La sincronización de los relojes circadianos previene el envejecimiento muscular

Descubiertos en los años 70, los relojes circadianos son fundamentales 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, lo que permite la sincronización de las funciones celulares con las variaciones diarias del entorno.

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

Un equipo liderado por Salvador Aznar Benitah, del IRB Barcelona, y Pura Muñoz-Cánoves, de la Universidad Pompeu Fabra (UPF), ha descubierto cómo la sincronización entre el reloj circadiano cerebral y los relojes periféricos en el músculo y la piel es esencial para el funcionamiento adecuado de estos tejidos, así como para prevenir procesos degenerativos propios del envejecimiento.

La sincronización entre el reloj circadiano cerebral y los relojes periféricos en el músculo y la piel es esencial para el funcionamiento adecuado de estos tejidos

Los resultados han sido publicados en dos artículos: la investigación sobre la sincronización entre el reloj central y el reloj periférico del músculo se ha publicado en Science, mientras que el estudio de la coordinación entre el reloj central y el periférico de la piel se ha publicado en Cell Stem Cell. Ambos trabajos revelan mecanismos comunes que subrayan la importancia de esta coordinación para mantener la funcionalidad óptima de ambos.

También se detalla el notable grado de autonomía de los relojes periféricos, que son capaces de mantener ciclos de 24 horas y de gestionar aproximadamente un 15 % de las funciones circadianas, en ausencia del reloj central.

“Es fascinante ver cómo la sincronización entre los relojes circadianos cerebrales y periféricos desempeña un papel fundamental en la salud de la piel y el músculo, a la vez que los relojes periféricos por sí solos son autónomos para llevar a cabo las funciones más básicas del tejido”, explica Benitah, jefe del laboratorio de Células Madre y Cáncer del IRB Barcelona.

“Nuestro estudio revela que se necesita una interacción mínima de tan solo dos relojes tisulares (uno central y otro periférico) para mantener el funcionamiento óptimo de tejidos como el músculo y la piel, y evitar su deterioro y envejecimiento. El siguiente paso es identificar los factores de señalización implicados en esta interacción, pensando en aplicaciones terapéuticas”, indica Muñoz-Cánoves, investigadora en la UPF, y actualmente investigadora en Altos Labs (San Diego, EEUU).

Evitar el envejecimiento prematuro

El estudio publicado en Science se centró en la comunicación entre el cerebro y el músculo, y confirma que la coordinación entre los relojes cerebrales y periféricos es crucial para mantener la función muscular diaria y prevenir el envejecimiento prematuro del músculo. La restauración del ritmo circadiano reduce la pérdida de masa muscular y de fuerza, lo que mejora las funciones motoras deterioradas en modelos de ratón.

El estudio publicado en Science se centró en la comunicación entre el cerebro y el músculo, y confirma que la coordinación entre los relojes cerebrales y periféricos es crucial para mantener la función muscular diaria

Los resultados han mostrado también que la alimentación restringida en el tiempo (‘Time-restricted feeding’ o TRF), que implica comer solo durante la fase activa del día, puede reemplazar parcialmente el reloj central y optimizar la autonomía del reloj muscular.

Y lo que aún es más relevante, esta restauración del ritmo circadiano a través de TRF es capaz de mitigar la pérdida muscular, el deterioro de las funciones metabólicas y motoras y la disminución de la fuerza muscular en ratones viejos. Estos hallazgos tienen implicaciones importantes para el desarrollo de terapias contra el envejecimiento de los músculos y la mejora del rendimiento físico en la edad avanzada.

Correcto funcionamiento de la piel

Por su parte, en el estudio publicado en Cell Stem Cell el equipo ha demostrado que el reloj circadiano de la piel es clave en la coordinación de la fisiología diaria del tejido. Mediante la integración de las señales del cerebro y, en ocasiones, modificándolas, garantiza el correcto funcionamiento de la piel.

El estudio publicado en Cell Stem Cell revela que el reloj circadiano de la piel es clave en la coordinación de la fisiología diaria del tejido

Un hallazgo sorprendente fue que, en ausencia del reloj periférico, el reloj central del cuerpo mantiene el ritmo circadiano en la piel, pero opera de manera contraria a lo habitual (es decir, en un horario opuesto).

Por ejemplo, se observó que la replicación del ADN, si solo estuviese controlada por el reloj central ocurriría durante el día, a la hora a la que la piel estaría expuesta a la luz ultravioleta, lo cual incrementaría el riesgo de acumular más mutaciones.

Este fenómeno destaca la importancia del reloj periférico, que no solo recibe señales del reloj central —que coordina los ritmos de todo el organismo— sino que además adapta estas señales a las necesidades específicas del tejido en el que reside (en el caso de las células madre de la piel, la división del ADN una vez que han pasado las horas del día en la que la exposición a la luz ultravioleta es máxima).

Referencias:

Thomas Mortimer et al.: ‘The epidermal circadian clock integrates and subverts brain signals to guarantee skin homeostasis’. Cell Stem Cell (2024)

Arun Kumar et al.; ‘Brain-muscle communication prevents muscle aging by maintaining daily physiology’. Science (2024)