Publicado 15/01/2021 13:20CET

Cómo el reloj circadiano regula los genes del hígado en el tiempo y el espacio

Hígados en laboratorios, ilustración.
Hígados en laboratorios, ilustración. - GETTY - Archivo

MADRID, 15 Ene. (EUROPA PRESS) -

Investigadores de la Escuela Politécnica Federal de Lausana (Suiza) han llevado a cabo el primer estudio exhaustivo de cómo los genes del hígado realizan sus funciones metabólicas tanto en el espacio como en la hora del día. Monitorizando casi 5.000 genes a nivel de la célula individual a lo largo de un período de 24 horas, han modelado cómo el reloj circadiano y las funciones hepáticas se cruzan a lo largo del día en sincronía con el ciclo de alimentación-ayuno.

Nada en la biología es estático. Los procesos biológicos fluctúan a lo largo del tiempo, y si queremos obtener una imagen precisa de las células, tejidos u órganos tenemos que tener en cuenta sus patrones temporales. De hecho, este esfuerzo ha dado lugar a todo un campo de estudio conocido como cronobiología.

El hígado es un ejemplo perfecto. Todo lo que comemos o bebemos es eventualmente procesado allí para separar los nutrientes de los desechos y regular el equilibrio metabólico del cuerpo. De hecho, el hígado como un todo está extensamente regulado por el tiempo, y este patrón está orquestado por el llamado reloj circadiano, el metrónomo interno de nuestro cuerpo, así como por señales bioquímicas y ritmos de alimentación.

Pero el hígado está dividido en pequeñas unidades repetidas llamadas lóbulos, en las que distintas zonas desempeñan diferentes funciones. Esta intrincada organización espacial se conoce como zonificación del hígado. Por ejemplo, la descomposición de los azúcares durante la digestión tiene lugar preferentemente en un lado del lóbulo, la llamada zona central, mientras que la producción de glucosa mientras descansamos de las reservas como la grasa, se produce en el otro lado del hígado, en el lado portal.

Hasta ahora, la zonificación del hígado solo ha sido estudiada estáticamente, mirando lo que hace cada zona independientemente del tiempo, y viceversa. Y dado lo central que es el hígado en la fisiología de los mamíferos, los dos enfoques de investigación tienen que unir esfuerzos para entender cómo interactúan los programas hepáticos temporales y espaciales.

En un primer estudio, los científicos han sido capaces de monitorizar los cambios espaciales de la expresión génica dentro de los lóbulos del hígado en relación con el reloj circadiano. La investigación ha descubierto previamente conexiones entre el reloj circadiano y las proteínas del hígado, nuestros ciclos celulares, e incluso la estructura tridimensional de la cromatina, el ADN fuertemente empaquetado en el núcleo de la célula.

Aprovechando la capacidad de analizar el tejido hepático en cada célula individual, los investigadores estudiaron aproximadamente 5.000 genes en células hepáticas en varios puntos temporales a lo largo de las 24 horas del día. Luego clasificaron estadísticamente los patrones espacio-temporales que descubrieron con un modelo que puede capturar tanto las variaciones espaciales como temporales en los niveles de ARN mensajero (ARNm), un marcador de la expresión genética.

El estudio reveló que muchos de los genes del hígado parecen ser tanto zonificados como rítmicos, lo que significa que están regulados tanto por su ubicación en el hígado como por la hora del día. Estos genes regulados dualmente están vinculados en su mayor parte a funciones clave del hígado, por ejemplo, el metabolismo de los lípidos, los carbohidratos y los aminoácidos, pero también incluyen algunos genes que nunca se han asociado con el metabolismo, por ejemplo, los genes relacionados con las proteínas chaperonas, que ayudan a otras biomoléculas a cambiar su estructura tridimensional o incluso a ensamblar y desensamblar.

"El trabajo revela una riqueza de la dinámica de la expresión génica espacio-temporal del hígado, y muestra cómo la compartimentación de la función hepática tanto en el espacio como en el tiempo es el sello distintivo de la actividad metabólica en el hígado de los mamíferos", explica uno de los autores, Felix Naef.