–El Comité del Nobel otorgó el Premio de Fisiología o Medicina 2017 a Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young, todos oriundos de los Estados Unidos, por sus descubrimientos de mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano.

En otras palabras dice la Academia, «miraron dentro de nuestro Reloj Biológico y dilucidaron sus Funcionamientos Internos».

Los ritmos circadianos son cambios físicos, mentales y conductuales que siguen un ciclo aproximado de 24 horas y que responden, principalmente, a la luz y la oscuridad en el ambiente de un organismo. Se encuentran en la mayoría de los seres vivos, incluidos los animales, las plantas y muchos microbios diminutos, explica el National Institute of General Medical Sciencies, NIH.

Los relojes biológicos que controlan los ritmos circadianos son agrupaciones de moléculas interrelacionadas en las células de todo el cuerpo. Un “reloj principal” en el cerebro coordina todos los relojes del cuerpo para que estén sincronizados.

El «reloj principal» que controla los ritmos circadianos consiste en un grupo de neuronas en el cerebro que se llama núcleo supraquiasmático o NSQ. El NSQ contiene alrededor de 20.000 neuronas y se ubica en el hipotálamo, el área del cerebro justo arriba de donde se cruzan los nervios ópticos.

Y las siguientes son las explicaciones que hace la Academia del Premio Nobel:

La vida en la Tierra se adapta a la rotación de nuestro planeta. Durante muchos años hemos sabido que los organismos vivos, incluyendo los humanos, tienen un reloj biológico interno que les ayuda a anticiparse y adaptarse al ritmo regular del día. Pero, ¿cómo funciona realmente este reloj? Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash y Michael W. Young fueron capaces de mirar dentro de nuestro reloj biológico y elucidar su funcionamiento interno. Sus descubrimientos explican cómo las plantas, los animales y los seres humanos adaptan su ritmo biológico para que esté sincronizado con las revoluciones de la Tierra.

Utilizando las moscas de la fruta como organismo modelo, los premios Nobel de este año aislaron un gen que controla el ritmo biológico diario normal. Ellos mostraron que este gen codifica una proteína que se acumula en la célula durante la noche, y luego se degrada durante el día. Posteriormente, identificaron componentes proteínicos adicionales de esta maquinaria, exponiendo el mecanismo que gobierna el mecanismo de relojería autosostenido dentro de la célula. Ahora reconocemos que los relojes biológicos funcionan por los mismos principios en células de otros organismos multicelulares, incluyendo humanos.

Con exquisita precisión, nuestro reloj interno adapta nuestra fisiología a las fases dramáticamente diferentes del día. El reloj regula las funciones críticas, tales como el comportamiento, los niveles hormonales, el sueño, la temperatura corporal y el metabolismo. Nuestro bienestar se ve afectado cuando hay un desajuste temporal entre nuestro entorno externo y este reloj biológico interno, por ejemplo cuando viajamos a través de varias zonas horarias y experimentamos el «jet lag». También hay indicios de que la desalineación crónica entre nuestro estilo de vida y el ritmo dictado por nuestro cronometrador interno se asocia con un mayor riesgo de varias enfermedades.

Nuestro reloj interior

La mayoría de los organismos vivos anticiparse y adaptarse a los cambios diarios en el medio ambiente. Durante el siglo XVIII, el astrónomo Jean Jacques d’Ortous de Mairan estudió plantas de mimosa y descubrió que las hojas se abrían hacia el sol durante el día y se cerraban al anochecer. Se preguntó qué pasaría si la planta fuera colocada en una oscuridad constante. Descubrió que, independientemente de la luz solar diaria, las hojas seguían su oscilación diaria normal. Las plantas parecían tener su propio reloj biológico.

Otros investigadores encontraron que no sólo las plantas, sino también los animales y los seres humanos, tienen un reloj biológico que ayuda a preparar nuestra fisiología para las fluctuaciones del día. Esta adaptación regular se conoce como el ritmo circadiano , procedente de las palabras latinas circa que significa «alrededor» y muere que significa «día». Pero la forma en que nuestro reloj biológico circadiano interno funcionó siguió siendo un misterio.

Plantas de Mimosa en la ventana

Un reloj biológico interno. Las hojas de la planta mimosa se abren hacia el sol durante el día pero cierran al atardecer. Jean Jacques d’Ortous de Mairan colocó la planta en la oscuridad constante y encontró que las hojas continúan siguiendo su ritmo diario normal, incluso sin ninguna fluctuación en la luz diaria.

Identificación de un gen del reloj

Durante los años 70, Seymour Benzer y su estudiante Ronald Konopka preguntaron si sería posible identificar genes que controlan el ritmo circadiano en moscas de la fruta. Demostraban que las mutaciones en un gen desconocido interrumpieron el reloj circadiano de las moscas. Ellos nombraron este período genético . Pero, ¿cómo podría este gen influir en el ritmo circadiano?

Los galardonados con el Premio Nobel de este año, que también estaban estudiando las moscas de la fruta, tenían como objetivo descubrir cómo funciona realmente el reloj.

En 1984, Jeffrey Hall y Michael Rosbash, trabajando en estrecha colaboración en la Universidad Brandeis de Boston, y Michael Young en la Universidad Rockefeller de Nueva York, lograron aislar el gen del período.

Jeffrey Hall y Michael Rosbash luego descubrieron que el PER, la proteína codificada por el período, se acumulaba durante la noche y se degradaba durante el día. Por lo tanto, los niveles de proteína PER oscilan en un ciclo de 24 horas, en sincronía con el ritmo circadiano.

Mecanismo de relojería auto-regulable

El siguiente objetivo clave era comprender cómo se podrían generar y mantener esas oscilaciones circadianas. Jeffrey Hall y Michael Rosbash plantearon la hipótesis de que la proteína PER bloqueaba la actividad del gen del período . Razonaron que mediante un circuito inhibitorio de retroalimentación, la proteína PER podría prevenir su propia síntesis y, por tanto, regular su propio nivel en un ritmo cíclico continuo.

La figura muestra la secuencia de eventos durante una oscilación de 24 horas. Cuando el gen del período es activo, se hace el ARNm de período . El mRNA se transporta al citoplasma de la célula y sirve como molde para la producción de proteína PER . La proteína PER se acumula en el núcleo de la célula, donde se bloquea la actividad del gen del período . Esto da lugar al mecanismo de retroalimentación inhibitoria que subyace a un ritmo circadiano.

El modelo era tentador, pero faltaban algunas piezas del rompecabezas. Para bloquear la actividad del gen del período , la proteína PER, que se produce en el citoplasma, tendría que llegar al núcleo celular, donde se encuentra el material genético. Jeffrey Hall y Michael Rosbash habían demostrado que la proteína PER se acumulaba en el núcleo durante la noche, pero ¿cómo llegó allí? En 1994, Michael Young descubrió un segundo gen de reloj, intemporal , que codifica la proteína TIM que se requería para un ritmo circadiano normal. En un trabajo elegante, demostró que cuando TIM se unió a PER, las dos proteínas fueron capaces de entrar en el núcleo de la célula donde bloquearon la actividad del gen del período para cerrar el circuito inhibitorio de retroalimentación.

Tal mecanismo de retroalimentación reguladora explicó cómo surgió esta oscilación de los niveles de proteínas celulares, pero las preguntas perduraron. ¿Qué controlaba la frecuencia de las oscilaciones? Michael Young identificó otro gen, doubletime , que codifica la proteína DBT que retrasó la acumulación de la proteína PER. Esto proporcionó información sobre cómo se ajusta una oscilación para que coincida más estrechamente con un ciclo de 24 horas.

Los descubrimientos paradigmáticos de los laureados establecieron principios mecánicos clave para el reloj biológico. Durante los años siguientes se aclararon otros componentes moleculares del mecanismo de relojería, explicando su estabilidad y función. Por ejemplo, los galardonados de este año identificaron proteínas adicionales requeridas para la activación del gen del período , así como para el mecanismo por el cual la luz puede sincronizar el reloj.

Manteniendo el tiempo en nuestra fisiología humana
El reloj biológico está involucrado en muchos aspectos de nuestra fisiología compleja. Ahora sabemos que todos los organismos multicelulares, incluyendo humanos, utilizan un mecanismo similar para controlar los ritmos circadianos. Una gran parte de nuestros genes están regulados por el reloj biológico y, en consecuencia, un ritmo circadiano cuidadosamente calibrado adapta nuestra fisiología a las diferentes fases del día. Desde los descubrimientos seminales de los tres galardonados, la biología circadiana se ha convertido en un campo de investigación vasto y dinámico, con implicaciones para nuestra salud y bienestar.

Los galardonados:

Jeffrey C. Hall, nació en 1945, en Nueva York, EE.UU.

Afiliación en el momento de la concesión: Universidad de Maine, Maine, ME, EE.UU.

Motivación del premio: «por sus descubrimientos de mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano»

Michael Rosbash, nacido en 1944, Kansas City, MO, USA

Afiliación en el momento de la adjudicación: Brandeis University, Waltham, MA, EE.UU., Howard Hughes Medical Institute

Motivación del premio: «por sus descubrimientos de mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano»

Michael W. Young, nacido en 1949, en Miami, FL, USA

Afiliación en el momento de la concesión: Rockefeller University, Nueva York, NY, EE.UU.

Motivación del premio: «por sus descubrimientos de mecanismos moleculares que controlan el ritmo circadiano»

LOS DEMÁS NOBEL

Los otros Premios Nobel serán anunciados así:

Física:

Martes 3 de octubre, 11:45 am

Química:

Miércoles 4 de octubre, 11:45 am

Viernes 6 de octubre, 11:00 am

Ciencias Económicas:

Lunes 9 de octubre, 11:45 am at la

Literatura

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