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20 de septiembre de 2023

De relojes internos, moscas y otras yerbas: los misterios de las neuronas reloj

Tic, tac, tic, tac… ¿Tendrá hora nuestro cerebro? ¿Sabrá, aún sin tener reloj, en qué momento del día o de la noche estamos? Desde hace ya varios años, la ciencia local e internacional estudia los ritmos circadianos, patrones biológicos que, vaya casualidad, siguen un ciclo de, aproximadamente, 24 horas (sí, adivinó: “circa” significa “alrededor de”, y “diem” significa “día”. O sea, patrones que ocurren con una frecuencia de “alrededor de un día”).

La cuestión es que todos (grandes y niños, quien escribe esta nota y usted, lector o lectora, también) tenemos una suerte de mecanismo interno que ajusta nuestra fisiología y nuestro comportamiento a la hora del día. Y el funcionamiento de estos ritmos reside en neuronas específicas del cerebro, llamadas “neuronas reloj”. Ahora, ¿esto se estudia directamente en humanos? A veces sí y a veces no. Algunos grupos de investigación basan sus trabajos en la mosca de fruta, un organismo modelo que permitió comprender el funcionamiento molecular de los ritmos circadianos.

“Sabemos que, para entender este fenómeno, no alcanza con saber cómo funciona cada neurona reloj individual, tenemos que averiguar cómo funciona la red neuronal como un todo. Nuestro trabajo de investigación explora de qué manera se comunican las neuronas reloj en la mosca de la fruta”, plantea Florencia Fernández-Chiappe, becaria postdoctoral en la Universidad de Boston.

Todo esto viene a cuento de que un trabajo integrado por Fernández-Chiappe, otros científicos del IBioBA e investigadores del Instituto Leloir se propuso indagar cómo se producen los impulsos eléctricos que permiten la comunicación de las neuronas.

“Estos impulsos eléctricos se propagan desde el núcleo de la neurona hacia la punta del axón, una prolongación larga y delgada de la neurona que se encarga de transmitir estas señales eléctricas, y que puede estar muy lejos del núcleo- continúa la explicación Fernández-Chiappe, primera autora del trabajo-. Y es en la punta del axón donde la llegada de un impulso eléctrico libera neurotransmisores que son sensados por la siguiente neurona de la red, propagando, así, la información”.

Más aún, el grupo de estudio buscó indagar cuáles mecanismos químicos son los que permiten que las neuronas reloj (sí, las responsables de los ritmos circadianos) en las moscas de fruta produzcan impulsos eléctricos de manera adecuada para cumplir la función de dirigir los ritmos circadianos. O, en otras palabras, para que el “director” dirija correctamente a cada “músico” de la orquesta, que es el organismo.

10 días, 100 años, mil aportes

Cuenta Nara Muraro, investigadora del CONICET con sede de trabajo en el IBioBA e integrante del equipo, que trabajar con moscas tiene muchas ventajas experimentales. “Por ejemplo, las moscas son baratas de mantener en el laboratorio y ocupan poco espacio, con lo cual es posible hacer experimentos con muchos individuos, brindándole robustez a los descubrimientos”, apunta la investigadora, autora corresponsal del paper junto a Fernanda Ceriani, del Instituto Leloir.

Además, explica la científica, su ciclo de vida es corto, pudiendo producir una generación nueva de moscas en solo 10 días. “Las moscas de la fruta se usan en laboratorios de investigación desde hace más de 100 años y, cuanto más sabemos de ellas, más fácil es estudiarlas”, resalta Muraro.

Antes de seguir, una pequeña cuestión técnica que juega en esto de los mecanismos de impulsos eléctricos. Resulta que, para que haya corrientes eléctricas (recordemos, la forma de comunicación entre neuronas) es necesario el movimiento de partículas cargadas eléctricamente. En la producción de corrientes eléctricas de las neuronas, las partículas cargadas son los iones, como el sodio y el potasio, y estas partículas se mueven hacia adentro o hacia afuera de las membranas celulares, a través de poros especiales llamados canales iónicos. Como explica la comunidad científica, existen muchos tipos de canales iónicos, y las posibilidades de una neurona de producir diferentes señales eléctricas se basa principalmente en la cantidad, variedad y ubicación de sus canales iónicos.

Para identificar a los canales iónicos que juegan un rol importante en las neuronas reloj, el grupo de trabajo se basó, justamente, en las posibilidades experimentales que brinda la mosca de la fruta. “Fuimos bloqueando genéticamente uno a uno decenas de posibles canales iónicos candidatos y midiendo, comportamentalmente, si los ritmos circadianos se veían afectados”, detalla Fernández-Chiappe.

Y aquí es donde entra de lleno el experimento: a los insectos así manipulados les apagaron la luz durante varios días y se fijaron si, a pesar de no haber ciclos de luz y oscuridad, las moscas seguían organizando su actividad de manera cíclica.

“Si el canal bloqueado es importante para la comunicación de las neuronas en cuestión, entonces esperamos que la actividad rítmica se pierda en condiciones constantes, ya que se perdería la comunicación de la red neuronal que constituye el reloj interno”, resume Muraro.

Y se hizo la luz (y luego se apagó…para volver a prenderse)

Con esta metodología, el equipo de investigación pudo identificar ocho canales iónicos específicos que son importantes para la función de las neuronas de la mosca. “Pero ojo, eso lo vimos a nivel del comportamiento de las moscas, después tuvimos que chequear si efectivamente los canales que identificamos modifican los impulsos eléctricos neuronales, que era la hipótesis inicial. En una primera etapa, lo hicimos solo para uno de los ocho canales iónicos identificados”, advierten desde el equipo.

El canal que eligieron estudiar en este trabajo produce la llamada “corriente h”. Para ver si esta corriente h juega un rol en la determinación de los impulsos eléctricos de las neuronas reloj de la mosca, lo midieron directamente utilizando una técnica llamada electrofisiología.

¿Cómo sigue la historia? Lo cuentan en primera voz las protagonistas: “Diseccionamos el cerebro de moscas con la corriente h bloqueada y, usando un electrodo extremadamente fino, medimos los impulsos eléctricos de las neuronas reloj. Medimos esto en varios cerebros de moscas con la corriente h bloqueada y en varios cerebros de moscas control. Lo que encontramos es que, en las neuronas con la corriente h bloqueada, los impulsos eléctricos estaban organizados de manera diferente: en ráfagas de impulsos de menor frecuencia”.

Luego, el equipo se fijó qué efecto tenía esta modificación de los impulsos eléctricos sobre los neurotransmisores de estas neuronas y pudieron observar que, en neuronas con la corriente h bloqueada, los neurotransmisores no llegaban eficientemente a la punta del axón, por lo que la comunicación de la red neuronal se veía afectada.

“Por último, medimos cómo dormían las moscas con la corriente h bloqueada. Dormir es un comportamiento claramente dirigido por nuestro reloj circadiano y lo mismo sucede en las moscas. Encontramos que la corriente h es necesaria para que las moscas tengan los niveles y la calidad de sueño habitual”, resalta Muraro, confirmando la importancia de esta corriente iónica en los procesos en las neuronas reloj.

Los aportes hechos por el equipo de investigación en este trabajo pueden resultar claves, ya que los humanos también tienen ritmos circadianos, con neuronas reloj y con canales iónicos con corriente h. “Los experimentos que hicimos en moscas de la fruta pueden servir para entender cómo se generan los impulsos eléctricos en nuestras neuronas. Nuestro trabajo se enmarca dentro de lo que se llama ciencia básica, es decir, tratar de entender los mecanismos biológicos que permiten el correcto funcionamiento de, en este caso, un circuito neuronal”, especifica Fernández-Chiappe.

Solamente después de entender muy bien cómo se da un fenómeno, cuentan las protagonistas de esta historia, es que se puede llegar a la ciencia aplicada, es decir, a trasladar los conocimientos adquiridos para producir tratamientos para curar diferentes enfermedades. Siempre y cuando, claro, esos ritmos circadianos funcionen correctamente y las de vigilia (y de sueño) se mantengan bien organizadas en los que hagan ciencia.

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