Miles de organismos poseen un reloj interno que regula sus rutinas diarias. Un equipo de científicos de Argentina, Estados Unidos y el Reino Unido ha descubierto que algunas neuronas clave en este reloj cambian su forma y conexiones a lo largo del día.
Liderado por la científica argentina Fernanda Ceriani, del Conicet y la Fundación Instituto Leloir, este hallazgo sugiere que el reloj biológico no solo ajusta los horarios, sino que también modula las conexiones entre neuronas, que se multiplican por la mañana y disminuyen por la noche, al mismo tiempo que se producen cambios en la energía celular.
La investigación, publicada en la revista Current Biology, podría tener implicaciones importantes para comprender mejor los ciclos de sueño y vigilia, así como para el desarrollo de tratamientos para trastornos relacionados con el tiempo biológico, como la enfermedad de Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas.
En el trabajo también colaboraron Juan Ignacio Ispizua, Micaela Rodriguez-Caron, Francisco Tassara y Christian Carpio, de la Fundación Instituto Leloir y el Conicet en Argentina.
También participaron colegas de la Universidad de California en San Diego, el científico argentino Horacio de la Iglesia, que trabaja en la Universidad de Washington, y expertos de la Universidad de Leicester, en el Reino Unido.
Durante años, se ha buscado comprender cómo miles de procesos corporales se sincronizan con la luz y la oscuridad. Las neuronas del reloj biológico organizan el ritmo diario, pero hasta ahora no se sabía si su estructura cambiaba visiblemente a lo largo del día.
Observar estos cambios representaba un desafío tecnológico, ya que requería una precisión que no estaba disponible para detectar diferencias microscópicas diarias.
Los investigadores que publicaron en Current Biology desarrollaron un método directo para visualizar estos cambios invisibles.
Reconstruyeron con detalle la arquitectura de las terminales neuronales de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) en diferentes momentos del día. Intentaron detectar si las conexiones neuronales y la maquinaria celular que genera energía varían entre la mañana, la tarde y la noche.
Utilizaron microscopía electrónica volumétrica para crear modelos tridimensionales de los extremos neuronales y observaron tres momentos del día: las primeras horas de luz, la transición y la noche. Esto les permitió descubrir cambios diarios en las conexiones y en las mitocondrias, que son las fábricas de energía de las células.
Las varicosidades axonales, zonas donde se transmiten señales y energía, fueron clave en el estudio. El análisis reveló que el número y tamaño de estas varicosidades fluctúan a lo largo del ciclo diario.
Los investigadores observaron un aumento de las conexiones neuronales por la mañana, con una mayor cantidad de sitios donde las neuronas liberan mensajes químicos.
“Nuestra investigación aportó pruebas de los cambios diarios en el tamaño y volumen de las terminales neuronales, además de en el número total de varicosidades, sitios sinápticos, vesículas y mitocondrias”, afirmó la doctora Ceriani.
Los científicos utilizaron diversas líneas de moscas modificadas y técnicas moleculares para verificar los resultados y evitar errores.
También detectaron diferencias en la forma de las mitocondrias según el momento del día: más redondeadas por la mañana y más alargadas por la noche. Utilizaron modelos matemáticos y análisis de imágenes para detallar estas formas.
Entre los principales resultados, el trabajo “demuestra que los cambios estructurales implican no solo alteraciones en el tamaño y complejidad, sino también la adición de nuevas varicosidades y sitios de sinapsis”, resaltó la científica.
El estudio plantea interrogantes sobre si estos cambios en el reloj biológico también ocurren en otros animales y en humanos, y sobre quién regula exactamente estos cambios diarios en las neuronas.
El equipo destacó que los métodos y datos están disponibles para cualquier laboratorio que desee explorar más, y subrayó la importancia de la ciencia colaborativa.
