Les fluctuacions en la intensitat de la llum permeten recuperar la regularitat dels ritmes circadiaris. Aquesta és la principal conclusió d'un treball realitzat per Javier Buceta, líder del grup The.Si.M.Bio.Sys. Group (Modelització Teòrica i In Silico de Sistemes Biològics) del centre Co.S.Mo Lab –ubicat al Parc Científic Barcelona– i Antoni Díez-Noguera, degà de la Facultat de Farmàcia de la Universitat de Barcelona i líder del grup de Cronobiologia del Departament de Fisiologia d'aquesta facultat. En la recerca han col·laborat Ekkehard Ullner i J. García Ojalvo, de la Universitat Politècnica de Catalunya. L'estudi, que es publica avui 6 de maig a Biophysical Journal, sota el títol "Noise-induced coherence in multicellular circadian clocks" (doi:10.1016/j.bpj.2009.02.031), protagonitza la portada de la revista.

En organismes superiors, com ara els mamífers, els ritmes circadiaris estan generats per un rellotge genètic multicel·lular, situat en dues regions de l’hipotàlem connectades entre sí –anomenades nuclis supraquiasmàtics (NSQ)–, amb unes 10.000 neurones cadascuna. Per generar i regular els ritmes circadiaris, el nostre rellotge biològic se serveix del comportament cel·lular “cooperatiu” de les neurones del NSQ. Aquestes neurones generen oscil·lacions auto- sostingudes i coherents, e interactuen de forma acoblada –a traves d’un complex circuit genètic– formant un ritme únic (ritmo circadiari), modulat molt eficientment pel cicle d’alternança llum–foscor de les 24 hores del dia.

Fins ara, diversos estudis havien demostrat que la arítmia estava relacionada amb la manca de coordinació entre les expressions periòdiques de proteïnes de les neurones del NSQ: quan un animal es torna arítmic, aquestes estan desincronitzades. També se sabia que la llum constant es una de les causes de l’arítmia. Les neurones només són capaces de generar oscil·lacions auto- sostingudes i coherents si la il·luminació és suficientment baixa. Però quan s’incrementa la intensitat, el comportament coherent es perd i el ritme biològic es distorsiona: els animals es tornen arítmics.

Els investigadors de l’estudi es van plantejar la possibilitat de recuperar la ritmicitat d’un animal en aquestes condicions, mitjançant fluctuacions en la intensitat de la llum. Per això, van decidir utilitzar tècniques de modelització matemàtica per simular les interaccions genètiques i cel·lulars del sistema neuro-fisiològic que regula el rellotge biològic. Aquest experiment in silico té un extraordinari interès perquè ha permès descobrir que les fluctuacions en la intensitat de la llum ajuden a restablir la ritmicitat i la coherència dels ritmes circadiaris, i no la distorsionen, com es podria pensar de forma intuïtiva.

En el treball els científics també van investigar com la interacció entre les fluctuacions de la llum i l’acoblament intercel·lular afectava la dinàmica del ritme col·lectiu. Els resultats de la recerca han contribuït a millorar la comprensió del circuit genètic de les aproximadament 20.000 neurones que controlen els ritmes circadiaris, i aprofundir sobre la influència de l’expressió periòdica de les proteïnes en el procés de sincronització d’aquest rellotge multicel·lular.

Per avalar les hipòtesis d’aquest estudi in silico, els seus autors estan duen a terme assaigs in vivo amb ratolins, liderats per Antoni Díez-Noguera, líder del grup de Cronobiologia. Díez-Noguera, actual degà de la Facultat de Farmàcia de la Universitat de Barcelona, treballa des de fa més de 30 anys en l’estudi de l’estructura i el funcionament del sistema circadiari dels rosegadors.