Todos dormimos. Desde las medusas hasta las lagartijas de cuello alto y las ardillas voladoras y los humanos, la necesidad de dormir es universal. Pero la razón biológica por la que el insomnio conduce finalmente a la muerte siempre ha sido un misterio.
Ahora, un artículo de la Universidad Bar-Ilan publicado el martes en la revista Nature Communications presenta una teoría innovadora: que cuando dormimos, nuestras células nerviosas se toman un descanso de su función habitual, liberando sus recursos para reducir el daño en el ADN que se acumuló durante la vigilia.
El sueño no tiene sentido evolutivo, ya que es un momento increíblemente vulnerable para los que duermen poco. Entonces, ¿por qué evolucionamos para necesitar dormir?
Está bien establecido que la pérdida de sueño afecta el rendimiento del cerebro, como la memoria y el aprendizaje, desde las moscas de la fruta hasta los humanos. Esto argumenta fuertemente que el sueño es bioquímicamente esencial, y que la privación del sueño causa algún tipo de colapso gradual de los sistemas en el cerebro.
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Ahora, el profesor Lior Appelbaum de la Universidad de Bar-Ilan y Everard Goodman del Centro Multidisciplinario de Investigación Cerebral Gonda (Goldschmied) de Gonda, cree que él y sus colegas han descubierto el por qué biológico. Appelbaum supervisó el estudio dirigido por el estudiante graduado David Zada.
Basándose en la observación de neuronas individuales en peces vivos transparentes durante el sueño y la vigilia, llegaron a la conclusión de que, si el organismo no duerme, sus células nerviosas no se «apagan» y no pueden realizar el mantenimiento del ADN de manera eficiente.
El equipo postula que el mal funcionamiento del ADN neuronal puede explicar cómo el sueño y las alteraciones del sueño afectan el rendimiento del cerebro, incluso el envejecimiento y diversos trastornos cerebrales.
«Cuando todo el organismo duerme, ahora podemos definir células dormidas individuales», dijo Appelbaum a Haaretz. «Aquí, por primera vez, mostramos cómo el sueño del organismo afecta el movimiento de los cromosomas y el mantenimiento del ADN en neuronas individuales específicas«.
El sueño y la célula única
Los peces en cuestión eran peces cebra, peces de agua dulce a rayas que originalmente provenían de los Himalayas y, al ser apropiadamente resistentes, se han convertido en una popular mascota de acuarios y en un tema de investigación.
Afortunadamente para los investigadores del cerebro, cuando el pez cebra es joven, es transparente. Incluso sus cráneos son transparentes, lo que los hace ideales para la investigación observacional de lo que está sucediendo en sus pequeños cerebros. Es importante destacar que, como los humanos, el pez cebra duerme durante la noche.
Todas nuestras células tienen ADN, con la excepción de los glóbulos rojos en humanos y algunos otros animales. Desde el momento en que cada célula nace, su ADN comienza a sufrir daños. Todo tipo de cosas pueden dañar el ADN, como oxidantes, tomar el sol (en el caso de las células de la piel) e incluso la actividad neuronal en sí.
Pero el daño debería ser reparado por enzimas reparadoras de ADN, en teoría.
Al preguntarle cómo podían ver exactamente cuándo una neurona del pez cebra estaba en línea o fuera de línea, Appelbaum dice que los investigadores desarrollaron un método para marcar los cromosomas en el ADN de los peces y rastrear su movimiento dentro de la neurona. Sus imágenes lograron la resolución de ver estos cromosomas en las neuronas cerebrales de peces individuales.
Usando la fotografía de lapso de tiempo en 3D y el pez cebra en vivo con cromosomas marcados, los investigadores descubrieron que cuando los peces están despiertos, el movimiento de los cromosomas en los núcleos celulares disminuye y el daño en el ADN se acumula. Si la vigilia persiste, este daño puede alcanzar niveles inseguros.
Después de la privación prolongada del sueño, las células neuronales pueden morir. Pero durante el sueño, el movimiento de los cromosomas es más rápido. Este movimiento rápido es la expresión del mantenimiento eficiente del núcleo.
En otras palabras, los investigadores dicen que el sueño normaliza los niveles de daño en el ADN de cada neurona individual.
El mantenimiento del ADN no es lo suficientemente eficiente cuando el organismo y sus nervios están despiertos; para que la reparación sea adecuada, el organismo requiere un período de sueño fuera de línea con una entrada reducida al cerebro.
«Es como baches en la carretera», dice Appelbaum. «Las carreteras acumulan desgaste, especialmente durante las horas pico del día, y es más conveniente y eficiente arreglarlas por la noche, cuando hay tráfico ligero».
¿Qué pasa con las células no neuronales? ¿También fijan su ADN cuando el animal está durmiendo? Posiblemente no.
Los investigadores probaron otros dos tipos de células, dice Appelbaum: células endoteliales (sistema vascular) y células gliales. No encontraron diferencias en la dinámica cromosómica y el daño al ADN entre el día y la noche. “Sugerimos que este mecanismo es específico de las neuronas. Sin embargo, el trabajo futuro debe probar estos procesos en otros tipos de células, como los músculos”, dice.
Cuando las neuronas se desconectan
La conclusión es que cuando los peces duermen, el movimiento que rodea a los cromosomas se intensifica, y se demostró que ese aumento en la actividad es esencial para la reparación eficiente del ADN. Hay algún movimiento en el núcleo durante el día; Evidentemente, hay alguna reparación de ADN en las neuronas. Pero la balanza se inclina hacia la reparación solo cuando el pez cebra duerme.
Los experimentos reforzaron el hallazgo; por ejemplo, al hacer que los peces duerman en medio de su período de vigilia diurna al poner melatonina en el agua y filmar el aumento de movimientos cromosómicos dependiente del sueño y su reparación eficiente. O induciendo químicamente el daño del ADN en los peces, seguido de un aumento del sueño y la normalización de este daño.
Appelbaum señala que hemos sabido durante cien años que el sueño ayuda a la memoria y al aprendizaje, y al rendimiento del cerebro en general, pero la pregunta seguía siendo lo que hacía a nivel de una sola neurona. Ahora sabemos.
«Creemos que, en condiciones normales, cuando estamos cansados, el daño acumulado al ADN neuronal de alguna manera indica al cerebro que se vaya a dormir«, dice.
Cuando se le pregunta si todas las neuronas duermen cuando el organismo lo hace, y si probablemente todas duermen de manera similar, Appelbaum señala que nuestros cerebros no se apagan durante el sueño; entran en otro estado.
“Tal vez las diferentes neuronas necesitan diferentes cantidades de sueño», dice. “Además, es probable que no todas las neuronas puedan irse a dormir cuando se dañan. Esto causaría el caos, y el cerebro tiene que funcionar correctamente durante el día. La evolución desarrolló el cerebro con un período de sueño consolidado y sincronizado dedicado al mantenimiento celular”.
La siguiente fase de la investigación será buscar neuronas que sean especialmente activas durante el sueño, región por región del cerebro. Otra pregunta es qué pasa con nuestros kits de reparación de ADN durante los estados de sueño, y no somos los únicos que soñamos. La investigación publicada el año pasado llegó a la conclusión de que los animales, incluso los lagartos, también pueden soñar.
También es posible una asociación con enfermedades neurodegenerativas. La pérdida crónica del sueño puede aumentar el riesgo de muerte de células neuronales debido al daño del ADN. Appelbaum señala que un síntoma de muchas enfermedades cerebrales es el insomnio.
El doctor David Zada fue el primer autor del estudio, con los coautores Dr. Tali Lerer-Goldshtein, la Dra. Irina Bronshtein y el profesor Yuval Garini, todos de la Universidad Bar-Ilan.