La sinfonía diaria del reloj neuronal

por para Ciencia Hoy el . Publicado en Grageas, Número 155.

La vida ha evolucionado en una Tierra que gira sobre su propio eje con un período aproximado de veinticuatro horas. Esa rotación provoca la perpetua sucesión de días y noches. Los organismos que tienen la capacidad de anticipar los cambios de luz y de temperatura que resultan del movimiento del planeta, y pueden ajustar su fisiología consecuentemente, poseen una ventaja adaptativa. Por eso, en la génesis de los procesos biológicos encontramos un reloj circadiano, que es un sistema que sincroniza las diversas funciones periódicas de plantas y animales. En los humanos ese reloj está localizado en el cerebro y consiste en unas 20.000 neuronas ubicadas en la región denominada núcleo supraquiasmático.

Ese conjunto de neuronas relojes se sincronizan con información del ambiente, principalmente con la luz, y transmiten datos y órdenes al resto del cuerpo. Así, por ejemplo, organizan los ritmos de sueño y vigilia, las fluctuaciones diarias en la temperatura corporal o los movimientos intestinales. En la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) solo unas 150 neuronas de su sistema nervioso central cumplen esa función. Investigar el comportamiento de este insecto tiene una enorme ventaja metodológica: se puede provocar con facilidad cambios en sus genes para inferir cuál es el aporte de determinado gen a algún proceso.

 

Izquierda: Macaca fuscata juvenil. Foto Daisuke Tashiro, Wikipedia Commons. | Derecha: Homo sapiens adulto.

La visión más aceptada por los científicos sobre el funcionamiento del reloj circadiano de Drosophila es que no todas las neuronas relojes son equivalentes: hay algunas que actúan como marcapasos y otras como esclavas. En la mosca de la fruta las neuronas marcapasos son ocho, que sincronizan la acción de las otras por medio de un neuropéptido conocido como PDF.

Los neuropéptidos son moléculas compuestas por cortas cadenas de aminoácidos que permiten una comunicación lenta entre neuronas. Pero si las neuronas marcapasos son fundamentales para poner en fase a todasq las neuronas relojes, deberían poder comunicarse con estas de manera rápida. Para esto pueden recurrir a neurotransmisores clásicos, unas sustancias pequeñas que alteran las propiedades eléctricas de la neurona que las recibe o –la forma más rápida– por contactos eléctricos directos.

En experimentos de laboratorio se constató que con alterar en la mosca de la fruta la disponibilidad del neurotransmisor glicina (GLY) en solo las pocas neuronas marcapasos se cambiaba el ritmo de actividad/reposo del insecto. Fue la primera comprobación del cometido del GLY en la regulación de las funciones periódicas de invertebrados como, entre otros, insectos y crustáceos.

Los resultados de dichos experimentos sugieren que las neuronas marcapasos, además de valerse del PDF para enviar la información que sincroniza el resto de los relojes, utilizan GLY como señal rápida. Además establecieron que así como la función del PDF es provocar que entren en acción las neuronas esclavas, la del GLY es inhibir esa acción. De esa manera, la actuación de los relojes se asemeja a una orquesta que interpreta una sinfonía dirigida por las neuronas marcapasos. Estas disponen de dos batutas para conducir a las neuronas esclavas, una (PDF) que las excita y otra (GLY) que las inhibe, y van ajustando la actividad de la red neuronal circadiana de acuerdo con las señales ambientales para dar con la música adecuada para cada momento del día.

Más información

Frenkel L et al., 2017, ‘Organization of circadian behavior relies on glycinergic transmission’, Cell Reports, 19, 1: 72-85, doi: 10.1016/j.celrep.2017.03.034.