Recuento de los Premios Nobel: la importancia del reloj biológico

El Premio Nobel de Medicina 2017 fue entregado a los investigadores estadounidenses Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young por sus "descubrimientos de los mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano", según lo anunció la Asamblea Nobel del Instituto Karolinska de Estocolmo, el pasado 2 de octubre.

De acuerdo con el doctor Raúl Aguilar Roblero, del Instituto de Fisiología Celular de la UNAM, estos descubrimientos son muy importantes porque identifican y describen cómo funciona a nivel celular y molecular el oscilador, es decir, el “péndulo” del reloj circadiano en la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster).

Esta es también, de acuerdo con el investigador, la más importante demostración de que los genes controlan la conducta.  

Cambio de paradigma

Las funciones del organismo no se mantienen constantes a lo largo del día, presentan variaciones que se repiten aproximadamente cada 24 horas. Así, durante el día y la noche nuestro organismo experimenta verdaderos retos de adaptación y presenta momentos de alta o baja actividad. Esto no sólo ocurre en los seres humanos, sino que también las plantas y los animales presentan estos ciclos.

Estos cambios, que quizá para nosotros ya son tan cotidianos, es decir, sabemos que de día estamos despiertos y tenemos más energía, mientras que de noche nuestro organismo se prepara para dormir y descansar, son producto de millones de años de evolución de la vida en la Tierra y son parte de lo que conocemos como ritmos circadianos.

Conocer los mecanismos moleculares del ritmo circadiano (descubiertos por los ganadores del Nobel de Medicina este 2017) ha permitido descubrir que los genes reloj están estrechamente imbricados con los genes de regulación metabólica, con los genes de regulación del ciclo celular y con los genes que regulan diversos procesos de actividad del sistema nervioso central, como las síntesis de neurotransmisores, explicó el doctor Aguilar Roblero.

• Los genes reloj pueden modificar nuestro estado de ánimo y de salud, por lo tanto, el desajuste de los ritmos circadianos puede producir cáncer, promover el desarrollo del síndrome metabólico y la diabetes. Se sabe que está asociado a las manifestaciones de la esquizofrenia y a la depresión estacional.

La interacción de los genes reloj con otros sistemas de control genético del organismo les es de vital importancia en la medicina y sus implicaciones, y es a lo que el doctor Aguilar Roblero llama un cambio de paradigma en nuestra forma de entender el funcionamiento del cuerpo y tratar sus enfermedades.

Un ejemplo de cómo los genes reloj pueden controlar nuestra conducta, se observa en las personas que presentan el síndrome de viajero transmeridiano o jet lag, quienes al llegar a su destino se sienten cansadas, con sueño, tienen desajustes en su actividad intestinal y con baja capacidad de concentración, presentando algunos hasta cambios en su estado de ánimo. Una vez que el reloj biológico de la persona se ajusta al nuevo horario, estos síntomas desaparecen.

En México, esto ocurre, en forma aún más ligera, con el cambio de horario de verano. Los primeros días las personas pueden presentar cambios en su conducta y estado de ánimo.

Genes reloj

Nuestro planeta rota sobre su eje en una periodicidad de 24 horas, la cual genera ciclos de luz y oscuridad, de temperatura y de radiaciones. En este ambiente hostil y cíclico se originó la vida. Uno de los primeros retos adaptativos que tuvieron los primeros organismos primitivos, fue lidiar con esas variaciones ambientales, de tal forma que cuando la vida surgió como ahora la conocemos, ya habían integrado estas variaciones a su código genético.

Estos ritmos circadianos, al estar integrados al código genético, tienen mecanismos internos en cada organismo para medir el tiempo, a lo cual se le conoce como “relojes biológicos”.

El doctor Raúl Aguilar Roblero explicó que “el reloj circadiano son los procesos celulares, a todos los niveles, desde el molecular, hasta los más complejos como actividad neuronal, etcétera, que se encargan de medir el tiempo y de transmitir esa señal de tiempo al resto del organismo para generar la expresión y la manifestación de los ritmos circadianos que nosotros vemos”.

Los investigadores Hall, Rosbash y Young estudiaron las bases moleculares de los ritmos circadianos en la mosca de la fruta. Encontraron que había genes que controlaban el ritmo circadiano que llamaron “genes reloj”. Después identificaron las proteínas que estos genes producían y cómo interactuaban entre sí; a esto los expertos llaman “oscilador circadiano molecular”, es decir, el péndulo del reloj.

Con el fin de identificar cómo funcionaba este reloj, los norteamericanos ganadores del Premio Nobel lograron aislar el gen PER, el cual se acumula durante el día y se degrada por la noche. También encontraron el gen TIM, el cual es necesario para un adecuado funcionamiento circadiano normal.

Hasta la fecha se han encontrado cerca de 20 genes, en diferentes especies, que están involucrados en esta maquinaria de medición del tiempo a nivel celular. Estos genes están relacionados entre sí. Al respecto el doctor Aguilar explicó: “esto es muy importante, pues el mecanismo molecular se repite en todos los animales y hasta donde sabemos en todas las plantas, con genes muy parecidos entre sí o con mecanismo de acción  prácticamente idéntico”.

Estudios en México

En el laboratorio que dirige el doctor Aguilar Roblero, en el Instituto de Fisiología Celular,  estudian cuáles son los procesos del cerebro que se encargan de regular la expresión de los ritmos circadianos. Explicó que el reloj circadiano a nivel cerebral se encuentra en el núcleo supraquiasmático y su interés se centra en estudiar cómo regulan esas células los ritmos en el resto del cerebro.

Por ejemplo, como parte de sus investigaciones, han encontrado que los genes reloj controlan el calcio intracelular y comentó: “las células tienen calcio guardado adentro, sobre todo las neuronas, que sirve para decirle a las membranas que tan fácil o difícil es para ella generar impulsos nerviosos. Nosotros hemos demostrado dónde está guardado ese calcio y a través de qué canales se libera de sus depósitos. Ese canal que libera el calcio está regulado por los genes reloj”.

Agregó que los niveles de calcio suben en el día y bajan en la noche, lo cual permite que las células de estas neuronas reloj disparen más frecuentemente en el día que en la noche y es ese código binario el que le dice al resto del cuerpo qué hora es. Recientemente estudian canales de cloro que se localizan en la membrana de la célula y que son sensibles al calcio. Estos canales pueden o no estar involucrados en las diferencias de disparo de estas células y eso es lo que tratan de determinar.

El doctor Aguilar Roblero señaló que el Premio Nobel de Medicina 2017 es una prueba de la importancia de apoyar la ciencia básica, es decir, “proyectos que querían obtener conocimientos por sí mismo, no porque quisieran buscar la solución a ningún problema concreto, ni de la sociedad, ni de salud; era el conocimiento por el conocimiento mismo, que es la base de la ciencia. En ciencia básica nunca sabremos dónde va a saltar la liebre”, concluyó.