El reloj circadiano marca el ritmo del ciclo celular y el desarrollo de tumores en plantas
Un equipo de investigación español ha demostrado que los dos principales osciladores celulares –el reloj circadiano y el ciclo celular– están estrechamente conectados. El estudio demuestra por primera vez en plantas que el reloj circadiano controla la velocidad del ciclo celular, regulando la división celular y el crecimiento en sincronización con los ciclos diurno y nocturno.
Plantas de Arabidopsis crecidas en cámaras de cultivo in vitro. La placa de la izquierda tiene plantas control y la de la derecha plantas con el reloj circadiano modificado. / CRAG
Si hay algo evidente en la naturaleza es la ritmicidad que nos rodea, desde los latidos del corazón hasta los ritmos de floración en plantas. Esta ritmicidad viene determinada en gran parte por las oscilaciones en la actividad de proteínas presentes en nuestras células que marcan los ritmos de los procesos que controlan. Los dos principales osciladores celulares son el denominado reloj biológico o circadiano y el ciclo celular.
El reloj circadiano es el responsable de generar las oscilaciones de procesos biológicos en coordinación con el ciclo de día y noche y los cambios de luz y temperatura asociados. El ciclo celular, por su parte, se encarga de la división y el crecimiento de las células. Si el ciclo celular no funciona correctamente, los efectos en los organismos son dramáticos: el caso más conocido es el desarrollo de cáncer. Por ello, el ciclo celular debe estar muy fuertemente regulado para evitar un posible mal funcionamiento.
El papel de la proteína TOC1
Ahora, un equipo de investigación del Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG), liderado por la investigadora del CSIC Paloma Mas, ha demostrado por primera vez en plantas que el reloj circadiano controla la velocidad del ciclo celular, y que de esta forma regula el crecimiento y la división de las células en sincronización con los ciclos del día y la noche. “Hemos demostrado algo que sospechábamos desde hace tiempo”, explica Mas, investigadora principal del estudio publicado en Developmental Cell.
El descubrimiento se hizo en la planta modelo Arabidopsis thaliana. El equipo del CRAG utilizó plantas modificadas en las que el reloj circadiano va más lento debido a un aumento en la cantidad de TOC1, un componente esencial del reloj circadiano en plantas.
Los estudios mostraron que las hojas de estas plantas eran más pequeñas de lo normal. “Al contar el número de las células en las hojas de las plantas que sobreexpresan TOC1 vimos que había menos células, lo que sugería que, modificando el reloj circadiano, estábamos también modificando el ritmo de división celular”, explica Jorge Fung, estudiante predoctoral y primer autor del trabajo.
Por otro lado, el equipo del CRAG observó el efecto contrario al disminuir la cantidad de TOC1: “No solo el reloj circadiano va más rápido cuando hay menos TOC1, sino que también el ciclo celular se acelera”, indica Mas. Así, los autores demuestran que la velocidad del reloj circadiano marca el ritmo del ciclo celular.
Para desvelar cómo el ritmo circadiano afectaba el ciclo de división celular, el equipo analizó la duración de cada una de las fases del ciclo celular en las hojas de las plantas con más TOC1 y lo comparó con plantas control. Así, descubrieron que las plantas con un ciclo circadiano más largo pasaban más horas detenidas en la fase G1 del ciclo celular. “Las células de las plantas que sobreexpresan TOC1 tardan más en entrar en la fase S del ciclo celular, fase en la que se copia el ADN hasta duplicar su material genético”, comenta Fung.
Analizando la expresión de los genes del ciclo celular en las hojas de Arabidopsis, los investigadores descubrieron que varios de estos genes presentaban unas oscilaciones alteradas en respuesta a la modificación del ritmo circadiano. En especial, resultó muy evidente que el pico de expresión diurno del gen CDC6 se perdía totalmente como consecuencia del aumento de actividad de TOC1. “CDC6 es una proteína clave en el ciclo celular, en particular durante la duplicación del ADN en la fase S”, aclara Paloma Mas.
Desarrollo de los tumores como consecuencia
Otros experimentos permitieron demostrar que TOC1 se une al promotor del gen CDC6 para reprimir su expresión. “Estos resultados demuestran que el mecanismo molecular por el cual el reloj circadiano regula el ciclo celular depende de la función represora de TOC1 sobre CDC6”, explica Mas. “Es un descubrimiento totalmente nuevo en plantas”, añade.
Los investigadores hipotetizaron que si el ritmo circadiano modificaba el ciclo celular, también podría tener un efecto en el desarrollo de tumores, que ocurren cuando las células proliferan sin control. Para probarlo, el equipo infectó las plantas de Arabidopsis con una bacteria que induce la formación de tumores en la planta y comprobó que, efectivamente, el crecimiento de los tumores era distinto entre las plantas control y las plantas con el reloj circadiano alterado.
Así, en las plantas que contenían más cantidad de TOC1, los tumores crecieron más lentamente que en las plantas control, lo que correlaciona con un ciclo celular más lento.
Según los autores, todo conocimiento que permita controlar el crecimiento y la productividad de las plantas tiene un interés agronómico. Este descubrimiento, además, abre la puerta a futuros estudios enfocados en identificar mecanismos que desaceleren el reloj circadiano como posible arma terapéutica para retrasar el desarrollo de tumores en humanos.
Científicos descubren por qué a algunos hombres les crecen los pechos
El estudio desarrollado en Estados Unidos, confirmó que ciertos aceites derivados de plantas contienen sustancias químicas capaces de alterar las hormonas humanas e incluso provocar el crecimiento de los pechos en los hombres
Foto: muyinteresante.es
Un estudio del Instituto Nacional de Ciencias de la Salud Ambiental de EE.UU. (NIEHS, por sus siglas en inglés) y citado por Russia Today, ha confirmado que ciertos aceites derivados de plantas contienen sustancias químicas capaces de alterar las hormonas humanas e incluso provocar el crecimiento de los pechos en los hombres.
Los aceites que causan el mayor crecimiento del busto masculino son los de lavanda y de árbol de té, según señala un comunicado de prensa sobre la investigación publicado por Science Alert.
En un nuevo análisis, los investigadores analizaron ocho sustancias químicas específicas de los cientos que aparecen en el aceite de lavanda o de árbol de té, probándolas en el laboratorio contra células humanas de cáncer de mama. Todos los químicos demostraron ser técnicamente capaces de inhibir la producción de testosterona y así estimular el crecimiento de las glándulas mamarias en los cuerpos de adolescentes varones.
Según los científicos, los químicos están presentes en otros 65 aceites esenciales, aparte de los de lavanda y de árbol del té. Además, advirtieron que los aceites capaces de alterar el funcionamiento del sistema endocrino en los hombres se encuentran también en todo tipo de productos de consumo, desde jabones y lociones, hasta en tratamientos médicos alternativos, aceites de aromaterapia y productos de limpieza.
Los cambios han provocado que la Tierra gire más lentamente Un estudio exhaustivo de los datos del nivel del mar de 1958 a 2014 revela, entre otras conclusiones, que los días se han vuelto un poco más largos en la Tierra como resultado de la fusión del hielo.
El investigador de la Universidad de Tecnología de Delft Thomas Frederikse, ha establecido que el aumento promedio en los niveles del mar en todo el mundo se está acelerando. No solo eso; también dice que los días en la Tierra se vuelven un poco más largos (alrededor de 0,2 milisegundos en los últimos 25 años) como resultado de la fusión del hielo de la tierra. Este deshielo está causando la desaparición de la masa (en forma de hielo), principalmente en Groenlandia y la Antártida, que se mueve en la dirección del ecuador como agua líquida. Esto produce ligeros cambios en la distribución de la masa de la Tierra. «Al igual que un patinador artístico que estira los brazos durante una pirueta, hace que la Tierra gire un poco más lentamente, y los días, por lo tanto, duran un poco más ahora», explica en un comunicado.
Por otro lado, el aumento en los niveles del mar no es el mismo en todo el mundo. Hay diferencias regionales significativas. Frederikse ha llevado a cabo un estudio exhaustivo de los datos de 1958 a 2014. Todo tipo de factores juegan un papel. Por ejemplo, el derretimiento del hielo terrestre, la expansión del agua de mar causada por el aumento de las temperaturas, pero también el uso de aguas subterráneas y el almacenamiento de grandes cantidades de agua dulce en depósitos interiores. Otro factor es lo que se conoce como ajuste isostático glacial (GIA), el 'rebote' de la Tierra después de las edades de hielo.
«Debido a todos estos factores, no hay un solo lugar en la Tierra donde el nivel del mar coincida exactamente con el promedio global. Para comprender los patrones regionales y poder desarrollar escenarios regionales futuros, se necesita una buena comprensión de los procesos subyacentes relevantes y los patrones regionales asociados. Ahora es posible estimar con precisión los cambios locales y globales en los niveles del mar con la ayuda de los satélites. Antes de los satélites, solo teníamos mediciones locales del nivel del mar en un número limitado de lugares a nuestra disposición. He podido confirmar que los aumentos del nivel del mar medidos en las décadas previas a los satélites pueden explicarse de manera efectiva mediante la suma de todos los procesos físicos relevantes», explican.
«El aumento del nivel del mar se estudió en dos regiones costeras ya escala mundial. Los procesos físicos que tuvimos en cuenta fueron la pérdida de masa en los glaciares y las capas de hielo, el agotamiento de los depósitos de agua subterránea, la retención de agua por presas, GIA, cambios en el volumen específico de agua de mar, efectos del viento local y cambios en la presión del aire. Pudimos desentrañar y modelar con precisión todas estas diferentes influencias para el Mar del Norte, por ejemplo», añaden. En el período 1958-2014, el aumento en los niveles del mar en el Mar del Norte fue de «apenas» alrededor de 8 centímetros. Esto es comparable al aumento mundial promedio en el mismo período, que es aproximadamente de 1,5 milímetros por año, pero las causas subyacentes son diferentes: el derretimiento de los glaciares y Groenlandia casi no tiene ningún efecto aquí, pero cuando se trata de la Antártida, recibimos la explosión completa. Esta no es una buena noticia para nosotros, porque la capa de hielo en la Antártida podría perder mucha masa en un mundo más cálido en el futuro.
«Ahora podemos explicar los aumentos del nivel del mar en casi todos los océanos. Aunque la cuestión del aumento del nivel del mar es compleja, ahora comprendemos bien la mayoría de los factores en juego. Como resultado, los modelos y las predicciones son mejores, lo que es una buena noticia. La imagen emergente es el aumento del nivel del mar y una aceleración significativa en ese proceso (con considerables diferencias regionales). Esto no solo se basa en el modelado, las mediciones demuestran que ya está sucediendo. Esa es la mala noticia», finalizan.
Cómo una mutación genética benéfica en un niño dio origen a la anemia falciforme, una enfermedad que afecta a millones de personas
Derechos de autor de la imagenSCIENCE PHOTO LIBRARYImage captionCon la anemia de células falciforme los glóbulos rojos se vuelven rígidos y pegajosos y tienen forma de hoz o de luna creciente en lugar de ser redondos como los glóbulos normales.
Un día, hace miles de años, en un bosque lluvioso del Sahara, en África, nació un niño con una mutación genética. Y este defecto podría ser el inicio de una dolorosa enfermedad que hoy afecta a millones de personas.
O al menos eso sugiere una nueva investigación sobre la historia de la anemia de células falciformes. Y según los investigadores el hallazgo podría llevar a nuevos tratamientos menos complicados para la gente que sufre el trastorno.
Pero ¿cómo llegaron a esa conclusión y por qué importa?
La historia de la enfermedad de células falciformes es, primero que nada, un estudio sobre cómo algo bueno puede tener consecuencias malas.
Ese niño que nació en lo que hoy es el desierto del Sahara tenía una inmunidad intensificada a la malaria. Eso es importante porque en esa época esa parte de África era húmeda y lluviosa y estaba cubierta de bosques.
Era un fantástico hábitat para los mosquitos que propagan la malaria, que hoy en día mata a un niño cada dos minutos.
Con esa gran defensa contra una enfermedad mortal, este niño que tenía esa mutación genética vivió y tuvo hijos, y esos hijos extendieron sus defensas contra la malaria y vivieron más tiempo.
Consecuencias
Hoy, más de 250 generaciones después, los descendientes de ese niño alrededor del mundo siguen teniendo esa protección contra la malaria.
Pero esto también tuvo consecuencias negativas.
Si tus dos padres tienen esa mutación genética, tú puedes acabar con anemia de células falciformes, una enfermedad que provoca dolor severo y otras complicaciones para los pacientes, incluida la dificultad para respirar, accidentes cerebrovasculares y problemas de la vista.
Y quienes heredan el gen de sus dos padres no cuentan con la protección contra la malaria.
En el estudio publicado el jueves en la Revista Estadounidense de Genética Humana, Daniel Shriner y Charles Rotimi del Centro para la Investigación de Genómica y Salud Global presentó los hallazgos tras analizar los genomas de casi 3.000 personas, 156 de las cuales tenían anemia de células falciformes.
Los científicos afirman que rastrearon la mutación unos 7.300 años y encontraron que ésta comenzó con sólo un niño.
Esto importa porque ayuda con la clasificación, dice el doctor Rotimi. Como le explicó a la BBC el hallazgo dará a los médicos "un mejor entendimiento de cómo clasificar a los pacientes de enfermedad de células falciformes en términos de gravedad del trastorno".
Derechos de autor de la imagenSCIENCE PHOTO LIBRARYImage captionLos glóbulos rojos normales pasan fluidamente por el sistema circulatorio, pero las células falciformes como éstas a la derecha, pueden provocar bloqueos.
¿Qué es anemia de células falciformes?
Es un trastorno de por vida causado por un gen defectuoso que afecta cómo se desarrollan los glóbulos rojos.
Afecta principalmente a personas de origen africano, caribeño, de Medio Oriente, del este del Mediterráneo y asiático. La mayoría de los casos surgen en África subsahariana.
Según los Centros para el Control de Enfermedades (CDC) de Estados Unidos, la mutación es común en personas que viven en zonas donde la malaria es endémica.
La gente con el trastorno a menudo tiene más riesgo de contraer infecciones graves o puede volverse anémica, lo que ocurre cuando los glóbulos rojos no transportan suficiente oxigeno al organismo.
Algunos pacientes tienen transfusiones de sangre regulares, a menudo cada tres o cuatro semanas, para tratar el trastorno.
Hace un año se logró revertir la enfermedad en un adolescente francés usando terapia genética, la cual es un tratamiento raro y costoso.
Es "imperativo usar esta nueva clasificación para mejorar nuestra atención clínica", dice el doctor Rotini, "en África y alrededor del mundo".
Pero Frederick B. Piel, del Imperial College de Londres, le dijo al New York Times que desea que se hagan estudios más amplios para confirmar las conclusiones.
Durante décadas los científicos se han preguntado si la mutación ocurrió una sola vez o si tuvo lugar en diferentes épocas en distintos lugares.
Orígenes
La enfermedad se identificó por primera vez en Estados Unidos en personas de origen africano, pero también es común en gente del este del Mediterráneo, en particular Grecia, Medio Oriente y partes de Asia.
Hasta ahora, dice el doctor Rotimi, "hemos estado clasificando estos varios tipos usando grupos etnolingüísticos lo cual realmente no nos ofrece ninguna información clínica, porque sólo se cataloga dónde se encontró el paciente por primera vez".
Derechos de autor de la imagenKEYSTONEImage caption¿Vivió en el Sahara el pequeño que primero tuvo la mutación genética?
Los científicos creen que no hubo "una sola vez". Piensan que varios niños desarrollaron la protección contra la malaria de forma separada.
Esto pudo ocurrir una vez en Senegal, una vez en Camerún y en Benín y en la República Centroafricana.
Pero los doctores Shriner y Rotini descubrieron que las personas que rastrearon tenían mutaciones genéticas similares, y que los de Kenia, Uganda, Sudáfrica y la República Centroafricana eran tan similares que se ajustaban a un patrón por haberse distribuido con migraciones del pueblo bantú.
Los bantú, de África occidental, migraron hacia el este y el sur hace unos 2.500 años.
Pero ¿qué tan cierto está el doctor Rotimi de sus hallazgos?
Con la pregunta se ríe: "Como científico siempre es una mala idea decir que algo es definitivo. Nunca realmente he pensado que ésta es la respuesta final".
Pero agrega: "La información que tenemos ahora parece dejar en claro que no se apoya la teoría del origen múltiple".
Y viniendo de un científico quizás esta es la respuesta más cercana a la teoría de "ocurrió una vez hace tiempo".
Es probable que no haya estudios más amplios que ofrezcan los mismos resultados pero, por ahora, nos quedamos con esa imagen de un niño afortunado que dejó un legado global de consecuencias mezcladas.
Un compuesto del té verde para mejorar la función cognitiva en el síndrome de Down
Un ensayo clínico quiere corroborar en niños y niñas los buenos resultados de un compuesto del té verde en la función cognitiva de adultos jóvenes con síndrome de Down. Los ensayos clínicos con niños son muy poco comunes, y aún más cuando se trata de enfermedades con baja prevalencia. Se espera que al iniciar el tratamiento en edades más tempranas, los resultados sean mejores y más estables en el tiempo.
El síndrome de Down afecta aproximadamente a 1 de cada 1.000 personas en el mundo y es la causa más común de discapacidad intelectual de origen genético. / Pixabay
Rafael de la Torre, director del Programa de Investigación en Neurociencias del Instituto Hospital del Mar de Investigaciones Médicas (IMIM), lidera un ensayo clínico en población pediátrica con el objetivo de evaluar la seguridad y eficacia de un preparado dietético que contiene epigalocatequina galato (EGCG) –un compuesto natural del té verde– en la mejora del desarrollo cognitivo de niños de 6 a 12 años con síndrome de Down y que valorará también su efecto en un grupo de niños con el síndrome X-Frágil.
El ensayo clínico pediátrico se llevará a cabo simultáneamente en cinco centros sanitarios: el Hospital Niño Jesús (Madrid), el Instituto Hispalense de Pediatría (Sevilla), el Hospital Universitario Marqués de Valdecilla (Santander), el Hospital del Mar (Barcelona) y el Instituto Jérôme Lejeune (París).
El trabajo ha iniciado la fase de reclutamiento durante el mes de febrero de 2018 y está previsto que tenga una duración de 10 meses. Está financiado por la Fundación Mutua Madrileña y la Fundación Jérôme Lejeune y contará con el apoyo de Mara Dierssen, coordinadora del grupo de Neurobiología Celular y Sistemas del Centro de Regulación Genómica (CRG) y especialista en la neurobiología del síndrome de Down, que gracias a sus estudios preclínicos ha hecho posible este ensayo clínico.Se trata de un estudio aleatorizado que incluirá 70 niños con síndrome de Down y también niños afectados de síndrome X-Frágil. "Hemos incluido niños con síndrome de Down y con síndrome de X-Frágil porque, aunque el origen genético de ambos síndromes es diferente, el mecanismo por el que la epigalocatequina galato proporcionaría efectos terapéuticos sería común. De ahí que pensemos que los pacientes con el síndrome X-Frágil también se podrían beneficiar", añade de la Torre.
Resultados positivos en adultos
El IMIM y el CRG presentaron el año 2016 los resultados de la fase 2 de un ensayo clínico con EGCG realizado en adultos jóvenes, de entre 16 y 34 años, con síndrome de Down.
Los resultados mostraron que los participantes que habían recibido el tratamiento con EGCG y estimulación cognitiva habían mejorado su memoria de reconocimiento visual, la atención, así como el autocontrol y el comportamiento adaptativo o autonomía en actividades del día a día. Estos cambios se podían correlacionar con cambios biológicos en su conectividad cerebral. Este estudio fue publicado en la revista Lancet Neurology.
"Fue la primera vez que un tratamiento demostraba eficacia en la mejora de algunas funciones cognitivas en personas con síndrome de Down, a pesar de que en la población adulta la plasticidad cerebral es limitada ya que el cerebro está totalmente desarrollado. Estos buenos resultados en adultos jóvenes y la seguridad del tratamiento, ha permitido el inicio de este innovador ensayo clínico en población pediátrica con el que, gracias a la mayor plasticidad del cerebro infantil, esperamos obtener aún mejores resultados y que los beneficios se mantengan durante mucho más tiempo", explica de la Torre.
Infografia del estudio PERSEUS. / IMIM
Dos trastornos genéticos
Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), el síndrome de Down afecta aproximadamente a 1 de cada 1.000 personas en el mundo y es la causa más común de discapacidad intelectual de origen genético. Está causado por una trisomía en el cromosoma 21, es decir, que las personas con este síndrome cuentan con tres copias y no dos del cromosoma 21. La epigalocatequina galato modula la actividad de uno de los genes localizados en el cromosoma 21, el DYRK1A, que está relacionado con la plasticidad cerebral y algunas capacidades cognitivas.
El síndrome X-Frágil es un trastorno genético de transmisión familiar ligado al cromosoma X, que puede causar dificultades que pueden ir desde problemas de aprendizaje hasta una disminución en la capacidad intelectual. Afecta a 1 de cada 4.000 niños y 1 de cada 6.000 niñas.
