Investigadores de la Universidad de Nagoya, pertenecientes al Instituto de Bio-Moléculas Transformativas de Japón (ITbM), han encontrado una nueva forma de regular los relojes biológicos de las células, que podría conducir al desarrollo de tratamientos para una gran variedad de afecciones, incluido el trastorno del sueño.
Los relojes circadianos son osciladores bioquímicos que regulan los aspectos rítmicos del comportamiento y la fisiología. A través de estos osciladores, los procesos biológicos se sincronizan con los cambios ambientales diarios causados por la rotación de la Tierra alrededor del Sol. Mantener todos los relojes circadianos celulares perfectamente sincronizados dentro de un organismos es crucial para su funcionamiento normal y saludable. Se ha demostrado que la interrupción de la función del reloj circadianos promueve una ámplia variedad de enfermedades, como el Alzheimer, enfermedades cardiovasculares, enfermedades gastrointestinales y enfermedades psicológicas, entre otras. Actualmente existen tres estrategias principales en el tratamiento de los trastornos del ritmo circadiano: optimizar el estilo de vida circadiano (“entrenar el reloj circadiano”), optimizar el tiempo de las terapias (“cronometrar la medicación”) y enfocarse en componentes específicos el reloj circadiano (“medicar el reloj”).
“Ofrecemos un nuevo enfoque para controlar con precisión la función del reloj biológico utilizando la luz”, explica el bioquímico del ITbM Tsuyoshi Hirota, quien dirigió la investigación junto con el químico Ben Feringa de la Universidad de Groningen en los Países Bajos. “El reloj circadiano controla los ritmos diarios de nuestra fisiología. Su mal funcionamiento está relacionado con muchas enfermedades, como el trastorno del sueño, enfermedades metabólicas y el cáncer. Una nueva forma de controlar el reloj circadiano podría revelar los mecanismos moleculares de este reloj y formar la base de una futura terapéutica que permite afrontar enfermedades relacionadas con los ritmos circadianos”.
El enfoque de los investigadores se basó en el control de una molécula llamada longdaysin, que encontraron que es la responsable de la regulación de los relojes circadianos celulares. Esta se une a una enzima llamada CKI, inhibiendo su actividad y alargando el tiempo para que el reloj biológico pase por un ciclo de sueño-vigilia.
Para controlar este proceso, el equipo desarrolló una “jaula” química para la longdaysin que responde a la luz, denominada como photo-removable protecting group (PPG). En condiciones de oscuridad, el PPG evitó que la longdaysin se uniera al CKI. Cuando el compuesto se expuso a luz ultravioleta o púrpura, el PPEG emitió la longdaysin, lo que permitió unirse e inhibir el CKI. Este proceso fue exitoso en células humanas, tejidos de ratones y en larvas de pez cebra.
Este nivel de control sobre la molécula longdaysin con la luz podría conducir al desarrollo de terapias que permitan ajustar los relojes circadianos de las personas con afecciones de trastorno del sueño por alteración del ritmo circadiano de Tipo fase del sueño (TSRC). Las mutaciones genéticas de la enzima CKI conducen al desarrollo de esta afección, lo que hace que una persona tenga de forma crónica una horario de sueño con varios horas de adelanto en relación al deseado o establecido convencionalmente.
Los investigadores están convencidos que su estudio también podría ayudar al desarrollo de nuevas investigaciones sobre la organización circadiana en mamíferos, identificando la relación entre la interrupción del reloj circadiano y el desarrollo de enfermedades, así como la búsqueda de terapias que usen la luz para su regulación y tratamiento.
Los siguientes planes del equipo son investigar la manipulación de los relojes circadianos dentro de diversas poblaciones celulares así como analizar como los relojes circadianos se comunican entre sí en las células de forma individual.
Créditos de imagen de portada: Issei Takahashi, Nagoya University
