Descubren cómo cuatro genes centrales coordinan dos relojes biológicos diferentes en un mismo organismo

Un equipo de la Facultad de Medicina UMass Chan y del Laboratorio de Biología Marina de Woods Hole demostró que cuatro genes centrales del reloj biológico también regulan los ritmos circatidales en el crustáceo Parhyale hawaiensis.

Según un estudio en la revista Current Biology, la investigación identificó el papel de los genes Per, Cry2, Bmal1 y Clk en el control de los ciclos circadianos y circatidales.

De acuerdo con el artículo de Phys.org, una mejor comprensión de ese mecanismo podría aportar herramientas para estudiar alteraciones del sistema circadiano asociadas con el desfase horario, el trabajo por turnos, la adicción, el metabolismo y la obesidad.

Un doble sistema de tiempo

El reloj circadiano es un mecanismo biológico que produce y sostiene ciclos de 24 horas en los seres vivos. Su función es permitir que los organismos anticipen los cambios entre el día y la noche y adapten su comportamiento y sus procesos internos a ese ciclo.

En animales como las mariposas monarca y las aves migratorias, ese mecanismo sirve para orientarse con la posición del sol y para determinar cuándo iniciar sus desplazamientos estacionales. En los humanos, interviene en las secuencias de sueño y vigilia, además de influir sobre funciones como el metabolismo y la liberación de hormonas.

En cambio, los ritmos circatidales son ciclos biológicos de aproximadamente 12,4 horas sincronizados con las mareas, basados en una organización genética distinta.

Como otros animales, P. hawaiensis, un diminuto crustáceo parecido a un camarón, tiene un reloj circadiano sincronizado con los periodos de luz y oscuridad. Pero además cuenta con un sistema biológico de 12,4 horas, que le permite ajustar su conducta al ritmo de las mareas.

Los genes que comparten ambos relojes

Trabajos previos de los colaboradores Patrick Emery y Joshua Rosenthal ya habían mostrado que el gen Bmal1 era necesario tanto para los ritmos de comportamiento circadianos como para los circatidales en esta especie.

A partir de esa base, la nueva investigación amplió el análisis e identificó otros tres genes centrales implicados: Cry2, Per y Clk. Los investigadores determinaron que cada uno de esos componentes se expresa en las células nerviosas específicas que integran los dos mecanismos internos del crustáceo.

La autora del trabajo, Victoria Louis, investigadora postdoctoral en el laboratorio de Emery, observó que los genes compartidos no se conectan del mismo modo en todas las neuronas. Esa diferencia en la conexión transcripcional explica cómo un mismo conjunto de componentes puede sostener patrones con duraciones distintas.

El estudio detectó una diferencia clave

Según el estudio, en las neuronas circatidales que controlan el ritmo de las mareas, la proteína CLK reduce la actividad del gen Per sin depender de BMAL1. Eso marca una diferencia con las del reloj diario, en las que ese control funciona de otra manera.

Esa diferencia muestra que el gen Per no se regula de la misma manera en ambos tipos de neuronas, ya que utilizan mecanismos distintos para activarlo o inhibirlo. Los llamados factores de transcripción son las moléculas encargadas de esa tarea y contribuyen a determinar cómo funciona cada célula.

Para Emery, “los genes que construyen estos relojes parecen ser bastante plásticos, ya que pueden generar ritmos de entre 12,4 y 24 horas, ajustando su mecanismo para permitir diferentes periodicidades”.

También señaló el posible alcance de esa flexibilidad para estudios futuros: “Esta plasticidad es interesante, ya que contribuye a nuestra comprensión de los mecanismos del reloj biológico y podría ayudarnos, en algún momento, a ajustar nuestro sistema circadiano si lo necesitamos por una razón u otra”.

El estudio aporta una base para seguir analizando de qué manera un mismo sistema genético puede organizar los mecanismos internos con tiempos distintos dentro de un solo organismo.