El ritmo del reloj circadiano asegura el suministro constante de energía en tiempos de ayuno

21-23/09/2013 - E.P.

La producción de energía en la mitocondria está vinculada estrechamente con el ciclo luz-oscuridad/actividad-descanso de cada día

Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Northwestern, en Evanston, Illinois, ha identificado una nueva función del detonador de la mitocondria para utilizar correctamente el combustible almacenado cuando no existe aporte de alimentos. Los investigadores han encontrado al responsable, que sólo está disponible cuando el reloj circadiano lo indica, lo que subraya la importancia del sistema de distribución biológica con el metabolismo.
"Si un organismo quema su energía de manera eficiente, tiene una mejor oportunidad de supervivencia. Nuestros resultados nos dicen cómo el reloj circadiano provoca el proceso de obtención de energía de las células. Las células son más capaces de utilizar combustible cuando el reloj está funcionando correctamente", dijo Joe Bass, director de la investigación, publicada en Science, y jefe de la División de Endocrinología, Metabolismo y Medicina Molecular en la Ecuela de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern y endocrinólogo en el 'Northwestern Memorial Hospital'.
Las mitocondrias regulan el suministro de energía a las células cuando estamos en reposo, sin la glucosa disponible de los alimentos. En un estudio experimental, los científicos encontraron que el reloj circadiano suministra el fósforo para encender el horno y un compuesto esencial llamado NAD +, se combina con una enzima en la mitocondria llamada Sirtuinas 3, que actúa como desencadenante, pero cuando el reloj circadiano no está funcionando, no puede metabolizar la energía almacenada y el proceso no se produce.
Este camino por el que el reloj biológico controla las actividades dentro de los programas de las mitocondrias muestra cómo la generación de energía está vinculada estrechamente con el ciclo luz-oscuridad/actividad-descanso de cada día.
Los resultados podrían ser útiles en el desarrollo de terapias para el tratamiento de trastornos metabólicos relacionados con la interrupción circadiana, al demostrar que el reloj circadiano, un controlador de tiempo genético que se desarrolló temprano en la evolución para permitir a los organismos realizar un seguimiento diario de la transición de la luz a la oscuridad, genera oscilaciones en la capacidad de la energía mitocondrial a través de la regulación rítmica de la biosíntesis de NAD +.
El reloj facilita ritmos oxidativos que anticipan el ciclo de ayuno / alimentación que se produce durante la transición de la luz a la oscuridad y la vigilia al sueño cada día, y, al hacerlo, evita que la célula "muera de hambre" durante la noche. Para entenderlo, los investigadores quitaron los relojes genéticos a modelos de laboratorio y los compararon con los controles, ambos en un estado de ayuno, lo que les permitió identificar hasta qué punto el reloj mantiene la "reserva de energía" .
Los autores del estudio encontraron que los individuos que carecen de relojes tenían defectos en sus mitocondrias: la mitocondria no puede metabolizar la energía y no tenía reserva para evitar el agotamiento del trifosfato de adenosina (ATP), la molécula de energía que se encuentra en todas las células vivas.
La retirada del reloj reduce el ingrediente necesario para activar una enzima dentro de la mitocondria, Sirtuinas 3, que activa la energía que se quema durante el ayuno. Los investigadores también mostraron que cuando se interrumpe el reloj circadiano, lo que provoca una falta de NAD +, se pueden proporcionar suplementos de NAD + y restaurar la función de la mitocondria.
"Hemos establecido la cadena de eventos del interruptor de control del reloj con la maquinaria de las mitocondrias", resumió Bass, quien también es miembro del Departamento de Neurobiología en el Colegio Weinberg de Artes y Ciencias. "Hemos identificado un nuevo vínculo en la cadena de suministro que proporciona energía a la célula en diferentes fases de nuestro ciclo de sueño -vigilia diario. Estos resultados establecen un papel clave para el ciclo de biosíntesis de NAD + en este proceso", concluyó.