- Por Samuel Mckenzie, BScRevisado por el Dr. Tomislav Meštrović, MD, Ph.D.
Los ritmos circadianos son ciclos biológicos dentro de los organismos que les permiten ajustar su fisiología y comportamiento para anticiparse y adaptarse a los cambios en el entorno exterior. Los ritmos circadianos se mantienen con la ayuda de relojes circadianos, el principal reloj circadiano en los mamíferos es el núcleo supraquiasmático (SCN).
Neuroanatomía del núcleo supraquiasmático (SCN)
El SCN está situado en la región anterior del hipotálamo, y contiene aproximadamente 20.000 neuronas. El SCN puede dividirse en dos secciones principales dependiendo de la expresión de neuropéptidos.
El «núcleo» del SCN está compuesto principalmente por células que expresan péptido intestinal vasoactivo (VIP). El núcleo recibe principalmente información de la retina y de otras regiones del cerebro.
Por otro lado, la «cáscara» está compuesta principalmente por células que expresan arginina vasopresina (AVP). La cáscara recibe entradas principalmente de la corteza, el cerebro anterior basal y el hipotálamo. El SCN envía salidas a varias partes del cerebro, como las áreas mediales del hipotálamo y el tálamo.
Image Credit: lila Medical MediaEntradas al SCN
El SCN recibe dos tipos de entradas: fóticas y no fóticas. La entrada fótica proviene de las células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles (ipRGC), que se proyectan a través del tracto retino-talámico mediante sinapsis glutamatérgicas a las neuronas del SCN. Esto ayuda a sincronizar el reloj circadiano.
La exposición a la luz puede alterar el ritmo circadiano, lo que se conoce como «cambio de fase». Los cambios de fase pueden alterar las respuestas normales al ritmo circadiano; por ejemplo, la exposición a la luz durante la noche afectará a los patrones de sueño a través de un cambio de fase.
La entrada no fótica al SCN proviene de otras regiones del cerebro y ayuda a modular el ritmo circadiano. El SCN contiene varios receptores de serotonina (5-HT). La entrada de 5-HT desde el rafe del cerebro medio ayuda a modular la respuesta del SCN a la luz regulando los cambios de fase.
El núcleo intergeniculado (IGL) contiene neuronas que expresan neuropéptido Y (NPY), así como neuronas que expresan ácido gamma aminobutírico (GABA). El IGL se proyecta al SCN a través de la vía geniculohipotalámica, e induce cambios de fase durante el día. La estimulación del núcleo del rafe medial y del núcleo del rafe dorsal aumenta el contenido de serotonina en el SCN y en el IGL, respectivamente.
Generación y control del ritmo circadiano por el SCN
El ritmo circadiano generado por el SCN depende de la retroalimentación negativa retardada en un bucle de retroalimentación transcripcional central. Los dímeros CLOCK/BMAL1 actúan en las regiones promotoras E-box del cromosoma para promover la transcripción de varios reguladores del ritmo circadiano (genes reloj), como varios genes Período (PER)y Criptocromo (CRY). Esto da lugar a un aumento de las proteínas PER y CRY.
Tras un retraso, los dímeros PER/CRY se acumulan y comienzan a inhibir la transcripción de sus propios genes. PER y CRY también son degradados por complejos de ubiquitina ligasa. Estos cambios resultan en la disminución de PER y CRY, bajando consecuentemente la inhibición de su transcripción por lo que eventualmente comenzará un nuevo ciclo.
PER está simultáneamente involucrado en un bucle de retroalimentación positiva, en el que REV-ERBα actúa en las regiones promotoras de RORE para inhibir la transcripción de BMAL. PER se une a REV-ERBα lo que permite que BMAL se transcriba, permitiendo así que se transcriban más PER y CRY.
La región promotora E-box también es responsable de la transcripción de los genes de control del reloj (CCG) y los bucles de retroalimentación comentados son responsables del ciclo de 24 horas para la expresión de los CCG. Los CCGs controlan varios aspectos de la homeostasis y del ciclo celular.
Todas las neuronas dentro del SCN oscilan con diferentes fases, las células combinan las salidas para dar un ritmo, lo que se conoce como la red multiosciladora del SCN. Las células VIP controlan el reajuste de fase inducido por la luz en el SCN y proporcionan una señal de acoplamiento para los osciladores del SCN. Esto ayuda a estabilizar y sincronizar los ritmos entre las neuronas individuales del SCN. La señalización del GABA también ayuda a sincronizar las neuronas individuales del SCN.
Efectos del ritmo circadiano en el cuerpo
El ritmo circadiano se transmite desde el SCN a otras partes del cerebro. Estas señales descendentes actúan sobre el sistema neuroendocrino o las neuronas motoras preautonómicas del hipotálamo, lo que permite que se produzcan multitud de reacciones fisiológicas.
El SCN se proyecta a la glándula pineal para afectar a la secreción de melatonina, lo que puede conseguirse mediante las acciones del VIP que activan la adenil ciclasa. Esto aumenta la concentración de AMPc, que estimula la N-acetiltransferasa, lo que aumenta la tasa de síntesis de melatonina.
La liberación de melatonina es la más alta durante la noche y contribuye al ciclo de sueño/vigilia evitando los cambios de fase, reduciendo la latencia del inicio del sueño, aumentando el tiempo total de sueño e inhibiendo la excitación circadiana.
El cortisol es secretado por la glándula suprarrenal y presenta un ritmo circadiano. Los niveles de cortisol son más bajos durante la noche y alcanzan su máximo durante la mañana. La liberación de cortisol está regulada por el eje hipotálamo-hipófisis-suprarrenal (HPA).
El HPA recibe la entrada de NPY desde el SCN, lo que resulta en la liberación de hormonas adrenocorticotrópicas desde las células corticotrópicas en la glándula pituitaria anterior, debido a esto el cortisol es liberado desde la glándula suprarrenal. El cortisol tiene un bucle de retroalimentación negativa con la glándula pituitaria, en la que los niveles crecientes de cortisol actúan para inhibir su secreción.
El ritmo circadiano también puede actuar sobre muchos otros aspectos de la fisiología humana – incluyendo el metabolismo, la temperatura corporal y varios elementos del sistema inmunológico.
En el control de los procesos fisiológicos
En conclusión, el SCN controla muchos procesos fisiológicos con el ritmo es genera. La transcripción de los genes del reloj en respuesta al ciclo día/noche son claves para todos los procesos afectados por el ritmo circadiano. La integración de las entradas fóticas y no fóticas al SCN impulsan el ciclo para el ritmo.
Más investigaciones sobre el SCN y los ritmos circadianos proporcionarán una comprensión mejor y más detallada de cómo el SCN genera el ritmo circadiano y cómo otras partes del cerebro influyen en él. Una mayor investigación también revelará información adicional sobre cómo el ritmo circadiano afecta a otras partes del cerebro en su señalización descendente.
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APA
Mckenzie, Samuel. (2019, 26 de febrero). Cómo controla el núcleo supraquiasmático (SCN) el ritmo circadiano? News-Medical. Recuperado el 24 de marzo de 2021 de https://www.news-medical.net/health/How-Does-the-Suprachiasmatic-Nucleus-(SCN)-Control-Circadian-Rhythm.aspx.
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Mckenzie, Samuel. 2019. Cómo controla el núcleo supraquiasmático (SCN) el ritmo circadiano? News-Medical, consultado el 24 de marzo de 2021, https://www.news-medical.net/health/How-Does-the-Suprachiasmatic-Nucleus-(SCN)-Control-Circadian-Rhythm.aspx.
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Escrito por
Samuel Mckenzie
Sam se graduó en la Universidad de Manchester con un B.Sc. (Hons) en Ciencias Biomédicas. Tiene experiencia en una amplia gama de temas de ciencias de la vida, incluyendo; Bioquímica, Biología Molecular, Anatomía y Fisiología, Biología del Desarrollo, Biología Celular, Inmunología, Neurología y Genética.
Última actualización: 26 de febrero de 2019Citaciones
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