El hígado es por excelencia el órgano más influyente en el control del manejo de nutrientes, así en como la transformación metabólica y el destino celular de las biomoléculas ingeridas en la dieta. Al mismo tiempo es un eslabón importante en el sistema temporal que se encarga de coordinar la organización rítmica del organismo, ya que se le reconoce como un oscilador circadiano de localización periférica. En condiciones basales de fotoperiodo y alimentación, la ritmicidad circadiana depende de la actividad del núcleo supraquiasmático (NSQ), el cual actúa como reloj maestro en el hipotálamo de los vertebrados superiores. Al tener conexión directa con la retina, el NSQ es un oscilador que se sincroniza por estímulos luminosos. De manera interesante, el control circadiano del NSQ se ve sobrepasado con una maniobra experimental que pareciera simple: Restringir el acceso al alimento por un periodo de tiempo limitado (2 h) por cada día durante aproximadamente 3 semanas. Con este protocolo se expresa un oscilador de naturaleza circadiana que ya no depende de la luz, sino de la disponibilidad de comida, y que se denomina oscilador sincronizado por alimento (OSA). La restricción del tiempo de alimentación que permite la expresión del OSA implica una alternancia entre un periodo de ayuno (22 h) y uno de alimentación muy intensa (2 h) cada día. Esta condición trae consigo una serie significativa de adaptaciones que impactan la actividad bioquímica y fisiológica de todo el organismo, y que algunos autores la han considerado como la implantación de un nuevo equilibrio reostático. Aunque no se conoce con certeza el sustrato anatómico del OSA, numerosos reportes indican que el hígado es uno de los componentes esenciales en el funcionamiento de este nuevo reloj biológico. Nuestro grupo de trabajo ha realizado contribuciones diversas reportando adaptaciones bioquímicas del estado redox, de la actividad mitocondrial, de las reacciones pro-oxidantes y de la respuesta tiroidea en el hígado, y en el presente proyecto nos proponemos ampliar esta perspectiva al estudiar el efecto del OSA en la regulación del ciclo celular y la muerte apoptótica del órgano hepático, poniendo especial atención en el papel que desempeña el proteosoma como un elemento de control compartido por el ciclo circadiano y el ciclo celular. En condición control se presenta un ritmo circadiano de actividad mitótica/apoptótica en el hígado, que aunque es modesto en magnitud (abarca menos del 10% de la población de hepatocitos), permite el recambio paulatino de la población de hepatocitos. También en el hígado, como en otros tejidos, la progresión de las fases del ciclo celular requiere de la actividad del proteosoma, ya que sí ésta se inhibe o se detiene, se estimula el proceso apoptótico. Resultados preliminares (análisis diferencial de la actividad transcripcional por microarreglos, cuantificación de la actividad de timidín cinasa, e inmunohistoquímica para el antígeno de proliferación nuclear celular), sugieren fuertemente que la actividad mitótica, el proceso apoptótico y la actividad proteosomal, se encuentran profundamente modificados en el hígado durante la expresión del OSA. Basados en los planteamientos anteriores, el proyecto se dividirá en 2 fases: En la primera fase caracterizaremos temporalmente los eventos de división celular, del proceso de apoptosis y de la actividad proteosomal del hígado durante la expresión del OSA y a lo largo de 24 h. Estos datos se analizarán con metodologías y criterios cronobiológicos para detectar cuáles son y a qué hora se presentan los principales cambios en los ritmos biológicos de los parámetros antes mencionados. Con base en estos resultados, en la segunda fase incidiremos sobre el mecanismo celular y molecular mediante el cual el reloj circadiano interactúa con el reloj del ciclo celular. Exploraremos en las horas más convenientes, como las acrofases y los valles de la actividad mitótica, apoptótica y proteosomal: 1) La presencia y niveles de proteínas-reloj tales como CLOCK, BMAL1, CRY 1 y 2, PER 1 y 2, y TIM; 2) Los niveles y actividad de factores reguladores del ciclo celular que son a su vez modulados de manera circadiana (WEE-1, ciclina D1, cMYC); 3) Los niveles y actividad de factores reguladores del proceso apoptótico que son a su vez modulados de manera circadiana (Chk1 y 2, ATM, ATR, GADD45, p21) y 4) Los niveles y actividad de factores reguladores de la actividad del proteosoma que son a su vez modulados de manera circadiana (ciclina C, subunidad 26S). Este proyecto contribuirá a enriquecer la perspectiva de los cambios bioquímicos y celulares que adopta el metabolismo del tejido hepático durante la expresión del OSA, y que hacen posible el establecimiento de un estado adaptativo reostático que permite el aprovechamiento óptimo de los nutrientes cuando éstos están disponibles únicamente en horarios restringidos de alimentación. De esta forma nuestro grupo de trabajo seguirá contribuyendo exitosamente a la caracterización metabólica y fisiológica de este nuevo reloj biológico.

Este proyecto es un eslabón más de un interés que nos ha motivado en los últimos años a estudiar las adaptaciones bioquímicas y metabólicas del hígado durante la expresión del OSA. La definición anatómica y funcional del OSA es uno de los tópicos de más inerés en el campo de los ritmos biológicos. Siendo tan amplia la perspectiva de estos estudios, nuestro grupo de trabajo decidió enfocarse a caracterizar los cambios celulares y moleculares que acontecen en el hígado cuando el OSA se expresa. Muy pocos grupos en el orbe han adoptado ese acercamiento experimental, por lo que las contribuciones que hemos realizado en este campo han sido siempre inéditas, originales y uicadas en revistas de buen prestigio internacional. En particular el presente proyecto explota un claro carácter interdisciplinario en el que convergen disciplinas como la cronobiología, la fisiología de la alimentación, la bioquímica hepática, entre otros. A la fecha, no existe reporte alguno que aborde los objetivos trazados por nostros al estudiar el ciclo celular y la actividad apoptótica en el hígado durante al expresión del OSA. Desde el punto de vista académico, estamos confiados que los experimentos y resultados que generaremos serán del interés de la comunidad científica en general, y de los grupos interesados en la fisiología de los osciladores periféricos en particular. De igual manera, el proyecto incide en la formación de estudiantes de pre-grado y de posgrado, y favorecerá la comunicación y la colaboración entre grupos de trabajo interinstitucionales.