El tiempo lo es todo, para nuestros genes

El tiempo lo es todo, para nuestros genes

Los científicos de Salk descubren que la actividad genética crítica sigue un reloj biológico, lo que afecta las enfermedades del cerebro y el cuerpo

LA JOLLA—Para todo hay una temporada. Este dicho se aplica a muchos esfuerzos humanos, pero una nueva investigación muestra que es cierto incluso a nivel molecular. Un estudio del Instituto Salk publicado en la revista Ciencias: el 8 de febrero de 2018, descubrió que la actividad de casi el 80 por ciento de los genes sigue un ritmo diurno/nocturno en muchos tipos de tejidos y regiones cerebrales.

Si bien los científicos saben desde hace mucho tiempo que muchos tejidos siguen estos ciclos, llamados ritmos circadianos, este es el estudio más completo que conecta el tiempo con la transcripción de genes (el proceso de copiar ADN en ARN para guiar el ensamblaje de proteínas).

“Esta es la primera vez que se establece un mapa de referencia de la expresión génica diaria”, dice panda satchidananda, profesor en el Laboratorio de Biología Reguladora de Salk y autor principal del artículo. “Es un marco para comprender cómo la interrupción circadiana causa enfermedades del cerebro y el cuerpo, como la depresión, la enfermedad de Crohn, la EII, las enfermedades cardíacas o el cáncer. Esto tendrá un gran impacto en la comprensión de los mecanismos o la optimización de las curas para al menos 150 enfermedades”.

Usando secuenciación de ARN, el equipo de investigación rastreó la expresión génica en docenas de diferentes tejidos de primates no humanos cada 2 horas durante 24 horas. El equipo descubrió que cada tejido contenía genes que se expresaban en diferentes niveles según la hora del día. Sin embargo, el número de estos genes “rítmicos” varió según el tipo de tejido, desde unos 200 en la pineal, los ganglios linfáticos mesentéricos, la médula ósea y otros tejidos hasta más de 3,000 en la corteza prefrontal, la tiroides, el músculo glúteo y otros. Además, los genes que se expresaban con mayor frecuencia tendían a mostrar más ritmicidad o variabilidad en el tiempo.

De los 25,000 11,000 genes del genoma de los primates, casi 96.6 XNUMX se expresaron en todos los tejidos. De esos (que en su mayoría gobiernan las funciones celulares de rutina, como la reparación del ADN y el metabolismo energético), el XNUMX por ciento fueron particularmente rítmicos en al menos un tejido, variando drásticamente según el momento en que se tomaron muestras.

En la mayoría de los tejidos, la transcripción de genes alcanzó su punto máximo temprano en la mañana y al final de la tarde y se calmó por la noche después de la cena, alrededor de la hora de acostarse. Con el 81.7 por ciento de los genes que codifican proteínas experimentando un efecto rítmico, este mecanismo de sincronización está mucho más extendido de lo que se sospechaba anteriormente.

“Estos hallazgos brindan nuevos conocimientos que podrían influir en cómo se valida la investigación científica. Por ejemplo, los científicos que intentan replicar trabajos anteriores pueden prestar más atención a cuándo se realizaron ensayos específicos”, dice el coautor principal del artículo, Howard Cooper, científico visitante en el Instituto Salk. Además de informar nuevos métodos de investigación, este mecanismo de sincronización molecular también podría afectar la eficacia de los medicamentos. En el futuro, los farmacéuticos pueden proporcionar a los pacientes instrucciones más detalladas sobre la frecuencia y cuándo tomar drogas.

"Mostramos que más del 80 por ciento de los objetivos de fármacos aprobados por la FDA son rítmicos en al menos un tejido", dice Ludovic Mure, científico del personal de Salk y primer autor del artículo. “Además del objetivo del fármaco, el reloj circadiano puede modular muchos otros mecanismos que afectan la eficacia o la toxicidad del fármaco, como su absorción, metabolización y excreción”.

El atlas de expresión génica del equipo de Salk también podría ayudar a los científicos a esclarecer cómo los estilos de vida nocturnos afectan la salud humana. Esto podría aplicarse a los trabajadores por turnos o a cualquier persona que se desvíe regularmente del ciclo día/noche. Además, este trabajo también podría hacer avanzar los estudios sobre el envejecimiento, ya que estos ritmos a menudo se interrumpen a medida que las personas envejecen.

“Esta es una lista de cómo los genes se expresan diferencialmente en diferentes órganos, y eso nos dará un marco para comprender si el trabajo por turnos y otras interrupciones cambian la forma en que se expresan los genes”, dijo Panda. "Para la investigación anterior del ritmo circadiano, no teníamos una referencia, por lo que esto es como tener un genoma humano de referencia".

Otros autores del artículo fueron Hiep Le, Giorgia Benegiamo, Max Chang y Luis Rios de Salk; Ngalli Jillani, Ngotha ​​Maini y Thomas Kariuki de los Museos Nacionales de Kenia; y Ouria Dkhissi-Benyahha de la Universidad de Lyon e INSERM.

El trabajo fue apoyado por una subvención de innovación del Instituto Salk, el Departamento de Defensa, la Fundación Chapman y Helmsley Charitable Trust, el Centro Glenn para la Investigación del Envejecimiento y las Fundaciones Fyssen y Catharina.