¿Cómo regulan los relojes celulares la fisiología cardíaca?

En esta entrevista, News-Medical habla con la investigadora investigadora, la Dra. Alessandra Stangherlin, sobre su última investigación que ha proporcionado nuevos conocimientos sobre el ritmo circadiano del corazón.

Por favor, ¿podría presentarse y contarnos sobre su experiencia en biología molecular y qué lo inspiró con su última investigación sobre los ritmos circadianos?

Mi nombre es Alessandra Stangerlin y desde hace mucho tiempo tengo un interés en los ritmos circadianos celulares. He dedicado los últimos cinco años de mi carrera a estudiar cómo mantener el equilibrio osmótico durante el ciclo diario.

Las primeras observaciones mostraron que la abundancia de proteína citosólica soluble tiene un ritmo circadiano, con un cambio del 20%. Si este cambio en la cantidad de moléculas intracelulares no se equilibra, puede afectar el potencial osmótico del jugo celular, dando lugar a un movimiento compensatorio del agua, con consecuencias negativas para la supervivencia celular.

Descubrí que las células de los mamíferos importan y liberan Na, K y Cl a un ritmo de 24 horas para compensar los cambios en la proteína citosólica. El mecanismo de control homeostático permite que las células mantengan un tamaño celular constante y mantengan la viabilidad celular. En los músculos cardíacos, la variación en el contenido de iones da un ritmo circadiano intrínseco en la frecuencia de disparo.

¿Qué se entiende por el término “ritmo circadiano”?

El adjetivo “reloj biológico” deriva de las palabras latinas “acerca de” y “morir” (día). El ritmo circadiano es un fenómeno conductual, fisiológico o celular que se repite cada 24 horas. Los ritmos circadianos permiten la sincronización de la fisiología de un organismo con el mundo exterior y anticipan los cambios ambientales diarios de luz, temperatura y disponibilidad de alimentos.

Muchos aspectos de la fisiología humana son de naturaleza circadiana, como el ciclo de sueño / vigilia, la secreción de varias hormonas y el metabolismo celular. Muy importante, aunque se pueden sincronizar a través de entradas externas, los ritmos circadianos son autosuficientes y ocurren incluso en ausencia de señales externas para dar el tiempo.

Haber de imagen: VectorMine / Shuuterstock.com

Anteriormente, ¿cómo pensábamos que funcionaba el ritmo circadiano del corazón?

Se sabe que los ritmos circadianos informan la frecuencia cardíaca durante décadas. En personas sanas, la frecuencia cardíaca aumenta por la mañana y disminuye durante la noche. Hasta hace poco, la regulación circadiana de la frecuencia cardíaca se atribuía principalmente a mecanismos no celulares independientes que se rigen por el reloj central ubicado en el cerebro mediante modulación simpática y parasimpática.

READ  El microscopio ordinario ve con mucha precisión con material que contrae la luz especialmente diseñado

Sin embargo, nunca se ha investigado la contribución de los relojes celulares. Ahora mostramos que el reloj autólogo dentro de los cardiomiocitos regula la frecuencia cardíaca independientemente del sistema nervioso central y las señales sistémicas. De hecho, el potencial de disparo varía entre el día y la noche en los cardiomiocitos aislados en cultivo. Es importante destacar que encontramos que la varianza diaria en la FC persiste en vivo bajo asedio involuntario.

También pensamos que las concentraciones de iones celulares implicados en el ritmo circadiano eran más o menos constantes. ¿Por qué su investigación contradice esta teoría y cómo difieren estos niveles en la realidad?

Todos hemos aprendido de los libros de texto que la concentración intracelular de Na es de aproximadamente 10 mM y la de K es de aproximadamente 140 mM, y generalmente asumimos que permanece bastante constante. Nos sorprendieron nuestros resultados, que mostraron que la concentración intracelular de muchos iones cambia durante el día en aproximadamente un 20-30%.

Nuestro modelo indica que la importación y exportación netas de Na, K y Cl cambia durante el ciclo circadiano que conduce a cambios en la concentración intracelular de estos iones. Hemos identificado a la familia de coportadores SLC12A como actores importantes en este proceso, pero no descartamos que otros transportistas como VRAC también puedan desempeñar un papel.

¿Puede describir cómo realizó su última investigación sobre los ritmos circadianos?

Utilizamos varias técnicas modernas, desde la microscopía de células vivas y el seguimiento de puntos cuánticos para evaluar el hacinamiento celular hasta la tecnología de matriz de microelectrodos para medir la tasa de disparo potencial. La clave para descubrir los ritmos de los iones fue utilizar una técnica analítica llamada espectrometría de masas de plasma acoplado inductivamente (ICP-MS). Esta técnica se puede utilizar para determinar la composición elemental de una muestra con un alto grado de sensibilidad y especificidad, superando los inconvenientes de los ensayos colorimétricos y métodos electrofisiológicos actuales.

¿Cómo ha cambiado esto la forma en que pensamos sobre el ritmo circadiano del corazón?

Este trabajo también enfatizó la importancia de los ritmos circadianos celulares en la regulación de las funciones celulares básicas y la fisiología cardíaca. El ritmo de 24 h en la abundancia de Na, K y Cl que describimos tiene un efecto fisiológico importante, ya que afecta el gradiente electroquímico de estos iones a través de la membrana plasmática. En los cardiomiocitos, esto modula la fase despolarizante del potencial de acción, lo que resulta en un aumento en la tasa de activación cuando los iones intracelulares son altos (final de la noche) y una disminución en el potencial de activación cuando los iones son bajos (final del día).

READ  ¿Por qué el rover de Marte no pudo recolectar muestras de rocas? La NASA explica

Los eventos cardiovasculares adversos como accidente cerebrovascular, infarto de miocardio y muerte cardíaca súbita ocurren con mayor incidencia en la mañana, pero se desconocen las causas subyacentes. Nuestros datos sugieren que cualquier deterioro en el mecanismo de amortiguación que describimos puede hacer que el corazón sea más susceptible al estrés en la mañana cuando se requiere un cambio en la demanda.

¿Cómo puede ver el impacto de su investigación sobre las opciones de tratamiento futuras para las enfermedades cardiovasculares?

Los tratamientos futuros podrían incluir terapias farmacológicas o conductuales para mantener nuestros ritmos circadianos. Por ejemplo, mantener una rutina diaria saludable, que incluye mantener el mismo patrón de sueño, evitar la luz brillante antes de acostarse y evitar comer por la noche, puede ayudar a mantener sincronizados los relojes biológicos.

Enfermedad cardiovascularHaber de imagen: BRO.vector / Shutterstock.com

Su investigación también ha ayudado a explicar por qué los trabajadores por turnos son más propensos a tener problemas cardíacos. ¿Cuáles son las medidas preventivas que pueden tomar quienes trabajan en el sistema de turnos?

Nuestro trabajo y otros sugieren que los trabajadores por turnos se vuelven más susceptibles a los problemas cardíacos debido a un desajuste entre el reloj cerebral y el reloj cardíaco. El reloj cerebral es muy sensible a la luz ambiental y, por lo tanto, hay que tener mucho cuidado cuando se expone a la luz.

Hay diferentes estrategias que los trabajadores del turno de noche pueden diseñar para sincronizar sus relojes corporales con el nuevo horario. La mayoría de ellos dependen de adoptar una rutina regular de sueño y luz de acuerdo con su propio patrón cronológico (por ejemplo, los noctámbulos pueden preferir irse a la cama inmediatamente después de su turno). Al dormir durante el día, es importante que duerma al menos siete horas. Preste atención a la calidad del sueño (use una cama cómoda, duerma en una habitación oscura y tranquila) y evite el alcohol y la cafeína en las pocas horas antes de acostarse, que pueden reducir la calidad del sueño.

READ  Los científicos han estudiado esta planta durante más de 100 años. Acaban de encontrar una pieza nueva

¿Cuáles son las implicaciones de esta investigación sobre la relación entre la salud del corazón y el sueño?

Los estudios muestran que existe una interacción entre los procesos dependientes del sueño y la vigilia y el reloj circadiano en la frecuencia cardíaca. De hecho, la liberación oportuna de hormonas como el cortisol y la melatonina, reguladas por el reloj central del cerebro y la exposición a la luz, modula el ciclo de sueño / vigilia. Se cree que mantener un horario de sueño regular y el patrón correcto de exposición a la luz es fundamental para mantener nuestros relojes sincronizados y muy probablemente beneficioso para la salud del corazón.

La colaboración fue una gran parte de su investigación. ¿Qué importancia tiene este nivel de colaboración y cree que si más investigadores colaboran juntos, se pueden realizar más descubrimientos científicos?

Nuestro trabajo ha sido respaldado por colaboraciones de larga data con varios colaboradores académicos y AstraZeneca y ha sido muy interdisciplinario. Utilizamos una amplia gama de técnicas, que solo fueron posibles gracias a la experiencia única de nuestros colegas. Tener una buena red de colegas y colaboradores es clave para expandir y respaldar con confianza la gama de experiencias que uno puede hacer.

¿Cuáles son los próximos pasos para usted y su investigación sobre los ritmos circadianos?

A continuación, me gustaría comprobar los ritmos de los iones en la resolución celular y estudiar si estos ritmos se debilitan durante el envejecimiento.

¿Dónde pueden los lectores encontrar más información?

Sobre la Dra. Alessandra Stangerli

Tiene una maestría en biotecnología farmacéutica y un doctorado. en Biología Celular de la Universidad de Padua, Italia. Dra. Alessandra StangerlinDurante su doctorado, se centró en la regulación de la señalización de cAMP y cGMP y su papel en la contracción del miocardio. En 2016, me uní al Laboratorio de Biología Molecular (LMB) del Dr. John O’Neill en Cambridge, Reino Unido, como investigador asociado para estudiar cómo los relojes biológicos celulares regulan la fisiología celular. Actualmente soy investigador principal en CECAD, Colonia, donde estudiaré los mecanismos de regulación del equilibrio iónico durante el envejecimiento.

Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *