Descubren circuito cerebral del sueño profundo que potencia el crecimiento y la salud

Un buen descanso nocturno no solo proporciona una sensación de frescura, sino que también activa la liberación de la hormona del crecimiento, esencial para el desarrollo muscular y óseo, la quema de grasa y un crecimiento saludable. Por ello, los atletas valoran la calidad del sueño para su recuperación, y los adolescentes requieren suficiente descanso para alcanzar su potencial de altura.

Investigadores de la Universidad de California, Berkeley, identificaron el circuito cerebral responsable de regular la hormona del crecimiento durante el sueño. Su estudio, publicado en la revista Cell, también expuso un sistema de retroalimentación previamente desconocido que ayuda a mantener el equilibrio de esta hormona.

Este hallazgo ofrece una nueva perspectiva sobre la estrecha relación entre el sueño y la regulación hormonal, lo que podría guiar el desarrollo de nuevos tratamientos para trastornos del sueño asociados con enfermedades metabólicas como la diabetes, así como condiciones neurodegenerativas como el Alzheimer y el Parkinson.

"La gente sabe que la liberación de la hormona del crecimiento está estrechamente relacionada con el sueño, pero solo a través de análisis de sangre y verificaciones de niveles durante el sueño", comentó Xinlu Ding, autor principal del estudio y becario postdoctoral en el Departamento de Neurociencia de UC Berkeley. "Estamos registrando directamente la actividad neuronal en ratones para observar lo que ocurre. Proporcionamos un circuito básico para trabajar en el futuro en el desarrollo de tratamientos diferentes".

Dado que la hormona del crecimiento también ayuda a regular el metabolismo de la glucosa y las grasas, la falta de sueño constante podría aumentar el riesgo de obesidad, diabetes y enfermedades cardiovasculares.

Cómo el cerebro controla la hormona del crecimiento durante el sueño

Las neuronas que coordinan la liberación de la hormona del crecimiento se localizan en lo profundo del hipotálamo, una región cerebral ancestral presente en todos los mamíferos. Estas incluyen las neuronas que liberan la hormona del crecimiento (GHRH), junto con dos tipos diferentes de neuronas somatostatinas.

Una vez liberada, la hormona del crecimiento activa neuronas en el locus coeruleus, una región del tronco encefálico involucrada en la alerta, la atención, el pensamiento y la respuesta a nuevas experiencias. Problemas que afectan al locus coeruleus se han relacionado con numerosos trastornos neurológicos y psiquiátricos.

"Entender el circuito neural para la liberación de la hormona del crecimiento podría señalar nuevas terapias hormonales para mejorar la calidad del sueño o restaurar el equilibrio normal de la hormona del crecimiento", dijo Daniel Silverman, becario postdoctoral de UC Berkeley y coautor del estudio. "Existen terapias génicas experimentales que apuntan a un tipo celular específico. Este circuito podría ser una nueva forma de intentar reducir la excitabilidad del locus coeruleus, algo que no se había discutido antes".

Mapeo del circuito de la hormona del crecimiento durante el sueño

Trabajando en el laboratorio de Yang Dan, profesor de neurociencia y biología celular y molecular en UC Berkeley, el equipo de investigación estudió los circuitos cerebrales en ratones colocando electrodos en sus cerebros y estimulando neuronas hipotalámicas con luz mientras registraban la actividad neuronal.

Los ratones duermen naturalmente en ráfagas cortas que duran solo unos minutos a lo largo del día y la noche. Este patrón permitió a los investigadores observar repetidamente cambios en la actividad de la hormona del crecimiento a través de múltiples ciclos de sueño y vigilia.

Utilizando técnicas avanzadas de trazado de circuitos, el equipo descubrió que las dos hormonas péptidas responsables de regular la liberación de la hormona del crecimiento se comportan de manera diferente según la etapa del sueño. La GHRH promueve la liberación de la hormona del crecimiento, mientras que la somatostatina la suprime.

Durante el sueño REM, tanto la GHRH como la somatostatina aumentan, lo que lleva a una mayor liberación de la hormona del crecimiento. Sin embargo, durante el sueño no REM, los niveles de somatostatina disminuyen mientras que la GHRH solo aumenta moderadamente, creando un patrón diferente de regulación hormonal.

Un bucle de retroalimentación que equilibra el sueño y la vigilia

Los investigadores también identificaron un mecanismo de retroalimentación previamente desconocido que involucra al locus coeruleus.

A medida que la hormona del crecimiento se acumula durante el sueño, estimula al locus coeruleus y fomenta la vigilia. Pero si la actividad en el locus coeruleus se vuelve demasiado alta, inesperadamente comienza a promover la somnolencia, un hallazgo que Silverman reportó a principios de este año.

"Esto sugiere que el sueño y la hormona del crecimiento forman un sistema equilibrado: muy poco sueño reduce la liberación de la hormona del crecimiento, y demasiado crecimiento hormonal puede, a su vez, empujar al cerebro hacia la vigilia", explicó Silverman. "El sueño impulsa la liberación de la hormona del crecimiento, y la hormona del crecimiento retroalimenta para regular la vigilia, y este equilibrio es esencial para el crecimiento, la reparación y la salud metabólica".

Dado que la hormona del crecimiento influye en el locus coeruleus, que desempeña un papel central en el mantenimiento de la alerta durante el día, este sistema recién identificado también podría afectar la atención y otros aspectos de la función cognitiva.

"La hormona del crecimiento no solo ayuda a construir músculo y huesos y reducir el tejido graso, sino que también puede tener beneficios cognitivos, promoviendo tu nivel de alerta general al despertar", concluyó Ding.

La investigación recibió apoyo del Howard Hughes Medical Institute (HHMI), que, hasta este año, apoyó a Dan como investigador de HHMI, y del fondo Pivotal Life Sciences Chancellor's Chair. Dan es el presidente de la cátedra de neurociencia de Pivotal Life Sciences. Los coautores adicionales incluyen a Peng Zhong, Bing Li, Chenyan Ma, Lihui Lu, Grace Jiang, Zhe Zhang, Xiaolin Huang, Xun Tu y Zhiyu Melissa Tian de UC Berkeley, junto con Fuu-Jiun Hwang y Jun Ding de Stanford University.

Temas