Expertos revisan cómo funcionan los ciclos biológicos de 12 horas en ratones con pistas en humanos

Expertos revisan cómo funcionan los ciclos biológicos de 12 horas en ratones con pistas en humanos

¿Podría el reloj oculto de 12 horas de su cuerpo contener el secreto de la salud y la enfermedad metabólicas? Una nueva investigación vincula nuestros ritmos internos con antiguas mareas oceánicas.

Publicado en una revisión reciente en el Journal.NPJ Tiempo biológico y sueñoLos investigadores Patrick Emery y Frédéric Gachon examinaron los mecanismos, el significado fisiológico y los posibles orígenes evolutivos de los ritmos biológicos de 12 horas en los mamíferos, incluidos los humanos, y determinaron si estos ritmos representan un sistema de sincronización único o se derivan de relojes circadianos o circatídicos.

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¿Por qué muchos genes humanos se activan dos veces al día en lugar de una vez? Este fascinante patrón refleja ritmos biológicos de 12 horas, también llamados ciclos ultradianos o circasemidicos. Estos ritmos son bien conocidos en los animales marinos que responden a los ciclos de marea. Sin embargo, se han observado patrones similares de 12 horas en estudios recientes de animales terrestres como ratones y humanos. Algunos científicos sugieren que estos ritmos evolucionaron a partir de antiguos relojes de mareas, mientras que otros los ven como distintos y necesarios para gestionar la alimentación y el estrés. Debido a que regulan procesos importantes como el metabolismo y las respuestas inmunes, pueden proporcionar información sobre trastornos como la obesidad y las enfermedades mentales. Se necesita más investigación para identificar sus mecanismos subyacentes.

Ritmos circadianos y circatidales: ¿relojes similares o sistemas separados?

Los relojes biológicos ayudan a los organismos a adaptarse a los cambios ambientales recurrentes. Los ritmos circadianos siguen un ciclo de 24 horas y controlan el sueño, la liberación de hormonas y otros comportamientos diarios. Estos ritmos están regulados por proteínas que incluyen los ciclos circadianos de producción locomotora kaput (reloj), cerebro y músculo arnt-like 1 (BMAL1), período (per), criptocromo (llanto) y atemporal (TIM).

Los ritmos circatidales observados en los animales marinos ocurren cada 12,4 horas. Estos ritmos corresponden a los movimientos de las mareas y ayudan a especies como cangrejos, gusanos y crustáceos a sobrevivir en los hábitats costeros. Por ejemplo, el crustáceo marino Eurydice Pulchra y el anfípodo Parhyale Hawaaiensis continúan exhibiendo patrones de comportamiento de 12,4 horas incluso cuando se alteran genes circadianos, como B. Per. Esto sugiere la existencia de un oscilador separado de 12,4 horas, aunque con superposición mecánica a través de BMAL1. Sin embargo, en otros crustáceos como Eurydice Pulchra, los estudios de ARNi muestran que los ritmos circadianos son independientes de genes circadianos centrales como Per y Clock, lo que sugiere una relación compleja. Estos resultados demuestran cómo los mecanismos circadianos y circatidales pueden superponerse o funcionar de forma independiente según el organismo y el contexto.

Ritmos genéticos de 12 horas en ratones: más allá del reloj circadiano

El descubrimiento de patrones de expresión genética de 12 horas en el hígado de ratón reveló un ciclo rítmico distinto del reloj circadiano de 24 horas. Estos ritmos ultradicos también persisten en la oscuridad constante y en células aisladas, lo que sugiere un control mediante mecanismos en gran medida autónomos de las células en lugar de señales cerebrales. Muchos de los genes implicados están asociados con la respuesta al estrés, la actividad mitocondrial y la respuesta de la proteína desplegada (UPR). La proteína de unión a caja X 1 (XBP1), un factor de transcripción activado durante el estrés del retículo endoplásmico, desempeña un papel importante, pero no exclusivo, en la regulación de estos ritmos. Sin embargo, cuando se eliminó XBP1 en el hígado del ratón, persistieron los ritmos de 12 horas, lo que indica que otros elementos reguladores están involucrados. Esto ha llevado a los investigadores a preguntarse si estos ritmos surgen de un oscilador dedicado de 12 horas o de interacciones entre la alimentación, el voltaje y las señales circadianas y están modulados por ritmos de alimentación y señales sistémicas. La evidencia actual sugiere que múltiples sistemas superpuestos pueden trabajar juntos para generar y mantener patrones de expresión genética de 12 horas en mamíferos.

¿Están presentes los ritmos de 12 horas en los humanos?

Los estudios en humanos han confirmado patrones de expresión genética de 12 horas. En un estudio de 48 horas en tres personas, 653 genes seguían un ciclo de 12 horas, diferentes de los que mostraban ritmos circadianos de 24 horas. Estos genes ultradianos estaban involucrados en el estrés, el metabolismo y la función inmune y eran muy similares en ratones, particularmente en aquellos regulados por XBP1. Aunque los participantes controlaron su propia iluminación y comidas, lo que podría influir en los resultados, la investigación original destaca que se trata de una limitación significativa y que factores ambientales o de comportamiento pueden haber contribuido a los patrones observados. Sin embargo, la superposición con los datos de ratones respalda la relevancia biológica de estos ritmos. El momento de los picos genéticos varió entre los individuos, probablemente influenciado por hábitos personales o diferencias biológicas internas.

¿Podrían los ritmos de 12 horas tener orígenes de marea?

Algunos científicos creen que los ritmos de 12 horas en los mamíferos evolucionaron a partir de relojes circadianos marinos. Esta idea está respaldada por patrones de expresión genética superpuestos entre mamíferos y organismos marinos, incluidos cnidarios y lapas, siendo el estudio de la lapa particularmente notable por su arrastre de marea.

Sin embargo, esta conexión evolutiva sigue siendo incierta. Muchos estudios marinos se han realizado bajo ciclos de luz y oscuridad en lugar de condiciones intermareales, lo que no ha dejado claro si los ritmos de 12 horas observados son realmente apropiados o están influenciados por la luz. Además, vías clave como la respuesta de las proteínas desplegadas y el metabolismo de los lípidos son fundamentales para la función celular en todas las especies. La similitud en la expresión rítmica puede ser el resultado de una evolución independiente más que de una ascendencia común. El estudio en Limpet C. Rota, realizado bajo condiciones de marea, proporciona una conexión más fuerte. En general, la revisión es cautelosa a la hora de establecer conexiones evolutivas directas porque la evolución convergente puede explicar las similitudes observadas entre especies.

Sin embargo, la observación repetida de ritmos de 12 horas en diferentes organismos respalda su importancia funcional. Estos ritmos pueden ayudar a las células a prepararse para cambios metabólicos o ambientales predecibles, como horarios de alimentación o cambios en la temperatura corporal, como se propone en la hipótesis de la “hora punta” para la preparación metabólica.

Implicaciones clínicas de la alteración de los ritmos de 12 horas.

La evidencia emergente sugiere que los ritmos alterados de 12 horas pueden contribuir a las enfermedades humanas. En un estudio, muestras de cerebro de personas con esquizofrenia mostraron una expresión genética alterada durante 12 horas, particularmente en vías asociadas con el mantenimiento neuronal y el plegamiento de proteínas (respuesta de proteínas desplegadas). Aunque no está claro si esta interferencia contribuye al trastorno o a sus resultados, los resultados sugieren una exploración de una relación.

En ratones, los ritmos de 12 horas son sensibles al estado metabólico. La obesidad y los horarios de alimentación irregulares frenan estos ciclos. Esto plantea la posibilidad de que mantener ritmos ultradianos saludables pueda ayudar a proteger contra trastornos metabólicos y cognitivos. Así como la medicina circadiana ha transformado los enfoques sobre el sueño y los trastornos hormonales, la cronobiología ultradica tiene el potencial de informar futuras estrategias de tratamiento para enfermedades psiquiátricas y metabólicas, aunque se necesita más investigación.

Conclusiones

Los ritmos de doce horas ahora se reconocen como una capa clave del tiempo biológico, que regula procesos críticos como el metabolismo, la respuesta al estrés y la función inmune. Si bien algunos ciclos de 12 horas parecen originarse en el sistema circadiano, otros pueden estar impulsados ​​por diferentes mecanismos que involucran factores de transcripción como XBP1. La evidencia de especies marinas, ratones y humanos destaca la presencia generalizada y la importancia potencial de estos ritmos. Su trastorno se ha observado en condiciones como la esquizofrenia y la obesidad. Comprender cómo se generan y mantienen estos ritmos ultradianos puede conducir a estrategias innovadoras para la prevención de enfermedades y la atención médica personalizada.

Fuentes: