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Los ritmos circadianos describen un fenómeno biológico que oscila en ciclos de 24 horas.

  • Estos ritmos incluyen:
    Presión sanguínea
    Temperatura del cuerpo
    Niveles hormonales
    El número de células inmunes en sangre
    Ciclo de dormir-despertar

En este papel intervienen genes entre especies que son responsables de determinar la conducta circadiana, especialmente algunos factores de transcripción que sirven para regular muchos genes del ritmo circadiano.
Perturbaciones de tales oscilaciones causadas por inhibidores de RNA o síntesis de proteínas sugieren que tales moléculas están relacionadas.
Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young han sido galardonados con el premio Nobel de Fisiología o Medicina 2017, por sus descubrimientos de mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano: explican cómo las plantas, los animales y los seres humanos adaptan su ritmo biológico para que sincronice con las revoluciones de la Tierra.

Para los eucariotas depende de mecanismos de retroalimentación de transcripción/ traducción de ADN.
El reloj circadiano en los mamíferos se localiza en el núcleo supraquiasmático (NSQ), un grupo de neuronas del hipotálamo medial.
La actividad del NSQ es modulada por factores externos, fundamentalmente la variación de luz. El NSQ recibe información sobre la luz externa a través de los ojos. Las células ganglionares de la retina, tienen un pigmento llamado melanopsina, a través del tracto retinohipotalámico llevan información al NSQ. El NSQ toma esta información sobe el ciclo luz/oscuridad externo, y la envía a la epífisis o glándula pineal. Esta secreta la hormona melatonina en respuesta al estímulo proveniente de NSQ, así la melatonina es baja durante el día y aumenta durante la noche

Hormonas afectadas por el ciclo circadiano:

  • ACTH: hormona adenocorticotrópica
    Cortisol
    TSH: hormona estimulante del tiroides
    FSH: hormona folículo estimulante
    LH: hormona luteinizante
    Estradiol
    Renina
    Péptido natriurético: útil en determinación de infartos, hipertensión y fallo renal

El modelo que sostiene las oscilaciones de los ritmos circadianos está caracterizado por la relación entre los mRNAs de los genes Per/Cry/Rev-Erba y Bmal1. Los ciclos de luz inducen la expresión del gen Per.
Aunque la mayor parte de los organismos estudiados fueron originalmente Drosophila y Neurospora, estudios moleculares de los ritmos circadianos se han extendido a cianobacterias, plantas y mamíferos.

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Sistemas circadianos en el árbol Universal de la Vida.

 
Un número de genes y sus proteínas del mecanismo regulador se han identificado. En mamíferos la proteína cryptocromo (CRY) forma un complejo regulatorio con proteína periodo (PER). Existen varias formas de estas proteínas (PER1, PER2, PER3, CRY1 y CRY2). El complejo PER-CRY inhibe la expresión de los genes Per y Cry de manera indirecta, mandato del complejo CLOCK-BMAL1; el último, formado por los productos de los genes Clock y Bmal1 activados por la transcripción del gen Per y Cry.

Circadino

 

Elementos comunes a nivel molecular en el diseño de ciclos Oscilatorios Circadianos

 
Se ha incorporado la expresión de REV-ERBalfa en el modelo de los mamíferos, en el efecto ejercido por BMAIL1 , el cual está ahora gobernado por 19 en vez de 16 ecuaciones cinéticas. Sostenido por oscilaciones en el periodo circadiano DD (parte superior de la curva), basado en la inhibición directa de la expresión de Bmal1. Los mRNAs de Per, Cry, y Rev-Erba oscilan en la fase, y fuera de la fase respecto al Bmail1. Los modelos predicen una antifase relación entre las oscilaciones de los mRNAs de Per y Cry por un lado y el mRNA de Bmail1 por el otro. Así se han incorporado también al modelo oscilaciones de Rev-Erbalfa en fase con mRNAs de Per y Cry.
Aunque el regulador central localizado en el núcleo supraquiasmático (SCN) produce sustancias relacionadas con el ritmo circadiano de manera autónoma, tejidos periféricos tales como hígado, riñón o músculo esquelético pueden también dar un aumento de los ritmos circadianos, con una fase en LD (ciclos luz-oscuridad) que difiere de lo observado para ritmos de SCN.
Efectos de la luz produce un aumento de la expresión del mRNA de la expresión del gen Per, en los ciclos de LD, que caen cuando no hay fase de luz.
El modelo puede ser usado para explorar síndromes o condiciones patológicas resultado de desordenes de ritmos circadianos. De particular importancia es la observación que disrupciones severas de los ritmos circadianos pueden guiar a acelerar por crecimiento de tumores malignos.
Recientes trabajos en mamíferos y moscas sugieren que las proteínas de CLOCK también se han conservado en la evolución nombrados BMAL. CLOCK-BMAL fueron mostrados, más lejos PERIOD-TIMELESS (PER-TIM) expresión represión de CLOCK-BMAL mediado por inducción.
La periodicidad de algunos tratamientos, en coordinación con el reloj corporal, podría aumentar la eficacia y disminuir las reacciones adversas en forma significativa. Por ejemplo el tratamiento coordinado con inhibidores de la enzima convertidora de angiotensina (IECAs) reduce, en forma más marcada que el tratamiento no coordinado con el mismo fármaco, los parámetros de presión arterial nocturna.

 

Bibliografía:

  • Jean-Christophe Leloup & Albert Goldbeter, “Toward a detailed computational model for the mammalian circadian clock”, University of Brussels, Belgium, 2003
  • Norio Ishida, Maki Kaneko & Ravi Allada, “Biological clocks”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1999

 

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