NIH ¿Madrugador o noctámbulo?

Leyenda: La caseína quinasa 1 (CK1) regula el PERÍODO, una proteína central en el reloj biológico de las personas. Crédito: Clarisse Ricci, Universidad de California, San Diego.

NIH, Madrugador o noctámbulo

Early Riser o Night Owl? Nuevo estudio puede ayudar a explicar la diferencia

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Leyenda: La caseína quinasa 1 (CK1) regula el PERÍODO, una proteína central en el reloj biológico de las personas.
Crédito: Clarisse Ricci, Universidad de California, San Diego.
Pieza por pieza, comenzando a comprender los mecanismos biológicos de nuestros mecanismos vivientes. William Warby , CC POR

Algunas personas son madrugadores, completamente despiertos al amanecer. Otros son noctámbulos que parecen no poder acostarse hasta bien pasada la medianoche y prefieren dormir. ¿Por qué es esto? Un equipo financiado por los NIH tiene algunas pistas nuevas basadas en evidencia que muestra cómo un “interruptor” molecular conectado a los relojes biológicos de los madrugadores extremos los lleva a operar en un ciclo diario de aproximadamente 20 horas en lugar de un ciclo completo de 24 horas o circadiano. (Latín para “aproximadamente un día”), ciclo [1].

Estos nuevos detalles a nivel atómico, compartidos desde las moscas de la fruta hasta los humanos, pueden ayudar a explicar cómo las variaciones más sutiles del reloj predisponen a las personas a seguir diferentes patrones de sueño. También pueden conducir a nuevos tratamientos diseñados para reiniciar el reloj en personas que luchan con trastornos del sueño, desfase horario o trabajo nocturno.

Carrie Partch

Este trabajo, publicado recientemente en la revista eLIFE , proviene de Carrie Partch, Universidad de California, Santa Cruz, y sus colegas de la Facultad de Medicina Duke-NUS en Singapur y la Universidad de California, San Diego. Se basa en décadas de investigación sobre relojes biológicos, que ayudan a controlar el sueño y la vigilia, el descanso y la actividad, el equilibrio de líquidos, la temperatura corporal, la frecuencia cardíaca, el consumo de oxígeno e incluso las secreciones de las glándulas endocrinas.

Estos relojes, que se encuentran en las células y tejidos de todo el cuerpo, están compuestos por conjuntos especializados de proteínas. Interactúan de formas específicas para regular la transcripción de aproximadamente el 15 por ciento del genoma durante un período de 24 horas. Toda esta interacción ayuda a alinear las horas de vigilia y otros aspectos de nuestra fisiología con el paso de 24 horas del día y de la noche.

En el último artículo, Partch y sus colegas se centraron en dos componentes principales del reloj: una enzima conocida como caseína quinasa 1 (CK1) y una proteína llamada PERIODO. Las mutaciones que alteran el reloj en CK1 y PERIODO se conocen desde hace muchos años. De hecho, CK1 fue descubierto en estudios de hámsters dorados hace más de 20 años después de que los investigadores notaron que un hámster se despertaba mucho antes que los demás [2,3].

Resulta que el momento de los relojes biológicos está fuertemente influenciado por el aumento y la caída de la proteína PERIODO. Esta oscilación diaria normalmente tiene lugar durante 24 horas, pero ahí es donde CK1 entra en escena. La enzima ajusta los niveles de PERIODO modificando químicamente la proteína en uno de los dos sitios, ajustando así su estabilidad. Cuando se modifica un sitio, mantiene la proteína protegida y estable. En el otro sitio, lo deja desprotegido y degradable.

Muchos de estos detalles se han resuelto a lo largo de los años. Pero, Partch quería profundizar aún más para responder una pregunta esencial: ¿por qué este proceso normalmente toma 24 horas, que es notablemente lento bioquímicamente? Y, ¿qué cambios en aquellos cuyo ciclo diario se acorta mucho?

Para averiguarlo, su equipo realizó una serie de estructuras de proteínas y análisis bioquímicos de la mutación CK1 que se encontró originalmente en los hámsters, junto con varias otras versiones de la enzima que alteran el reloj que se encuentran en organismos que van desde moscas hasta humanos. Lo que descubrieron es que una porción de CK1 actúa como un interruptor. Cuando este interruptor funciona normalmente, genera un ciclo de 24 horas casi perfecto al mantener la estabilidad de PERIODO a la perfección. En este caso, las personas alinean de manera fácil y correcta sus relojes internos con el ir y venir diario de la luz del día.    NIH ,Madrugador o noctámbulo?

Si el cambio favorece una descomposición más rápida de la proteína, el ciclo diario se acorta y se une menos a la luz del día. Para estos madrugadores, es una lucha constante adaptarse a la vida en un mundo de 24 horas. Aunque intentan sincronizarse, estos madrugadores nunca pueden ponerse al día. Por el contrario, un interruptor que favorezca un colapso más lento alargará el reloj y predispondrá a algunos a ser noctámbulos.  NIH ,Madrugador o noctámbulo?

Tales cambios en el tiempo del reloj pueden surgir de alteraciones en la enzima CK1 o en la proteína PERIODO. De hecho, las personas con un trastorno del sueño hereditario llamado Síndrome de fase avanzada del sueño familiar tienen una mutación en la proteína PERIODO en uno de los lugares que modifica CK1. El nuevo trabajo muestra que este cambio hace que el PERIODO sea más estable al interferir con la capacidad de la enzima para marcar la proteína para la degradación.  NIH ,Madrugador o noctámbulo?

Una cosa que hace que la enzima CK1 sea tan fascinante es que es extremadamente antigua. ¡Se puede encontrar una versión casi idéntica de la enzima a la de los humanos y los hámsters en las algas verdes unicelulares! Está claro que esta enzima y su función en los relojes biológicos es, evolutivamente hablando, bastante especial. Y en un nivel, eso tiene mucho sentido: nuestro planeta ha funcionado con un reloj de 24 horas durante todo el período de tiempo evolutivo.

Las versiones de CK1 que el equipo de Partch estudió aquí son raras en las personas. Ahora planea estudiar otras variaciones que aparecen en los humanos con mucha más frecuencia.

Sus descubrimientos seguramente ofrecerán una vista fascinante de estos relojes internos y, perdón por el juego de palabras, cómo nos hacen funcionar a todos. Espera que conduzcan a nuevas formas de ajustar el reloj en aquellos con trastornos del sueño e incluso a los medios para reiniciar el reloj en personas que viajan regularmente al extranjero o trabajan en el turno de noche.

En última instancia, a Partch le gustaría aprovechar la interferencia entre los relojes biológicos y la capacidad de las células para reparar su ADN. Ella quiere ver si las interrupciones del reloj tienen alguna implicación para la susceptibilidad al cáncer. Y sí, ahora es un buen momento para encontrar la respuesta.

Texto original ingles:  Early Riser or Night Owl? New Study May Help to Explain the Difference

referencias :

[1] La dinámica de la caseína quinasa 1 subyace a la selectividad del sustrato y al fosfoswitch circadiano PER2 . Philpott JM, Narasimamurthy R, Ricci CG, Freeberg AM, Hunt SR, Yee LE, Pelofsky RS, Tripathi S, Virshup DM, Partch CL. eLIFE. 2020 11 de febrero; 9.

[2] Una mutación del sistema circadiano en hámsters dorados . Ralph MR, Menaker M. Science. 1988 2 de septiembre; 241 (4870): 1225-7.

[3] Clonación sinténica posicional y caracterización funcional de la mutación circadiana de mamíferos tau . Lowrey PL, Shimomura K, Antoch MP, Yamazaki S, Zemenides PD, Ralph MR, Menaker M, Takahashi JS. Ciencias. 21 de abril de 2000; 288 (5465): 483-92.

Enlaces :

Ritmos circadianos (Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales / NIH)

Síndrome de fase avanzada del sueño, familiar (Centro de enfermedades raras y genéticas / NIH)

Laboratorio de Partch  (Universidad de California, Santa Cruz)

Apoyo de los NIH: Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales ; Oficina del director

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