El reloj biológico remodela las conexiones del cerebro según la hora

Miles de organismos poseen un reloj interno que guía sus rutinas diarias. Un equipo de científicos que trabajan en la Argentina, Estados Unidos y Reino Unido comprobó que algunas neuronas clave en ese reloj cambian su forma y conexiones a lo largo de cada día.

Este descubrimiento, liderado por la científica argentina Fernanda Ceriani, del Conicet y la Fundación Instituto Leloir, sugiere que el reloj biológico ajusta más que los horarios: las conexiones entre neuronas se multiplican en las horas de la mañana y disminuyen en la noche, acompañadas por cambios en la energía celular.

El descubrimiento podría tener implicancias para mejorar el conocimiento de los ciclos del sueño y la actividad diaria y para el desarrollo de tratamientos para trastornos relacionados con el tiempo biológico, como la enfermedad de Alzheimer y otras neurodegenerativas, según el equipo de investigadores publicó en la revista Current Biology.

En el trabajo colaboraron también Juan Ignacio Ispizua, Micaela Rodriguez-Caron, Francisco Tassara y Christian Carpio de la Fundación Instituto Leloir y el Conicet en la Argentina.

También participaron colegas de la Universidad de California en San Diego, el científico argentino Horacio de la Iglesia, que trabaja en la Universidad de Washington. Colaboraron expertos de la Universidad de Leicester, en el Reino Unido.

Dudas antiguas sobre el reloj interno

Durante años, se buscó entender cómo miles de procesos del cuerpo se sincronizan con la luz y la oscuridad. Las neuronas del reloj biológico organizan el ritmo diario, pero faltaba saber si su estructura cambia de manera visible con las horas.

Observar esos cambios representaba un reto porque la tecnología no era lo bastante precisa para detectar diferencias microscópicas cada día.

Los investigadores que publicaron en Current Biology desarrollaron una manera directa para visualizar estos cambios invisibles.

Quisieron reconstruir con detalle la arquitectura de las terminales neuronales de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) en diferentes momentos del día.

Intentaron entonces detectar si las conexiones neuronales y la maquinaria celular que mueve energía varían entre mañana, tarde y noche.

Ciencia tridimensional: así cambia el cerebro

Con microscopía electrónica volumétrica, los científicos armaron modelos en 3D de los extremos neuronales.

Observaron tres momentos: primeras horas de luz, transición y noche, y esto les permitió descubrir cambios diarios en las conexiones y en las mitocondrias, que son las fábricas de energía de las células.

Fueron clave las varicosidades axonales, que son zonas donde pasan señales y energía. El análisis demostró que el número y tamaño de estas varicosidades fluctúan durante el ciclo diario.

Los investigadores detectaron un aumento de conexiones en la mañana. Aparecieron más sitios donde las neuronas liberan mensajes químicos.

“Nuestra investigación aportó pruebas de los cambios diarios en el tamaño y volumen de las terminales neuronales, además de en el número total de varicosidades, sitios sinápticos, vesículas y mitocondrias”, afirmó la doctora Ceriani, en diálogo con Infobae.

Los científicos emplearon diversas líneas de moscas modificadas y técnicas moleculares para verificar los resultados y evitar errores.

Detectaron también diferencias en las formas de las mitocondrias según el momento del día: más redondeadas en la mañana y más largas en la noche. Con modelos matemáticos y análisis de imágenes se detallaron esas formas.

Entre los principales resultados, el trabajo “demuestra que los cambios estructurales implican no solo alteraciones en el tamaño y complejidad, sino también el agregado de nuevas varicosidades y sitios de sinapsis”, resaltó la científica.

Qué falta descubrir

El estudio deja preguntas abiertas que interesan a todos los campos de la biología: ¿sucede lo mismo en otros animales y en humanos? ¿Quién regula exactamente estos cambios diarios en las neuronas?

El equipo resaltó que los métodos y datos están disponibles para cualquier laboratorio que quiera explorar más, y subrayaron el poder de la ciencia colaborativa.

Reconocieron que la investigación utilizó un modelo animal y que, aunque se observaron cambios claros, el mecanismo molecular detrás aún no se conoce del todo.

Los resultados invitan a pensar nuevos abordajes para enfermedades asociadas al reloj biológico. Estas observaciones y nuevas hipótesis tendrán importantes implicancias para los trastornos del reloj biológico y otras enfermedades neurológicas.