Las fluctuaciones en la intensidad de la luz permiten recuperar la regularidad de los ritmos circadianos. Esta es la principal conclusión de un trabajo realizado por Javier Buceta, líder del grupo The.Si.M.Bio.Sys. Group (Modelización Teórica y In Silico de Sistemas Biológicos) del centro Co.S.Mo Lab –con sede en el Parc Científic Barcelona– y Antoni Díez-Noguera, decano de la Facultad de Farmacia de la Universitat de Barcelona y líder del grupo de cronobiología del Departamento de Fisiología de esta facultad. En la investigación también han colaborado Ekkehard Ullner y J. García Ojalvo, de la Universitat Politècnica de Catalunya. El estudio, que se publica hoy 6 de mayo en Biophysical Journal, bajo el título "Noise-induced coherence in multicellular circadian clocks" (doi:10.1016/j.bpj.2009.02.031), protagoniza la portada de la revista.

En organismos superiores, como los mamíferos, los ritmos circadianos están generados por un reloj genético multicelular, situado en dos regiones del hipotálamo conectadas entre sí –denominadas núcleos supraquiasmáticos (NSQ)–, con unas 10.000 neuronas cada una. Para generar y regular los ritmos circadianos, nuestro reloj biológico se sirve del comportamiento celular «cooperativo» de las neuronas del NSQ. Estas neuronas generan oscilaciones auto- sostenidas y coherentes, e interactúan de forma acoplada –a través de un circuito genético– formando un ritmo único (ritmo circadiano), modulado muy eficientemente por el ciclo de alternancia luz–oscuridad de las 24 horas del día.

Varios estudios habían demostrado que la arritmia estaba relacionada con la carencia de coordinación entre las expresiones periódicas de proteínas de las neuronas del NSQ: cuando un animal se vuelve arrítmico, estas están desincronizadas. También se sabía que la luz constante es una de las causas de la arritmia. Las neuronas sólo son capaces de generar oscilaciones auto-sostenidas y coherentes si la iluminación es suficientemente baja. Pero cuando se incrementa la intensidad, el comportamiento coherente se pierde y el ritmo biológico se distorsiona: los animales se vuelven arrítmicos.

Los investigadores del estudio se plantearon la posibilidad de recuperar la ritmicidad de un animal en estas condiciones, mediante fluctuaciones en la intensidad de la luz, y decidieron utilizar técnicas de modelización matemática para simular las interacciones genéticas y celulares del sistema neuro-fisiológico que regula el reloj biológico. Este experimento in silico tiene gran interés porque ha permitido descubrir que las fluctuaciones en la intensidad de la luz ayudan a restablecer la ritmicidad y la coherencia de los ritmos circadianos, y no la distorsionan, como se podría pensar de forma intuitiva.

En el trabajo los científicos también investigaron como la interacción entre las fluctuaciones de la luz y el acoplamiento intercelular afectaba la dinámica del ritmo colectivo. Los resultados de la investigación han contribuido a mejorar la comprensión del circuito genético de las aproximadamente 20.000 neuronas que controlan los ritmos circadianos, y profundizar sobre la influencia de la expresión periódica de las proteínas en el proceso de sincronización de este reloj multicelular.

Para avalar las hipótesis de este estudio in silico, sus autores están realizando ensayos in vivo con ratones, liderados por Antoni Díez-Noguera, decano de la Facultad de Farmacia de la Universitat de Barcelona, i líder del grupo de Cronobiología del Departamento de Fisiología de esta Facultad. Díez-Noguera trabaja desde hace más de 30 años en el estudio del sistema circadiano de los roedores.