El hígado tiene su propio ritmo metabólico y desarrolla su actividad influenciado por el día y la noche, según una investigación que abre nuevos horizontes a la comprensión del metabolismo vinculado al tiempo. Esta investigación ha identificado más de 500 proteínas del hígado que se modifican durante el día en el núcleo de las células, siguiendo el ciclo diurno.
Siguiendo el ciclo del día y de la noche, el hígado posee su propio ritmo metabólico. A través de una proteómica de vanguardia, científicos de la Escuela Politécnica Federal de Lausanne (EPFL) y del Instituto Nestlé de Ciencias de la Salud, han identificado más de 500 proteínas del hígado que se modifican durante el día en el núcleo de las células, lo que desvela una nueva dimensión del metabolismo, informa la citada escuela en un comunicado.
Los procesos biológicos que se desarrollan en nuestro organismo distan mucho de ser estáticos. El ritmo de la mayor parte de estos procesos está dictado por un ciclo biológico interno de 24 horas denominado ritmo circadiano. Los ritmos circadianos o ritmos biológicos son oscilaciones de las variables biológicas en intervalos regulares de tiempo.
A lo largo de cada ciclo de noche y día, numerosos procesos biológicos siguen ondas oscilatorias orquestadas por el ritmo circadiano, lo que les permite adaptarse y anticipar las demandas corporales en un momento concreto del día.
Los científicos del EPFL han utilizado una proteómica avanzada para vigilar la acumulación temporal de más de 5.000 proteínas diferentes en el núcleo de las células hepáticas de ratones e identificaron a más de 500 proteínas conectadas al ritmo de 24 horas.
El estudio, publicado en Cell Metabolism, es la primera constatación de estas características en términos de escala y de resolución, y contiene implicaciones significativas para la comprensión de las interconexiones entre el metabolismo rítmico y la nutrición.
Influencia del tiempo
Nuestros organismos siguen el ciclo día-noche, o diurno, ajustando los procesos metabólicos a cada momento del día, lo que nos permite dormir toda la noche sin sentir hambre, y explica también porque los cambios horarios pueden ocasionar trastornos digestivos.
Estas oscilaciones son el centro de interés de la “cronobiología”, un campo de investigación que estudia la forma en que las funciones biológicas se organizan en el tiempo, y cómo la enfermedad puede aparecen cuando esta organización temporal del organismo es perturbada.
Esta regulación del metabolismo está vinculada a la manera en que nuestros genes producen proteínas. Muchos genes siguen nuestro ritmo circadiano ajustando su tasa de producción de proteínas. Saber qué genes intervienen en estos procesos nos ayuda a comprender cómo el metabolismo cambia a lo largo del día.
Desgraciadamente, aunque el genoma humano fue cartografiado hace más de diez años, es difícil investigar cómo los genes controlan la producción de proteínas en una escala temporal, principalmente a través de un número elevado de proteínas que están presentes en una célula.
500 proteínas vinculadas al ritmo circadiano
Felix Naef de EPFL y Frédéric Gachon del Nestlé Institute of Health Sciences, acaban de dar un paso significativo para la comprensión del metabolismo vinculado al tiempo. Trabajando únicamente sobre el núcleo de las células hepáticas, los científicos han identificado 5.000 proteínas, de las cuales 500 están influenciadas por el ciclo diurno.
Más concretamente, las proteínas entran y salen del núcleo de la célula a lo largo del día. Además, han descubierto que las funciones celulares clave, como la reparación del ADN, la biogénesis de ribosomas, el ciclo de las células y la regulación de los cromosomas (poliploidía) resultan afectadas asimismo por la regulación diurna.
Para rodear la inmensa complejidad del proteoma (el total de proteínas codificadas por un genoma) los investigadores se centraron únicamente en el núcleo de la célula, en lugar de considerar su totalidad.
El núcleo de la célula es el sitio donde los genes producen las proteínas que son enviadas a continuación a diversos lugares de la célula. Como tal, el núcleo es muy sensible a las señales ambientales y bioquímicas, y puede traducirlas en forma de respuestas moleculares controlando la producción de proteínas.
Los científicos usaron técnicas bioquímicas para aislar el núcleo de las células hepáticas obtenidas de los ratones, con y sin ritmo circadiano activo. Después de haber aislado los núcleos, los han extraído y analizado todas sus proteínas a través de la espectrometría de masa.
Proteómica de vanguardia
Tal como ocurre en la genómica para los genes, la proteómica es el dominio de la biología digital que usa el ordenador para crear bases de datos detalladas y cartografías del conjunto completo de proteínas de un organismo.
Los científicos han recurrido a una técnica llamada SILAC, asociada a la proteómica de alta resolución, que permite cuantificar eficazmente las proteínas. En esta investigación, las proteínas fueron cuantificadas en el núcleo en diferentes momentos del ciclo de 24 horas.
De esta forma, han podido obtener una imagen global de cómo el ciclo diurno influye en la acumulación de proteínas en el núcleo de las células del hígado.
“Mientras que numerosos estudios abordan las funciones fisiológicas de manera estática, nuestra aproximación temporal nos ha proporcionado perspectivas sin precedentes de cómo el metabolismo sigue un ciclo a lo largo del día”, dice Felix Naef. “Nos sorprendió ver hasta qué punto las funciones nucleares en el hígado están influidas por el día y la noche y los ciclos alimenticios.”
“El estudio demuestra también que esta aproximación a través de la proteómica cuantitativa es una excelente herramienta para conseguir un análisis sistemático de las funciones celulares”, dice por su parte dit Frédéric Gachon. “Esto no sería posible con las técnicas de la proteómica convencional”.
Fuente TENDENCIAS 21