Relación entre los niveles de energía y los mecanismos de control del sueño

El jet lag y la desorientación derivada de los cambios en los horarios de trabajo que afectan a una parte significativa de la sociedad podrían pasar a la historia.
Relación entre los niveles de energía y los mecanismos de control del sueño

El sueño, o la falta del mismo, pueden determinar el rendimiento cognitivo, relacionado tanto con diversos accidentes como con un mayor riesgo de graves problemas de salud. Un mayor conocimiento de los vínculos existentes entre los niveles de energía celular, la transcripción génica y los ritmos del sueño podría mejorar la comprensión de los trastornos del sueño, así como de los efectos perjudiciales que produce la falta del mismo.

El ritmo y la calidad del sueño están determinados por un proceso homeostático que compensa la falta de sueño, así como por un ritmo circadiano que determina el tiempo del día durante el cual es conveniente dormir. Incluso pequeños desequilibrios entre estos dos procesos, como la descompensación horaria o jet lag, tienen efectos muy importantes, lo que indica que el control del sueño es muy importante para el rendimiento cognitivo y la calidad de vida.

Tal y como sugieren estudios anteriores llevados a cabo por los miembros del proyecto Redoxsleepcircadian («El potencial de reducción como interfaz entre la homeostasis del sueño y los ritmos circadianos»), financiado por la UE, los principales genes del reloj biológico cooperan en la regulación homeostática del sueño y en la generación del ritmo circadiano, a pesar de que se pensaba que estos dos ciclos funcionan de manera independiente. Además, tanto CLOCK como NPAS2, los dos genes que controlan dicho reloj, dependen del potencial de reducción de las células, lo que indica que los dos mecanismos de control del sueño están relacionados a través del metabolismo celular.

El objetivo del proyecto Redoxsleepcircadian, recientemente concluido, consistió en estudiar los procesos celulares que determinan el rendimiento durante el día y la calidad del sueño. Los investigadores determinaron los cambios en el estado de reducción-oxidación (redox) asociados a la inducción de ritmos circadianos en los fibroblastos, un tipo de células del tejido conjuntivo.

El empleo de sondas genéticas redox y de un sistema de captación de imágenes a distintos tiempos permitió determinar las variaciones en el potencial de reducción de los fibroblastos vivos. Los aumentos en la transcripción de los genes del reloj biológico Per1 y Per2 producidos durante la falta de sueño podrían ser un indicio del déficit energético asociado a estados de vigilia prolongada. Per1 y Per2 están controlados directamente por CLOCK y NPAS2.

Tal y como mostraron los resultados, Per2 regula tanto los mecanismos circadianos como aquellos inducidos por la actividad, ambos fundamentales para la regulación de los periodos de sueño y vigilia. Además, la retroalimentación molecular que da lugar al ritmo circadiano permite regular los requisitos de la necesidad homeostática de sueño.

Paralelamente, los investigadores del proyecto estudiaron también el gen Per2 en ratones. La falta de sueño (FS) desencadena un aumento en la expresión de este gen en los roedores. Los científicos demostraron que este aumento en los niveles de la proteína Per2 en el cerebro de los ratones sigue diferentes dinámicas. Este hecho resultó especialmente significativo en la corteza cerebral, así como en el hígado y en el riñón.

De manera reseñable, la falta prolongada de sueño afecta a la expresión del ARN de Per2 a través de mecanismos circadianos y no circadianos, lo que provoca sistemáticamente un aumento en los niveles de la proteína. Esto sugiere que no existe separación entre los dos ciclos.

Al término del proyecto, los investigadores de Redoxsleepcircadian estaban investigando el papel del núcleo supraquiasmático (NSQ), una minúscula región de la línea media del cerebro que constituye el principal centro generador del ritmo circadiano. El NSQ es un elemento fundamental en la relación entre los genes del reloj biológico, el sueño y la vigilia, regulando una gran cantidad de actividades neuronales y hormonales.

La capacidad para controlar los ritmos del sueño podría suponer un importante beneficio para los pacientes con trastornos del sueño. El jet lag y la desorientación derivada de los cambios en los horarios de trabajo que afectan a una parte significativa de la sociedad podrían pasar a la historia.

 

Center for Integrative Genomics-University of Lausanne

Center for Integrative Genomics-University of Lausanne. Resultado del programa FP7-PEOPLE, financiado con fondos comunitarios

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