El conocido gen regulador parece ser una herramienta clave en el reloj circadiano.

Una nueva investigación dirigida por científicos de Southwestern University sugiere que un gen llamado Npas4 juega un papel clave en el equilibrio de las entradas excitadoras e inhibidoras en las células cerebrales, y también parece actuar como un reloj en el reloj biológico del cerebro. Los resultados se publicaron hoy en línea en neurona, amplía la comprensión de los mecanismos moleculares del reloj circadiano, lo que eventualmente podría conducir a nuevos tratamientos para manejar desafíos como el desfase horario, el trabajo por turnos y las alteraciones del sueño.

El líder del estudio Joseph S. Takahashi, PhD, profesor y presidente del Departamento de Neurociencia de la UTSW e investigador del Instituto Médico Howard Hughes: «Para restablecer el reloj circadiano, en última instancia, es necesario restablecer los engranajes moleculares». «Este estudio sugiere que Npas4 puede ser uno de los componentes más importantes para reajustar el reloj a la luz».

Durante décadas, los investigadores han sabido que un área del cerebro llamada núcleo supraquiasmático (SCN) es responsable de controlar los ritmos circadianos, los diversos ciclos de actividad que normalmente se desarrollan durante un período de 24 horas. El Dr. Takahashi explicó que estos ritmos están cubiertos de luz. Las células del SCN responden a las señales transmitidas por la retina, el tejido del ojo sensible a la luz. Sin embargo, la base molecular de este fenómeno es poco conocida.

Para comprender mejor cómo el SCN determina los ritmos circadianos, los investigadores utilizaron una técnica llamada secuenciación de núcleo único para observar la actividad genética en células individuales en ratones después de que los animales fueron expuestos a la luz. El Dr. Takahashi y sus colegas encontraron que tres subpoblaciones diferentes de neuronas SCN responden a la estimulación de la luz. Un hilo común que conecta estos subtipos fue el aumento de la actividad de los genes que responden a la proteína 4 del dominio neuronal PAS (NPAS4), la proteína producida por el gen Npas4.

Cuando el Dr. Takahashi y sus colegas expusieron ratones diseñados para carecer de Npas4 a la luz, redujeron la respuesta de cientos de genes del reloj circadiano. Además, el período diario del animal se alarga aproximadamente una hora más, hasta aproximadamente 25 horas en lugar de 24 horas. Juntos, estos resultados indican que Npas4 es el regulador maestro de muchos genes inducidos por la luz y son una pieza clave en el rompecabezas de cómo ocurre esto. El Dr. Takahashi dijo que el régimen diario funciona.

El Dr. Takahashi agregó que cuanto más aprenden los investigadores sobre los fundamentos moleculares del reloj circadiano, más pueden manipularlo para mejorar la salud y el bienestar, por ejemplo, para aliviar el desfase horario o ayudar a los trabajadores por turnos a permanecer despiertos o dormidos para que coincida con sus necesidades. Ciclos de trabajo. También podría conducir a nuevos tratamientos para trastornos caracterizados por ciclos anormales de sueño / vigilia.

Otros investigadores que contribuyeron a esta investigación incluyen a Pin Xu, Stefano Berto, Ashwinikumar Kulkarni, Byeongha Jeong, Chryshanthi Joseph, Kimberly H. Cox, Tae-Kyung Kim y UT Southwestern; Y Michael E. Greenberg de la Facultad de Medicina de Harvard.

El Dr. Takahashi ocupa la Cátedra Distinguida Loyd B. Sands en Neurociencia en UTSW. Este trabajo fue en colaboración con el laboratorio de Genevieve Konopka, Ph.D., profesor asociado de neurociencia, John Hyten, investigador en la investigación del autismo y director del UTSW Neurogenomics Core. Dr.. Takahashi y Konopka son miembros del Instituto del Cerebro Peter O’Donnell Jr. El Dr. Kim, investigador distinguido en neurociencia, también es miembro del O’Donnell Brain Institute.