Cambios reversibles en las proteínas neuronales pueden explicar la necesidad de dormir

La vigilia codifica los recuerdos, mientras que el sueño consolida los recuerdos y restaura la homeostasis sináptica

El Médico Interactivo | 26 - junio - 2018 1:40 pm

Largos períodos de vigilia pueden conducir a un deterioro cognitivo y la necesidad de dormir continúa acumulándose. Entonces, dormir refresca el cerebro a través de alteraciones en la bioquímica molecular y estos cambios afectan a la plasticidad neuronal y la función cerebral, pero las bases moleculares de la “somnolencia” no se conocen bien.

Ahora, investigadores centrados en el Instituto Internacional para la Medicina Integral del Sueño (WPI-IIIS) en la Universidad de Tsukuba de Japón fueron en busca de cambios bioquímicos que sustentan este ciclo de sueño-vigilia. Una teoría actual del ciclo sueño-vigilia sugiere que la vigilia codifica los recuerdos, mientras que el sueño consolida los recuerdos y restaura la homeostasis sináptica.

Los investigadores sospecharon que el sustrato molecular de la necesidad de dormir debería verse en todas las regiones del cerebro, y debería acumularse gradualmente durante la vigilia y disiparse durante el sueño. Sus hallazgos, publicados recientemente en ‘Nature’, revelaron que la fosforilación de proteínas puede ser la clave.

Durante la función normal, las proteínas celulares pueden modificarse mediante la adición reversible de un grupo fosforilo químico, lo que se conoce como fosforilación. Los científicos utilizaron técnicas para analizar qué proteínas están fosforiladas y cuáles no. Esto les permitió identificar y cuantificar la fosforilación de una amplia gama de proteínas cerebrales en modelos experimentales privados de sueño, y en animales con una única mutación puntual, llamada ‘Sleepy’, que aumenta el tiempo de sueño y la necesidad de dormir.

“Las funciones de las proteínas pueden activarse o desactivarse mediante la fosforilación específica del sitio, o modularse a través de la fosforilación acumulativa de sitios múltiples”, dice el primer autor del estudio, Zhiqiang Wang. “Por lo tanto, parecía probable que los patrones de fosforilación revelen los procesos que sustentan la necesidad del sueño”, añade.

Patrones sueño-vigilia para una función óptima de la cognición

Los resultados de inmunoquímica y espectrometría de masas mostraron incrementos en el número de fosforilación de proteínas en los cerebros enteros de modelos mutantes ‘Sleepy’ y modelos normales privados de sueño. Es importante destacar que la abundancia de proteínas no cambió y los científicos encontraron que el patrón de incremento de la fosforilación en los cerebros de individuos ‘Sleepy’ mutantes que imitaban los cerebros de modelos privados de sueño.

También encontraron un aumento dependiente de la dosis en el número de eventos de fosforilación en el fosfoproteoma del cerebro completo, que rastreó el aumento de la necesidad de dormir. Al analizar la cantidad de cambios en la fosforilación, los investigadores identificaron 80 proteínas que están hipefosforiladas cuando el individuo tiene sueño, a lo que denominaron ‘Sleep-Need-Index-PhosphoProteins’ (SNIPP).

El fosfo-estado de los SNIPP cambió junto con la necesidad de dormir. Es importante destacar que los SNIPP identificados fueron predominantemente proteínas sinápticas. “Al comparar individuos privados de sueño y mutantes Sleepy, pudimos filtrar los efectos de la vigilia prolongada, el sueño prolongado y el estrés –dice el autor correspondiente, Masashi Yanagisawa–. Nuestros hallazgos muestran que el ciclo de fosforilación/desfosforilación de los SNIPP puede ser una forma importante de que el cerebro regule la homeostasis sueño-vigilia”.

El estudio proporciona evidencia de que la vigilia prolongada causa hiperfosforilación, mientras que el sueño promueve la desfosforilación global del proteoma cerebral. Dado que el ciclo sueño-vigilia afecta a la cognición, esta investigación podría ayudar a comprender los patrones de sueño-vigilia para una función cerebral óptima.