Un estudio del CRG describe cómo el reloj biológico controla la activación de las células madre de la piel
Barcelona (11/11/2011) - Redacción
La perturbación de este ritmo resulta en el envejecimiento prematuro del tejido y en una mayor predisposición a desarrollar tumores de piel
Investigadores del grupo Homeóstasis Epitelial y Cáncer, del Centro de Regulación Genómica (CRG), han llevado a cabo un estudio que se publica en la revista Nature, en el que describen cómo el ritmo circadiano, es decir el reloj biológico interno que controla nuestro comportamiento durante el día y la noche, regula la función de células que se encargan de regenerar la piel de forma diaria (las células madres de la piel).
Las células madre regulan el reemplazo celular en los tejidos. En el caso de la piel, se encargan de producir constantemente nuevas células que reemplazan aquellas que están deterioradas por su uso diario. Un correcto funcionamiento de las células madre es esencial para mantener el tejido sano a lo largo de la vida de los organismos. La piel está expuesta a diferentes agentes nocivos a lo largo del día, tales como la luz ultravioleta durante las horas de sol, y patógenos tales como bacterias y virus. La principal función de la piel es proteger al organismo de estos posibles daños, a la vez que mantiene una barrera impermeable que separa nuestro cuerpo del exterior.
Los investigadores de este estudio han encontrado que el comportamiento de las células madre de la piel está regulado por un reloj biológico interno, y que el correcto funcionamiento de este reloj es necesario para el mantenimiento del tejido. Este reloj regula el comportamiento de las células madre de tal forma que, por ejemplo, durante las horas de máxima exposición a la luz las células sean capaces de protegerse al máximo de la radiación nociva (principal causa del cáncer de piel), mientras que por la tarde-noche puedan dividirse y regenerar el tejido sustituyendo las células dañadas por células sanas.
De esta forma, el reloj biológico permite que las células madre se dividan en los momentos en los que la piel ya no está expuesta a posibles daños, cuando sería más vulnerable a la acumulación de mutaciones en el ADN, lo que ocasiona una pérdida de su capacidad regenerativa, o una mayor predisposición a desarrollar tumores.
"Por lo tanto, el reloj biológico permite que haya un ajuste preciso del comportamiento temporal de las células madre, de tal manera que el sistema se adapta a las necesidades del tejido según la hora del día y que haya un reemplazo constante de las células del tejido con un mínimo riesgo de acumular mutaciones en el ADN. Si se pierde este control, las células madre pueden acumular daños en su ADN, y la probabilidad de envejecimiento celular y de generación de tumores aumentan de forma muy significativa", advierte Salvador Aznar Benitah, coordinador del estudio.
Genes controladores
Los genes Bmal1 y Period1/2 son los encargados de controlar este ritmo y de regular la actividad o el reposo de la regeneración celular. Mediante la manipulación genética de ambos genes, los investigadores demostraron que la perturbación del reloj biológico en las células madre de la piel impedía a las células saber cuándo tenían que ejercer su función, y que esto ocasionaba problemas a largo plazo en el envejecimiento celular y en la generación de tejido. Es más, la arritmia en el reloj también aumentaba significativamente la propensión a desarrollar un tipo de cáncer de piel que constituye uno de los más diagnosticados en las sociedades industrializadas.
El reloj biológico (comúnmente denominado 'ritmo circadiano') acomoda todas nuestras funciones biológicas acorde con los cambios naturales de luz y oscuridad a los que estamos expuestos de forma diaria. Los resultados del grupo del CRG muestran que la regeneración de la piel, esencial para prevenir el envejecimiento y desarrollo de tumores, está también sujeta a estos ritmos. Cuando envejecemos, la precisión de este reloj biológico tiende a perderse de forma progresiva con cambios en nuestros hábitos de vigilia y sueño de alimentación.
Esto mismo ocurre en personas que están expuestas a cambios constantes en sus hábitos diarios (como aquellos expuestos al jet lag de forma rutinaria). Los investigadores creen que esto a la larga puede producir fallos en la capacidad regenerativa de nuestros tejidos y el consiguiente envejecimiento, además de una mayor propensión a desarrollar tumores. Será necesario investigar más en un futuro para entender porqué el reloj biológico se pierde cuando envejecemos, y si se pueden desarrollar formas de reestablecer un reloj 'joven' para ralentizar el proceso de degeneración del tejido y disminuir el riesgo de desarrollar tumores.
El estudio se llevó a cabo en células madre de la piel de ratones, con el apoyo del American Institute for Cancer Research (AICR), el Ministerio de Salud y la Agencia de Gestión de Ayudas Universitarias y de Investigación (AGAUR). En el estudio también han participado investigadores del IRB Barcelona, de la Ohio State University, en EEUU, y la Universidad de Friburgo, en Suiza.
Las células madre regulan el reemplazo celular en los tejidos. En el caso de la piel, se encargan de producir constantemente nuevas células que reemplazan aquellas que están deterioradas por su uso diario. Un correcto funcionamiento de las células madre es esencial para mantener el tejido sano a lo largo de la vida de los organismos. La piel está expuesta a diferentes agentes nocivos a lo largo del día, tales como la luz ultravioleta durante las horas de sol, y patógenos tales como bacterias y virus. La principal función de la piel es proteger al organismo de estos posibles daños, a la vez que mantiene una barrera impermeable que separa nuestro cuerpo del exterior.
Los investigadores de este estudio han encontrado que el comportamiento de las células madre de la piel está regulado por un reloj biológico interno, y que el correcto funcionamiento de este reloj es necesario para el mantenimiento del tejido. Este reloj regula el comportamiento de las células madre de tal forma que, por ejemplo, durante las horas de máxima exposición a la luz las células sean capaces de protegerse al máximo de la radiación nociva (principal causa del cáncer de piel), mientras que por la tarde-noche puedan dividirse y regenerar el tejido sustituyendo las células dañadas por células sanas.
De esta forma, el reloj biológico permite que las células madre se dividan en los momentos en los que la piel ya no está expuesta a posibles daños, cuando sería más vulnerable a la acumulación de mutaciones en el ADN, lo que ocasiona una pérdida de su capacidad regenerativa, o una mayor predisposición a desarrollar tumores.
"Por lo tanto, el reloj biológico permite que haya un ajuste preciso del comportamiento temporal de las células madre, de tal manera que el sistema se adapta a las necesidades del tejido según la hora del día y que haya un reemplazo constante de las células del tejido con un mínimo riesgo de acumular mutaciones en el ADN. Si se pierde este control, las células madre pueden acumular daños en su ADN, y la probabilidad de envejecimiento celular y de generación de tumores aumentan de forma muy significativa", advierte Salvador Aznar Benitah, coordinador del estudio.
Genes controladores
Los genes Bmal1 y Period1/2 son los encargados de controlar este ritmo y de regular la actividad o el reposo de la regeneración celular. Mediante la manipulación genética de ambos genes, los investigadores demostraron que la perturbación del reloj biológico en las células madre de la piel impedía a las células saber cuándo tenían que ejercer su función, y que esto ocasionaba problemas a largo plazo en el envejecimiento celular y en la generación de tejido. Es más, la arritmia en el reloj también aumentaba significativamente la propensión a desarrollar un tipo de cáncer de piel que constituye uno de los más diagnosticados en las sociedades industrializadas.
El reloj biológico (comúnmente denominado 'ritmo circadiano') acomoda todas nuestras funciones biológicas acorde con los cambios naturales de luz y oscuridad a los que estamos expuestos de forma diaria. Los resultados del grupo del CRG muestran que la regeneración de la piel, esencial para prevenir el envejecimiento y desarrollo de tumores, está también sujeta a estos ritmos. Cuando envejecemos, la precisión de este reloj biológico tiende a perderse de forma progresiva con cambios en nuestros hábitos de vigilia y sueño de alimentación.
Esto mismo ocurre en personas que están expuestas a cambios constantes en sus hábitos diarios (como aquellos expuestos al jet lag de forma rutinaria). Los investigadores creen que esto a la larga puede producir fallos en la capacidad regenerativa de nuestros tejidos y el consiguiente envejecimiento, además de una mayor propensión a desarrollar tumores. Será necesario investigar más en un futuro para entender porqué el reloj biológico se pierde cuando envejecemos, y si se pueden desarrollar formas de reestablecer un reloj 'joven' para ralentizar el proceso de degeneración del tejido y disminuir el riesgo de desarrollar tumores.
El estudio se llevó a cabo en células madre de la piel de ratones, con el apoyo del American Institute for Cancer Research (AICR), el Ministerio de Salud y la Agencia de Gestión de Ayudas Universitarias y de Investigación (AGAUR). En el estudio también han participado investigadores del IRB Barcelona, de la Ohio State University, en EEUU, y la Universidad de Friburgo, en Suiza.
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