¿Dónde está el núcleo supraquiasmático?
Los núcleos supraquiasmáticos son dos pequeños núcleos emparejados que se encuentran en el hipotálamo . Cada núcleo supraquiasmático solo contiene aproximadamente 10.000 neuronas. Los núcleos descansan a cada lado del tercer ventrículo , justo encima del quiasma óptico . La ubicación proporciona la razón para nombrar la estructura, ya que supra significa arriba y quiasmático se refiere a su proximidad al quiasma óptico.
¿Qué es el núcleo supraquiasmático y para qué sirve?
Los ritmos circadianos son patrones biológicos que siguen de cerca un ciclo de 24 horas. El término circadiano proviene del latín para alrededor ( circa) y día ( diem ), y los ritmos circadianos gobiernan una gran cantidad de procesos biológicos, incluidos dormir, comer, beber y liberar hormonas. En la década de 1960, los investigadores notaron que el daño en el hipotálamo anterior de la rata provocaba una interrupción en los ritmos circadianos del animal. Varios años más tarde, el núcleo específico del hipotálamo cuya integridad era necesaria para mantener los ritmos circadianos se identificó como el núcleo supraquiasmático.
Ahora sabemos que el núcleo supraquiasmático alberga un tipo de reloj biológico que puede mantener nuestros ritmos circadianos cerca de un ciclo de 24 horas, incluso sin la ayuda de señales externas como la luz del día. Por lo tanto, si encerraras a alguien en una habitación sin luz externa y sin otra forma de saber la hora, su cuerpo aún mantendría un ritmo circadiano de alrededor de 24 horas. El mecanismo que regula este reloj biológico fue dilucidado por primera vez en Drosophila , más conocida como mosca de la fruta.
En Drosophila , el cronometraje del reloj circadiano parece estar controlado por un ciclo de expresión génica que tiene incorporado un ingenioso mecanismo de retroalimentación negativa. Las células en los núcleos supraquiasmáticos de Drosophila producen dos proteínas llamadas Reloj y Ciclo. Clock y Cycle se unen y actúan para promover la expresión de dos genes llamados period (per) y timeless (tim) . Los productos proteicos del per y tim Los genes, Per y Tim, luego se unen y proceden a inhibir las acciones de Clock y Cycle, una acción que a su vez suprime la producción de Per y Tim. Sin embargo, a medida que sale el sol, las proteínas Per y Tim comienzan a descomponerse. Cuando Per y Tim se degradan por completo, Clock y Cycle son libres de actuar de nuevo; vuelven a promover la expresión del per y tim , comenzando de nuevo el ciclo. El proceso tarda alrededor de 24 horas en completarse antes de que se repita. Por lo tanto, se piensa que este ciclo de expresión génica es lo que actúa como el reloj molecular en las células del núcleo supraquiasmático de Drosophila .
Esta comprensión del mecanismo de cronometraje en Drosophila sentó las bases para dilucidar el proceso en los mamíferos, donde se cree que es similar pero más complejo. La versión de Cycle para mamíferos se llama BMAL1 (que significa cerebro y músculo similar a ARNT 1). Cuando CLOCK y BMAL1 se unen, mejoran la transcripción de genes de período múltiple ( Per1 y Per2 ) y genes múltiples conocidos como genes de criptocromo (Cry1 y Cry2 ). Las proteínas PER y CRY resultantes forman complejos junto con otras proteínas para inhibir la actividad de CLOCK y BMAL1 hasta que las proteínas PER y CRY se degradan (como se indicó anteriormente).
Sabemos que este proceso de inhibición y expresión génica actúa para mantener un reloj de 24 horas dentro de las neuronas del núcleo supraquiasmático, pero se sabe menos acerca de cómo el cronometraje dentro de estas neuronas conduce a la regulación de la actividad rítmica en todo el cuerpo. Sin embargo, se cree que los relojes moleculares que se encuentran dentro de las neuronas de los núcleos supraquiasmáticos regulan la actividad neuronal dentro de los núcleos, que a su vez coordina la actividad de múltiples vías de señalización, así como la estimulación de las proyecciones a las neuronas neuroendocrinas en el hipotálamo involucradas con la hormona. liberación.
Además, el núcleo supraquiasmático ayuda a mantener los ritmos circadianos al coordinar el tiempo de miles de millones de otros relojes circadianos que se encuentran en las células del resto del cerebro y el cuerpo. No mucho después del descubrimiento del núcleo supraquiasmático, también se supo que existen tipos similares de relojes moleculares en la mayoría de los otros tejidos periféricos y en muchas áreas del cerebro. Estos relojes, a veces llamados osciladores esclavos ( mientras que el núcleo supraquiasmático se considera el oscilador maestro) parecen depender de las señales generadas por el núcleo supraquiasmático para sincronizar su cronometraje con el del núcleo supraquiasmático. Estas señales pueden estar asociadas con ritmos que el núcleo supraquiasmático ayuda a establecer, como patrones de alimentación, conductas de descanso y actividad, etc., o por salida neuronal u hormonal directa del núcleo supraquiasmático.
Aunque el núcleo supraquiasmático es capaz de mantener los ritmos circadianos independientemente de cualquier señal ambiental (p. ej., la luz del día), depende de las señales del entorno para realizar ajustes en el reloj circadiano. Por ejemplo, cuando vuela a través de varias zonas horarias, el reloj circadiano de su cuerpo se desincroniza significativamente con el horario del día (por ejemplo, su cuerpo podría estar preparándose para dormir cuando todavía hay luz). Para realizar ajustes en el reloj circadiano en tales casos, el núcleo supraquiasmático se basa en la información que recibe de la retina sobre la luz en el medio ambiente. Dicha información viaja desde la retina hasta el núcleo supraquiasmático a lo largo de un camino llamado tracto retinohipotalámico.. Las entradas adicionales al núcleo supraquiasmático brindan más información sobre la luz en el entorno y otra información no fótica sobre la hora del día para ayudar a ajustar el reloj circadiano.
Debido a la importancia de nuestros ritmos circadianos para el funcionamiento normal, la integridad del núcleo supraquiasmático es esencial para la salud. La función alterada del núcleo supraquiasmático se está explorando como una influencia potencial en una variedad de trastornos psiquiátricos, así como un factor en la disminución del sueño saludable relacionado con la edad . Por lo tanto, aunque tenemos mucho más que aprender sobre el núcleo supraquiasmático, está claro que juega un papel muy crítico en la salud del cerebro y la función corporal.
Referencias (además del texto vinculado arriba):
Colwell, C. (2011). Vinculación de la actividad neuronal y las oscilaciones moleculares en el SCN. Nature Reviews Neurociencia, 12 (10), 553-569.
Dibner, C., Schibler, U., Albrecht, U. (2010). El sistema de cronometraje circadiano de los mamíferos: organización y coordinación de relojes centrales y periféricos Revisión anual de fisiología , 72 (1), 517-549.
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