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Científicos dirigidos por Toru Takumi en el Instituto de Ciencia Cerebral RIKEN en Japón han descubierto un mecanismo clave que subyace en cómo los animales realizan un seguimiento de las estaciones. El estudio, publicado en 'Proceedings of the National Academy of Sciences', muestra cómo la maquinaria del reloj circadiano en el cerebro codifica los cambios estacionales en la duración de la luz del día a través de la actividad de GABA junto con los cambios en la cantidad de cloruro ubicado dentro de ciertas neuronas.
El control del tiempo estacional es importante para los animales, así como las personas, y estudios recientes indican que se lleva a cabo por la misma parte del cerebro que gobierna nuestros ritmos circadianos diarios. Ésta área del cerebro, llamada núcleo supraquiasmático (SCN), expresa cíclicamente ciertos genes "reloj" durante un periodo de 24 horas, pero no todas las neuronas funcionan al mismo ritmo. Dos regiones en el SCN están un poco desincronizadas y, a medida que aumenta la duración del día, también lo hace la diferencia de fase entre ellas.
Para entender cómo sucede esto, los científicos primero midieron los niveles de expresión del gen del reloj Bmal1 en las áreas dorsal y ventral de SCN de ratones que habían estado viviendo largos ciclos de luz de día o ciclos cortos. Como era de esperar, los niveles cíclicos de Bmal1 en las regiones dorsal y ventral del grupo de días largos estaban desfasadas, mientras que los del grupo de días cortos estaban sincronizadas. Análisis de modelado predijeron que el acoplamiento entre las dos regiones no es una calle de dos vías y que esta asimetría hace que la región dorsal se vuelva desfasada cuando aumenta la luz del día.
El equipo de investigación encontró que el neurotransmisor GABA juega un papel importante en este proceso. En la mayoría de los casos, GABA inhibe la actividad de las neuronas, pero algunas neuronas SCN resultan realmente excitadas por GABA. El autor principal Jihwan Myung explica: "GABA se convierte en excitatorio cuando los niveles de cloruro dentro de las neuronas son altos. Se sospecha que los cambios de función de GABA a través del SCN podrían representar la fuerza de repulsión que empuja a estos dos grupos de neuronas a desincronizarse".
Cuando los investigadores bloquearon la actividad de GABA, la brecha de desfase observada en el grupo de días largos desapareció y los ciclos de los niveles Bmal1 llegaron a parecerse a los del grupo de días cortos, que no se vio afectado. Esto sugirió al equipo que GABA tiene un efecto especial en el SCN dorsal.
Para probar esta hipótesis, midieron los niveles de expresión de otros dos genes --NKCC1 y KCC2-- que son responsables de la importación y exportación de cloruro. Los autores encontraron que en SCN de los días largos, la relación de expresión de los dos genes en el dorsal SCN cambió de modo que se importó mucho más cloruro.
Esto hizo que el efecto de GABA fuera preferentemente excitatorio en la región dorsal. El bloqueo de la importación de cloruro anuló la fase de brecha observada en el grupo de día largo y como se predijo por el modelo, incluso hizo SCN en ciclos cortos de luz del día de 12 horas similar al grupo de días cortos.
"Al igual que en otros animales, nuestros cuerpos no pierden de vista las estaciones --plantea Myung-- y los cambios repentinos en la duración del día por estaciones pueden causar trastorno afectivos graves en algunas personas. Entender cómo ajustar nuestro reloj interno estacional podría llevar a formas efectivas de ayudar a las personas cuyos relojes internos se han interrumpido".
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