Manteniendo el tiempo: entendiendo el reloj maestro en el cerebro

Resumen: El estudio revela una nueva vía molecular que ayuda a controlar la homeostasis y los patrones de sueño en el cerebro.

Fuente: Universidad de Tsukuba

La mayoría de los seres vivos exhiben un ritmo circadiano, un reloj interno que se repite aproximadamente cada 24 horas. Ahora, investigadores japoneses han encontrado nuevos conocimientos sobre los procesos moleculares que gobiernan los ritmos de sueño/vigilia en ratones.

En un estudio publicado recientemente, investigadores de la Universidad de Tsukuba revelaron que una molécula clave involucrada en la homeostasis del sueño (llamada SIK3, o quinasa 3 inducible por sal) también juega un papel clave en el comportamiento circadiano.

Los animales pueden adaptarse al ciclo de luz y oscuridad de 24 horas en términos de comportamiento y fisiología a través de cambios en el núcleo supraquiasmático (SCN), que es el reloj maestro del cerebro que sincroniza los diversos ritmos del cuerpo. Sin embargo, las actividades biológicas dentro del SCN que inducen la vigilia en un tiempo específico no se han caracterizado por completo; el equipo de investigación tuvo como objetivo resolver este problema.

«La mayoría de los animales muestran un pico de actividad en un punto específico del ciclo circadiano», explica el autor principal del estudio, el profesor Masashi Yanagisawa. «Dado que se ha descubierto que el SCN regula el sueño y la vigilia en determinados momentos del día, queríamos estudiar las distintas neuronas que controlan este proceso».

Para ello, el equipo de investigación manipuló genéticamente los niveles de SIK3 en grupos específicos de neuronas en el SCN de ratones. A continuación, observaron el sueño y los comportamientos circadianos en ratones, como cuándo y durante cuánto tiempo los ratones mostraron actividad en relación con el ciclo de luz y oscuridad.

«Descubrimos que SIK3 en el SCN puede influir en la duración del ciclo circadiano y el momento de la actividad máxima de activación, sin cambiar la cantidad de sueño por día», dice el profesor Yanagisawa.

El equipo de investigación informó anteriormente que SIK3 interactúa con LKB1 (una molécula aguas arriba de SIK3) y HDAC4 (un objetivo principal de SIK3) en las neuronas glutamatérgicas para regular la cantidad y la profundidad del sueño. Ahora, han descubierto que la vía SIK3-HDAC4 modula la duración del período circadiano en las neuronas productoras de NMS y contribuye al ritmo de sueño/vigilia.

La duración del período de comportamiento y el momento de la actividad máxima son componentes importantes del ritmo circadiano. Dadas las similitudes entre los sistemas circadianos de diferentes mamíferos, nuevos conocimientos sobre cómo funciona este sistema en ratones podrían conducir a nuevos tratamientos para los trastornos del sueño y del ritmo circadiano en humanos.

Financiación: Este trabajo fue apoyado por la Iniciativa del Centro de Investigación Internacional Premier Mundial (WPI) del Ministerio de Educación, Cultura, Deportes, Ciencia y Tecnología (MEXT), Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia (JSPS) Subvenciones para la Investigación Científica (KAKENHI), Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón (JST) Investigación básica para la ciencia y la tecnología evolutivas (CREST), Agencia de Japón para la Investigación y el Desarrollo Médicos (AMED), subvención JSPS DC2, Programa de apoyo a la investigación básica de la Universidad de Tsukuba Tipo A y financiación del programa para la I+D innovadora líder en el mundo en ciencia y tecnología (Programa FIRST).

Sobre esta noticia sobre la investigación del ritmo circadiano

Autor: oficina de prensa
Fuente: Universidad de Tsukuba
Contacto: Oficina de Prensa – Universidad de Tsukuba
Imagen: La imagen es de dominio público

Investigacion original: Acceso cerrado.
“SIK3-HDAC4 en el núcleo supraquiasmático regula el momento de la excitación hasta el inicio de la oscuridad y el período circadiano en ratonespor Masashi Yanagisawa et al. PNAS

Abstracto

SIK3-HDAC4 en el núcleo supraquiasmático regula el momento de la excitación hasta el inicio de la oscuridad y el período circadiano en ratones

Los mamíferos exhiben ciclos circadianos de sueño y vigilia bajo el control del núcleo supraquiasmático (SCN), como la fase de alta excitación bloqueada al inicio de la fase oscura en ratones de laboratorio.

Aquí, demostramos que la deficiencia de cinasa 3 inducible por sal (SIK3) en neuronas érgicas de ácido gamma-aminobutírico (GABA) o neuronas productoras de neuromedina S (NMS) retrasó la fase máxima de excitación y alargó el ciclo circadiano conductual bajo luz de 12 horas : condición de oscuridad de 12 horas (LD) y condición de oscuridad constante (DD) sin cambiar la cantidad de sueño diario.

Por el contrario, la inducción de un alelo mutante con ganancia de función de sic3 en las neuronas GABAérgicas mostraron un inicio de actividad avanzado y un período circadiano más corto. La pérdida de SIK3 en las neuronas productoras de arginina vasopresina (AVP) alargó el ciclo circadiano, pero la fase de excitación máxima fue similar a la de los ratones de control.

La deficiencia heterocigota de histona desacetilasa (HDAC) 4, un sustrato de SIK3, acortó el ciclo circadiano, mientras que los ratones con HDAC4 S245A, que es resistente a la fosforilación de SIK3, retrasaron la fase máxima de excitación. Se detectaron expresiones del gen del reloj central con retraso de fase en el hígado de ratones que carecían de SIK3 en las neuronas GABAérgicas.

Estos resultados sugieren que la vía SIK3-HDAC4 regula la duración del período circadiano y el momento de la excitación en las neuronas positivas para NMS en el SCN.