El descubrimiento de proteínas arroja luz sobre los ritmos circadianos

resumen: Los investigadores han identificado una proteína importante, Tenm3, en el sistema visual de los ratones, que estabiliza los ritmos circadianos modulando la respuesta del cerebro a la luz. Este descubrimiento tiene importantes implicaciones para el tratamiento de los trastornos del sueño y el desfase horario.

Los ritmos circadianos desempeñan un papel vital en la regulación del sueño, la vigilia y otros comportamientos circadianos, y sus alteraciones pueden provocar problemas de salud.

Al comprender el papel de Tenm3, los investigadores pretenden desarrollar intervenciones para los trastornos del sueño y el desfase horario, que en última instancia beneficien la salud humana.

Hechos clave:

1. La proteína Tenm3 en el sistema visual ayuda a conectar el cerebro para mantener ritmos circadianos estables, incluso en condiciones de luz cambiantes.
2. Los ratones que carecen de Tenm3 muestran una mayor sensibilidad a las señales luminosas, lo que permite una rápida modulación de los ritmos circadianos.
3. Esta investigación tiene aplicaciones potenciales en el diagnóstico y tratamiento de los trastornos del sueño y en la mitigación de los efectos del desfase horario en humanos.

fuente: Medicina Johns Hopkins

Científicos de la Facultad de Medicina de la Universidad Johns Hopkins y de los Institutos Nacionales de Salud han identificado una proteína en el sistema visual de ratones que parece ser clave para estabilizar los ritmos circadianos del cuerpo al reducir la respuesta del cerebro a la luz.

Los resultados fueron publicados el 5 de diciembre. Biología PLoSLos autores del estudio dicen que este estudio promueve los esfuerzos para tratar mejor los trastornos del sueño y el desfase horario.

“Si los ritmos circadianos se modificaran con cada cambio rápido de iluminación, como un eclipse o un día muy oscuro y lluvioso, no serían muy efectivos para regular comportamientos cíclicos como el sueño y el hambre.

“La proteína que identificamos ayuda a conectar el cerebro durante el desarrollo neurológico para permitir respuestas estables a los desafíos del ritmo circadiano del día a día”, dice Alex Kolodkin, Ph.D., profesor del Departamento de Neurociencia de la Universidad Johns Hopkins y subdirector del instituto. Para ciencias biomédicas básicas.

Kolodkin codirigió el estudio con el Dr. Samer Hattar, jefe de la División de Luz y Ritmos Circadianos del Instituto Nacional de Salud Mental.

Los científicos saben desde hace mucho tiempo que la mayoría de los organismos tienen un “reloj” circadiano, un conjunto de ritmos biológicos que funciona alrededor de las 24 horas del día e influye en el estado de alerta, la somnolencia, el apetito y la temperatura corporal, entre otros comportamientos cíclicos.

Interrumpir este sistema (a través del trabajo por turnos o viajando largas distancias a través de múltiples zonas horarias y luminosas en humanos, por ejemplo) puede tener graves consecuencias.

Estudios anteriores vinculan las alteraciones persistentes del ritmo circadiano con un mayor riesgo de cáncer, depresión y una serie de otros problemas médicos.

Los sistemas circadianos se “entrenan” esencialmente mediante la exposición a la luz. Aunque los investigadores han logrado avances significativos en las últimas décadas en la identificación de los mecanismos responsables de los ritmos circadianos, no está claro cómo el cerebro se conecta a ellos.

Para obtener más información, Kolodkin y Hattar, junto con los primeros autores del estudio, John Honiara, Kat Daly y sus colegas, buscaron en una base de datos de moléculas biológicas encontradas durante el desarrollo en el centro para controlar los ritmos circadianos en el cerebro del ratón: el núcleo supraquiasmático (SCN). .

Ubicada en lo profundo del hipotálamo del cerebro humano y del ratón, esta red está ubicada cerca de áreas que controlan la visión y establece conexiones con las células cerebrales que dan lugar a la retina, la parte del ojo que detecta la luz.

El equipo de investigación se centró rápidamente en una proteína de la superficie celular llamada Teneurin-3 (Tenm3), parte de una familia más amplia de proteínas que desempeñan funciones clave en el conjunto de circuitos del sistema visual y, de manera más general, en otros circuitos del sistema nervioso central.

Cuando los investigadores modificaron genéticamente ratones para bloquear la producción de Tenm3, los animales desarrollaron menos conexiones entre la retina y el SNS, en comparación con los animales con Tenm3 intacto.

Sin embargo, los ratones que carecían de Tenm3 desarrollaron una conectividad mucho mayor entre las células del núcleo y la corteza del SCN, donde Tenm3 tiende a localizarse.

Para descubrir cómo Tenm3 podría estabilizar o alterar los ritmos circadianos incluso con una pequeña cantidad de luz, los científicos diseñaron una serie de experimentos.

Primero, entrenaron ratones que carecían de Tenm3 en un ciclo de luz/oscuridad de 12 horas, luego adelantaron el período de oscuridad seis horas. Los ratones con Tenm3 intacto tardaron unos cuatro días en restablecer sus ritmos circadianos con este cambio, según lo medido por los patrones de actividad diagnósticos de los ciclos normales de sueño. Los animales sin Tenm3, sin embargo, se adaptaron mucho más rápidamente, en aproximadamente la mitad del tiempo.

Cuando los investigadores realizaron un experimento similar con el doble de luz tenue que en la prueba anterior, a los ratones sanos con Tenm3 les llevó unos ocho días ajustar sus ciclos biológicos, pero sólo unos cuatro días a los ratones sin Tenm3.

Incluso un pulso de luz tenue de solo 15 minutos estimuló a ratones que carecían de Tenm3, pero no a ratones con proteína Tenm3 normal, para producir una sustancia química cerebral que actúa como sustituto de la exposición a la luz, lo que sugiere una mayor sensibilidad a las señales de luz necesarias para la preparación. O restablecer el reloj biológico.

Estos hallazgos sugieren a los autores que Tenm3 ayuda a conectar el cerebro para mantener ritmos circadianos estables incluso cuando la exposición a la luz es variable. Al aprender más sobre este sistema y el papel de Tenm3, dice Hatter, los investigadores eventualmente podrán diagnosticar y tratar las disfunciones que conducen al insomnio y otros trastornos del sueño en las personas, o tal vez desarrollar tratamientos para el desfase horario.

“Hay implicaciones muy claras para la salud humana”, afirma.

Otros investigadores de Johns Hopkins que contribuyeron a este estudio incluyen a Catherine Torres.

Financiación: Este estudio fue financiado por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (R01EY032095) y el Programa de Investigación Intramural del NIMH (ZIAMH002964).

Acerca de las noticias de investigación sobre genética y ritmo circadiano.

autor: vanessa es moderadora
fuente: Medicina Johns Hopkins
comunicación: Vanessa Wasta – Medicina Johns Hopkins
imagen: Imagen acreditada a Neuroscience News.

Búsqueda original: Acceso abierto.
“Teneurin-3 regula la generación de circuitos visuales que no forman imágenes y la respuesta a la luz en el núcleo supraquiasmático.“Por Alex Kolodkin et al. Biología PLoS

un resumen

Teneurin-3 regula la generación de circuitos visuales que no forman imágenes y la respuesta a la luz en el núcleo supraquiasmático.

La función del sistema visual depende del establecimiento de conexiones precisas entre los axones de las células ganglionares de la retina (CGR) y sus objetivos centrales en el cerebro.

Aunque se han logrado algunos avances en la identificación de moléculas que regulan la conectividad de las RGC necesarias para el ensamblaje y la función de los circuitos fotoformadores, sorprendentemente se sabe poco sobre los factores necesarios para que las RGC intrínsecamente fotosensibles (ipRGC) se dirijan a un componente clave de los circuitos no fotogénicos. – Circuitos moduladores: núcleo supraquiasmático (SCN).

Además, se desconocen las moléculas necesarias para formar circuitos importantes para los comportamientos circadianos dentro del SCN. Aquí observamos que la molécula de adhesión Teneurin-3 (Tenm3) se expresa altamente en las neuronas del péptido intestinal vasoactivo (VIP) ubicadas en la región basal del SCN.

Debido a que Tenm3 es necesario para otros aspectos del desarrollo del sistema visual de los mamíferos, investigamos las funciones de Tenm3 en la regulación de la conectividad y función de ipRGC-SCN.

Nuestros resultados muestran que Tenm3 regula negativamente la asociación entre las neuronas VIP y la arginina vasopresina (AVP) dentro del SCN y es esencial para la inervación axonal M1 ipRGC al SCN. En concreto, en tenm3^-/- En ratones, encontramos una inervación ventromedial reducida del SCN.

A pesar de esta reducción, tenm3^-/- Los ratones tienen una mayor sensibilidad a la luz y un reentrenamiento más rápido para la progresión de fase, posiblemente debido a una mayor conectividad entre las neuronas VIP y AVP.

Estos datos muestran que Tenm3 desempeña un papel clave en el desarrollo de circuitos del sistema visual que no forman imágenes y que afecta las respuestas de los ratones a los estímulos luminosos que avanzan en fase.