El cuerpo humano funciona con un reloj finamente afinado sincronizado con el ciclo de 24 horas de la rotación de la Tierra, conocido como reloj circadiano, que controla varios procesos fisiológicos como el ciclo de sueño-vigilia, la producción de hormonas y el metabolismo.

En un nuevo estudio, los investigadores dirigidos por Felix Naef en EPFL pudieron descubrir la organización de los ritmos de expresión génica específicos de tejido en humanos y arrojar luz sobre cómo nuestros relojes corporales dependen del sexo y la edad.

En los organismos modelo, el análisis de los ritmos moleculares generalmente se realiza mediante mediciones con marca de tiempo, pero tales datos no están fácilmente disponibles en humanos. Para solucionar esto, los investigadores utilizaron mediciones existentes de una gran cohorte de donantes post-mortem, combinadas con un novedoso algoritmo informático que fue diseñado para asignar tiempos de reloj interno a casi mil donantes.

« Curiosamente, el algoritmo de ciencia de datos que desarrollamos resultó parecerse a modelos de sistemas magnéticos, que están bien estudiados en física estadística », dice Felix Naef. Usando este enfoque innovador, los investigadores obtuvieron la primera vista integral y precisa de todo el organismo de los ritmos de expresión génica de 24 horas en 46 tejidos humanos.

El estudio encontró que las propiedades de la maquinaria central del reloj se conservan en todo el cuerpo y no cambian significativamente con el sexo y la edad. Por otro lado, el análisis reveló extensos programas de ritmos de expresión génica en los principales compartimentos del metabolismo, vías de respuesta al estrés y función inmunológica, y estos programas alcanzaron su punto máximo dos veces al día.

De hecho, la organización emergente de la sincronización circadiana en todo el cuerpo muestra que la expresión génica rítmica se produce como ondas matutinas y vespertinas, con la sincronización en la glándula suprarrenal alcanzando su punto máximo primero, mientras que las regiones del cerebro muestran una ritmicidad mucho menor en comparación con los tejidos metabólicos.

La división de los donantes por sexo y edad reveló una riqueza previamente desconocida de ritmos de expresión génica específicos de sexo y edad repartidos en funciones biológicas. Sorprendentemente, los ritmos de expresión génica eran dimórficos sexuales (diferentes en hombres y mujeres) y más sostenidos en las mujeres, mientras que los programas rítmicos generalmente se reducían con la edad en todo el cuerpo.

Los ritmos de dimorfismo sexual, que se refieren a las diferencias entre hombres y mujeres, fueron particularmente notables en la « desintoxicación xenobiótica » del hígado, el proceso por el cual el hígado descompone las sustancias nocivas. Además, el estudio encontró que a medida que las personas envejecen, el ritmo de la expresión génica disminuye en las arterias del corazón, lo que puede explicar por qué las personas mayores son más susceptibles a las enfermedades del corazón. Esta información podría ser útil en el campo de la « cronofarmacología », que es el estudio de cómo el reloj interno de una persona afecta la eficacia y los efectos secundarios de la medicación.

Este estudio proporciona nuevos conocimientos sobre la compleja interacción entre nuestro reloj biológico, el sexo y la edad. Al comprender estos ritmos, podríamos encontrar nuevas formas de diagnosticar y tratar patologías como los trastornos del sueño y las enfermedades metabólicas.