Primer estudio en tiempo real del reloj circadiano

El reloj circadiano, crucial para los ritmos diarios de todos los organismos y sus respuestas a las señales ambientales, se ha estudiado de una manera que nunca antes se había hecho. Los científicos pudieron rastrear el reloj y sus funciones en tiempo real, utilizando un diminuto organismo acuático llamado Synechococcus elongatus. Como su reloj circadiano funciona de manera similar al humano, puede aportar datos interesantes sobre nuestros propios ritmos diarios.

Un grupo de científicos liderado por la Universidad de California en San Diego, en Estados Unidos, ha logrado un importante avance en la comprensión del reloj circadiano, el ciclo de 24 horas que se sincroniza con la exposición a la luz y la oscuridad y maneja los ritmos diarios de los organismos. Los especialistas lograron crear un método para estudiar cómo el reloj circadiano se sincroniza con el medio ambiente en tiempo real, una herramienta crucial para resolver diferentes dudas sobre su funcionamiento e impacto.

Los ritmos de la vida

Los relojes biológicos internos están presentes en todo el árbol de la vida, marcando el ritmo diario de las actividades y el comportamiento de los diferentes organismos, incluyendo por supuesto al ser humano. En otras palabras, el reloj circadiano funciona como un despertador o una alarma interna, que dispara procesos orgánicos, fisiológicos o cerebrales en función de los ciclos de luz y oscuridad que se suceden día tras día. 

De esta manera, nos despertamos a una hora determinada, incluso muchas veces sin la ayuda de ningún dispositivo, porque nuestro reloj circadiano regulariza nuestras funciones corporales y mentales para que esto sea posible. En ese sentido, aún se desconoce en profundidad el impacto que puede llegar a tener en el ser humano el desajuste de nuestro reloj circadiano, aunque hay estudios que relacionan esta falta de coordinación con enfermedades graves, como el cáncer o el Alzheimer.

Ahora, tal como describen en un artículo científico publicado recientemente en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), los científicos a cargo del nuevo estudio lograron controlar en tiempo real el sistema circadiano de la cianobacteria Synechococcus elongatus, que se basa en una “nanomáquina” de tres proteínas, la cual se somete a un ciclo oscilatorio de alrededor de 24 horas. 

Un funcionamiento integrado

El “marcapasos” de este reloj circadiano es un oscilador central formado por tres proteínas: KaiA, KaiB y KaiC. La información temporal se transmite a un factor de transcripción, RpaA, a través de dos quinasas, CikA y SasA, que interactúan físicamente con el complejo Kai. Todo este sistema permite que las “órdenes” del marcapasos se traduzcan en funciones y cambios vitales para el funcionamiento diario del organismo. 

Como este sistema es similar al reloj circadiano humano, los investigadores creen que el estudio puede abrir nuevas posibilidades para entender en profundidad cómo se controlan los ritmos diarios de nuestro organismo y qué funciones internas previamente desconocidas del reloj sustentan su mecánica, incluida la forma en que las señales de ajuste de tiempo se transmiten desde su núcleo, conocido como el oscilador, a la expresión de los genes que aseguran un correcto funcionamiento del reloj y se traducen en acciones y reacciones específicas. 

Los científicos buscaron examinar qué sucede cuando el reloj de la cianobacteria se “reinicia” a nivel molecular, de forma similar a cómo nuestros relojes circadianos experimentan cambios cuando modificamos nuestra zona horaria durante un viaje, o cuando se establecen cambios de horario con una periodicidad semestral. 

Sin embargo, en lugar de recolectar muestras de reacciones de forma continua durante tres o cuatro días y compararlos, como se hizo en estudios previos, el nuevo método de alto rendimiento les permitió realizar un seguimiento inmediato de los resultados, obteniendo información clave en tiempo real.

De acuerdo a una nota de prensa, estas mediciones de fluorescencia en tiempo real revelaron que al recibir la misma señal de restablecimiento, el sistema de reloj circadiano de la cianobacteria solo funciona correctamente cuando ambas quinasas (CikA y SasA) interactúan en simultáneo con el “marcapasos” u oscilador central. El sistema de reloj que contienen ambas quinasas tiene una respuesta equilibrada a la señal de reinicio, que es crucial para que la cianobacteria alinee correctamente su reloj interno con el ciclo ambiental.

Esto significa que el oscilador central funciona como los "engranajes" del reloj y las dos quinasas cumplen la función de las "manecillas" del mismo. Si una de estas manecillas se “despega” del ritmo general del sistema, todo el mecanismo pierde eficacia y precisión.