Se ha descubierto que la sincronización entre los relojes central y circadiano de los tejidos preserva su funcionamiento y previene el envejecimiento.

Dos artículos de investigación complementarios, publicados simultáneamente en las revistas. Ciencia y Célula madre celular elaborado por un equipo de científicos de la UPF y el IRB Barcelona, ​​revelan que los relojes circadianos central y periférico se coordinan para regular la actividad diaria de la piel y los músculos.

La coordinación entre los dos relojes (central y periférico) garantiza el 50% de las funciones circadianas de los tejidos, incluidos procesos vitales como el ciclo celular, la reparación del ADN, la actividad mitocondrial y el metabolismo. La sincronización entre el reloj cerebral central y los periféricos previene el envejecimiento muscular prematuro y mejora la función muscular, lo que sugiere nuevas estrategias para abordar el deterioro relacionado con la edad mediante la modulación del ritmo circadiano.

Descubiertos en la década de 1970, los relojes circadianos son esenciales para la regulación del tiempo biológico en la mayoría de las células del cuerpo humano. Estos mecanismos internos ajustan los procesos biológicos a un ciclo de 24 horas, permitiendo la sincronización de las funciones celulares con las variaciones diarias del medio ambiente.

Los ritmos circadianos, que están coordinados por un reloj central en el cerebro que se comunica con relojes en diferentes tejidos periféricos, influyen en muchas funciones, desde nuestros patrones de sueño hasta nuestra capacidad para metabolizar los alimentos.

Un equipo liderado por el Dr. Salvador Aznar Benitah, investigador ICREA del IRB Barcelona, ​​y la Dra. Pura Muñoz-Cánoves, investigadora ICREA del Departamento de Medicina y Ciencias de la Vida de la Universidad Pompeu Fabra (UPF), ha descrito cómo la sincronización La relación entre el reloj central y los relojes periféricos en el músculo y la piel juega un papel clave para asegurar el correcto funcionamiento de estos tejidos, así como para prevenir procesos degenerativos asociados al envejecimiento.

La investigación sobre la sincronización entre los relojes centrales y periféricos aparece en Ciencia, mientras que el trabajo sobre la coordinación entre el reloj central y el reloj periférico de la piel se ha publicado en Célula madre celular. Ambos estudios revelan los mecanismos comunes que subrayan la importancia de esta coordinación para mantener la funcionalidad óptima de los músculos y la piel.

El trabajo describe también el notable grado de autonomía de los relojes periféricos, que pueden mantener ciclos de 24 horas y gestionar aproximadamente el 15% de las funciones circadianas en ausencia del reloj central.

«Es fascinante ver cómo la sincronización entre el cerebro y los relojes circadianos periféricos desempeña un papel fundamental en la salud de la piel y los músculos, mientras que los relojes periféricos por sí solos son autónomos a la hora de llevar a cabo las funciones tisulares más básicas», afirma el Dr. Aznar Benitah, director del Centro Laboratorio de Células Madre y Cáncer del IRB Barcelona.

«Nuestro estudio revela que se necesita una interacción mínima entre sólo dos relojes tisulares (uno central y otro periférico) para mantener el funcionamiento óptimo de tejidos como los músculos y la piel y evitar su deterioro y envejecimiento. Ahora, el siguiente paso es identificar la señalización factores implicados en esta interacción, con posibles aplicaciones terapéuticas en mente», explica el Dr. Muñoz-Cánoves, profesor de la UPF y actualmente investigador principal en Altos Labs (San Diego, EE.UU.).

La coordinación con el reloj periférico muscular mantiene la función muscular y previene el envejecimiento prematuro

El estudio publicado en Ciencia sobre la comunicación entre el cerebro y el músculo confirmaron que la coordinación entre los relojes central y periférico es crucial para mantener la función muscular diaria y prevenir el envejecimiento prematuro de este tejido. La restauración del ritmo circadiano reduce la pérdida de masa y fuerza muscular, mejorando así las funciones motoras deterioradas en modelos experimentales de ratón.

Los resultados del estudio también han demostrado que la alimentación con restricción horaria (TRF), que implica comer sólo en la fase activa del día, puede sustituir parcialmente el reloj central y mejorar la autonomía del reloj muscular. Más relevante aún es que esta restauración del ritmo circadiano a través de TRF puede mitigar la pérdida muscular, el deterioro de las funciones metabólicas y motoras y la pérdida de fuerza muscular en ratones de edad avanzada.

Estos hallazgos tienen implicaciones significativas para el desarrollo de terapias para el envejecimiento muscular y la mejora del rendimiento físico en la vejez. Dres. Arun Kumar y Mireia Vaca Dempere, ambos de la UPF, son los primeros autores de este estudio, que también ha contado con la colaboración de los Dres. Eusebio Perdiguero y Antonio Serrano, anteriormente en la UPF y ahora en Altos Labs.

El reloj periférico de la piel integra y modula las señales cerebrales.

En el estudio publicado en Célula madre celular, el equipo ha demostrado que el reloj circadiano de la piel es fundamental para coordinar la fisiología diaria de este tejido. Al integrar las señales cerebrales y, en ocasiones, modificarlas, esta coordinación asegura el correcto funcionamiento de la piel.

Un descubrimiento sorprendente fue que, en ausencia del reloj periférico, el reloj corporal central mantiene el ritmo circadiano de la piel pero funciona al revés de lo habitual (es decir, en horario opuesto). Por ejemplo, los investigadores observaron que la replicación del ADN, si estuviera regulada únicamente por el reloj central, se produciría durante el día, cuando la piel está expuesta a la luz ultravioleta, lo que aumentaría el riesgo de acumular mutaciones.

Este fenómeno pone de relieve la importancia del reloj periférico, que no sólo recibe señales del reloj central –que coordina los ritmos de todo el organismo– sino que también adapta dichas señales a las necesidades específicas del tejido en el que se encuentran (en el caso del células madre de la piel, la replicación del ADN alcanza su punto máximo después de la exposición a la luz ultravioleta durante el día).

El Dr. Thomas Mortimer, becario postdoctoral del IRB Barcelona, ​​y el Dr. Patrick-Simon Welz, del Instituto de Investigación Hospital del Mar, han liderado este proyecto, junto con los Dres. Aznar Benitah y Muñoz-Cánoves.