Para comprender las funciones y los mecanismos que subyacen a la organización de un ritmo circadiano consideramos que es necesario estudiar al organismo en su conjunto y en sus relaciones con el medio, aunque sin olvidar el funcionamiento de los elementos básicos que lo conforman._x000D_ En nuestro laboratorio hemos estudiado las propiedades del ritmo circadiano de sensibilidad a la luz del acocil, mediante un análisis de las características de la respuesta de las células retinulares a estímulos luminosos (electrorretinograma, ERG), durante el ciclo de 24 horas. La información obtenida nos ha permitido generar un modelo matemático que da cuenta de la organización de los elementos que conforman al sistema circadiano examinado (Fuentes-Pardo y cols., 2001; Fuentes-Pardo y cols., 2003; Fuentes-Pardo y cols., 2005a; Fuentes-Pardo y cols., 2005b; Lara-Aparicio y cols., 2006; Lara-Aparicio y cols., 2008) y, en forma paralela, nos ha planteado la necesidad de iniciar nuevas líneas de trabajo experimental que nos lleven a una mejor comprensión de los mecanismos que subyacen a la organización del sistema circadiano en cuestión. Nos proponemos seguir trabajando en forma conjunta con los matemáticos que previamente nos auxiliaron en la generación del modelo aludido, a fin de incorporar al estudio la información que obtengamos durante el desarrollo experimental de este proyecto, y seguir así con la experimentación que nos sugiera el modelo una vez actualizado. Todo esto con el fin de ahondar en el conocimiento de la organización funcional de los ritmos circadianos._x000D_ Particularmente en esta investigación pretendemos hacer una propuesta acerca de la organización que subyace al sistema circadiano de sensibilidad a la luz del acocil. Nuestros experimentos irán encaminados a establecer el mecanismo más probable mediante el cual se transmite la información temporal entre las estructuras que conforman un sistema circadiano: desde el generador o marcapaso del ritmo, presumiblemente el protocerebro del ganglio cerebroide, hasta las estructuras en las que se expresa el ritmo y en donde se inicia el proceso de sincronización, los fotorreceptores en el tallo ocular. _x000D_ Resultados de nuestro laboratorio han evidenciado que dos hormonas, la melatonina y la dispersora del pigmento (HDP) son fundamentales en la generación y la sincronización del ritmo del ERG del acocil (Verde y cols., 2007; Solís-Chagoyán y cols., 2008; Mendoza-Vargas y cols, 2009). Así, los niveles circulantes de melatonina informan al marcapaso del sistema circadiano del ERG del inicio de la fase de oscuridad o escotofase y los de HDP del inicio de la fase de luz o fotofase. En consecuencia y centrándonos en el papel que desempeñan estas dos hormonas en el ritmo del ERG, pretendemos establecer los principales mecanismos mediante los que ambas hormonas transmiten información al marcapaso y éste se sincroniza con las señales de luz y oscuridad. Con este fin llevaremos a cabo experimentos que nos permitan conocer la acción de la melatonina y la HDP en la excitabilidad del protocerebro y de las células fotorreceptoras por ser éstas las estructuras en las que se genera el ritmo circadiano y mediante las que se detectan las señales luminosas las cuales son con mucho, las más importantes en lo que al proceso de sincronización se refiere. De esta manera, describiremos la dinámica de los potenciales de acción en el protocerebro y las principales corrientes iónicas que subyacen al potencial de receptor de las células visuales y analizaremos el efecto de la melatonina y la HDP sobre ellas a lo largo del ciclo de 24 horas. Por otra parte, sabemos que es poco lo que podremos decir sobre la ruta de señalización de la melatonina y la HDP si no conocemos sus correspondientes receptores. Debido a ello nos proponemos clonar ambos receptores y ubicarlos espacial y temporalmente tanto en el tallo ocular como en el ganglio cerebroide. En el mismo orden de ideas, resulta imprescindible llevar a cabo un estudio detallado de las concentraciones de melatonina y HDP en los tallos oculares y el ganglio cerebroide en el ciclo de 24 horas._x000D_ La sincronización (de sin, con; cronos, tiempo) es la expresión más evidente de una organización en el tiempo. En los sistemas circadianos podemos detectar dos tipos de sincronización: una de la que depende que las células en un marcapaso actúen en forma coherente (sincronización intrínseca) y por lo mismo generen una señal robusta, y otra, mediante la cual uno o varios elementos de un marcapaso imponen a los diferentes efectores de un organismo los tiempos adecuados de inicio y término en sus respectivas funciones (sincronización extrínseca). Es evidente que del conocimiento de los mecanismos que subyacen a estas dos formas de sincronización dependerá la posibilidad de incidir, y en su caso, verificar, el funcionamiento temporal de los organismos. Para esta parte del proyecto nos auxiliaremos de la información que la modelación matemática nos sugiera, así como de las propuestas que emerjan de la misma y nos lleven a planear nuevos experimentos.

Durante el desarrollo de este proyecto pretendemos generar un modelo matemático que nos ayude a sentar las bases funcionales de los mecanismos inherentes a la generación y la sincronización del sistema circadiano responsable del ritmo de sensibilidad a la luz del acocil, así como del papel que desempeña la melatonina y la HDP en estos procesos. Nos basaremos en el modelo matemático previamente publicado, así como en la emergencia del ritmo circadiano a partir del acoplamiento de osciladores de alta frecuencia (algunas evidencias experimentales confirman la coexistencia de oscilaciones ultradianas y circadianas). Consideraremos un conjunto de osciladores no lineales del tipo van der Pol cuya fuerza de interacción esté determinada por el grado de maduración del sistema y por la proximidad de los osciladores.