Amparo Tolosa, Genética Médica News

Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young han sido galardonados hoy con el Premio Nobel de Medicina de 2017, por sus descubrimientos sobre los mecanismos moleculares que controlan los ritmos circadianos. El trabajo de los tres investigadores ha sido clave para saber cómo se sincroniza nuestro reloj biológico interno con las diferentes fases del día e identificar los diferentes componentes moleculares que intervienen en este proceso.

Desde hace tiempo se sabe que las plantas y los animales, incluyendo a la especie humana, presentan oscilaciones a lo largo del día en la actividad de algunos procesos biológicos. Estas oscilaciones reciben el nombre de ritmos circadianos, y se sincronizan con ciclos ambientales –principalmente con aquellos definidos por la luz y la temperatura, como por ejemplo el día y la noche –para  optimizar el funcionamiento del organismo.

Hall y Rosbach fueron los primeros en aislar un gen cuyas mutaciones alteraban el reloj interno de un animal. Sus trabajos con la conocida mosca de la fruta, Drosophila melanogaster, les permitieron identificar el gen period y observar que los niveles de la proteína que produce, PER, oscilaban a lo largo de un ciclo de 24 horas: PER se acumulaba durante la noche y se degradaba durante el día, de forma sincronizada al ritmo circadiano.

Michael Rosbash y Jeffrey Hall definieron un sistema de regulación de la expresión de period en el que es la propia proteína PER la que limita la producción cuando alcanza niveles elevados. Según este modelo de regulación, cuando period está  activo se producen moléculas de ARN mensajero del gen, que son transportadas al citoplasma de la célula para la síntesis de proteína PER. Cuando los niveles de proteína PER en el citoplasma comienzan a aumentar y la proteína empieza a acumularse, PER forma un complejo con la proteína TIM (codificada por timeless, segundo gen circadiano en ser identificado, en este caso por el equipo de Michael W. Young) y es transportada al núcleo celular. Una vez en esta localización, el complejo TIM-PER puede acceder al material hereditario y bloquear la expresión de period. Young identificó otro gen, doubletime que codifica para una proteína que retrasa la acumulación de proteína PER y ajusta la oscilación a un ciclo de 24 horas. Desde entonces, se han caracterizado múltiples componentes moleculares del reloj biológico y se ha ido perfilando con mayor precisión los mecanismos reguladores de su función.

El reloj biológico anticipa y adapta diferentes procesos fisiológicos a las fases del día. Un ejemplo típico es la regulación de los patrones de sueño con el día y la noche. Otros procesos también regulados por ritmos circadianos son los patrones de alimentación, la liberación de algunas hormonas como la cortisona, la temperatura corporal o la presión sanguínea. Además, aunque el reloj circadiano actúa en todo el organismo, estudios recientes indican que la mayor parte de las oscilaciones son específicas de órgano, lo que sugiere que la regulación de los procesos biológicos llevada a cabo por el reloj interno es diferente en cada órgano.

La alteración en la sincronización del reloj biológico con los ciclos ambientales externos puede repercutir en la salud. Esto es lo que ocurre, por ejemplo, cuando viajamos a zonas con diferente huso horario: nuestro cuerpo aterriza con un reloj interno que no corresponde al momento del ciclo día-noche al que está expuesto y sufrimos el conocido jet-lag. Por otra parte, la desincronización de los ritmos circadianos también se ha asociado a un aumento en el riesgo a desarrollar algunas enfermedades, como cáncer, trastornos metabólicos o desórdenes del sueño.

Conocer los mecanismos de los ritmos circadianos no sólo puede acercarnos a un mejor conocimiento de nuestra fisiología sino que también tiene aplicaciones importantes en la práctica clínica. Por ejemplo, elegir el momento del día en el que se administran algunos tratamientos, especialmente aquellos en los que intervienen las hormonas, para que se sincronicen con los ritmos circadianos, podría proporcionar una mayor eficacia para ciertas terapias.

El trabajo de Hall, Rosbach y Young abrió hace más de 20 años el camino hacia la identificación de los componentes moleculares que intervienen en la adaptación circadiana a las pautas ambientales. Por la repercusión de estos mecanismos sobre la salud humana, resulta acertado honrarles con un premio dirigido a aquellos que contribuyen al mayor beneficio de la humanidad, como es el Premio Nobel.

Fuentes:

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017. https://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2017/press.html

Artículos de interés sobre investigaciones sobre los ritmos circadianos en la salud humana:

Una variante del gen CRY1 retrasa el reloj biológico interno y la fase de sueño.

Ritmos circadianos y tratamiento contra el cáncer

La alteración del reloj biológico promueve y acelera el desarrollo de cáncer

El gen PER1 regula el ritmo circadiano de la alimentación

Nuevo atlas de expresión de genes circadianos