Como ya hemos documentado en este medio, la investigación científica está dando en los últimos años importantes pasos para comprender mejor cómo funcionan nuestros ritmos circadianos y su influencia en muchos comportamientos y enfermedades. 

Un ejemplo de estos avances, son los resultados de una nueva investigación que utiliza la última tecnología de microscopía crioelectrónica para identificar la estructura del fotosensor de los reloj circadiano las mosca de las frutas (Drosophila melanogaster), uno de los principales organismos utilizados para el estudio de los ritmos circadianos. 

Los resultados de la investigación, publicados recientemente en Nature, abren nuevas e interesantes perspectivas para abordar problemas como el jet lag, el insomnio y otros trastornos del sueño. 

Arrojando luz de cómo funcionan los ritmos circadianos en las moscas de la fruta

El estudio se centró en los criptocromos de las moscas de la fruta, componentes clave de los relojes circadianos de plantas y animales, incluidos los humanos. En las moscas y otros insectos, los criptocromos, activados por la luz azul, actúan como los principales sensores de luz para establecer los ritmos circadianos.

El objetivo del fotosensor criptocromo, conocido como «Timeless» (TIM), es una proteína grande y compleja que no se había podido visualizar anteriormente, lo que dificultaba la comprensión de sus interacciones con los criptocromos.

Los ritmos circadianos funcionan a través de lo que básicamente son bucles de retroalimentación genética. Los investigadores descubrieron que la proteína TIM, junto con su pareja, la proteína Period (PER), actúan en conjunto para inhibir los genes responsables de su propia producción. Con adecuadas pausas entre los eventos de expresión y represión génica, se establece una oscilación en los niveles de proteína.

Esta oscilación representa el «tic-tac del reloj» y parece ser bastante única en los ritmos circadianos, según señaló Brian Crane, autor principal del estudio y profesor de química y biología química en el College of Arts and Sciences. La luz azul, explicó Crane, cambia la química y la estructura del cofactor de flavina del criptocromo, lo que permite que la proteína se una a la proteína TIM e inhiba la capacidad de TIM para reprimir la expresión génica y, de esta manera, reiniciar la oscilación.

Gran parte del trabajo del estudio se dedicó a averiguar cómo producir el complejo de criptocroma-TIM para que pudiera ser estudiado, ya que TIM es una proteína grande y difícil de manejar. Para lograr estos resultados, Changfan Lin, también autor principal del estudio, modificó la proteína criptocromo para mejorar la estabilidad del complejo criptocromo-TIM y utilizó técnicas innovadoras para purificar las muestras, haciéndolas adecuadas para la obtención de imágenes de alta resolución.

“Estos nuevos métodos nos permitieron obtener imágenes detalladas de las estructuras de proteínas y obtener información valiosa sobre su función. Esta investigación no solo profundiza nuestra comprensión de la regulación del ritmo circadiano, sino que también abre nuevas posibilidades para desarrollar terapias dirigidas a procesos relacionados” detalla Lin. 

Adaptación a latitudes más altas

El estudio también ofrece una explicación de la variación genética de las moscas que les permite adaptarse a latitudes más altas, donde los días son más cortos en invierno y es más fresco. Estas moscas tienen más de una cierta variante genética que implica un cambio en la proteína TIM, y no estaba claro por qué la variación podría ayudarlas. 

Los investigadores descubrieron que debido a la forma en que el criptocromo se une a TIM, la variación reduce la afinidad de TIM por el criptocromo. Luego se modula la interacción entre las proteínas y se cambia la capacidad de la luz para restablecer la oscilación, alterando así el reloj circadiano y extendiendo el período de la latencia de la mosca, lo que le ayuda a sobrevivir al invierno.

“Algunas de las interacciones que vemos aquí en la mosca de la fruta se pueden mapear en las proteínas humanas. Este estudio puede ayudarnos a comprender las interacciones clave entre los componentes que regulan el comportamiento del sueño en las personas, como cómo los retrasos críticos en el mecanismo básico de sincronización se integran en el sistema”; concluye Crane. 

En el estudio también participaron Shi Feng, estudiante de doctorado en el campo de la biofísica, que hizo gran parte del trabajo de microscopía crioelectrónica y Cristina C. DeOliveira, estudiante de doctorado en el campo de la bioquímica y la biología molecular y celular. 

Imagen de portada: Pixabay