Cronobiologia e Ritmo Biológico

Recentemente, um trio de cientistas estadunidenses ganhou o Prêmio Nobel de fisiologia/medicina por suas pesquisas sobre o funcionamento do ciclo cicardiano a nível celular. Conhecidos desde o século 18, os ritmos biológicos são estudados pela cronobiologia, uma área das ciências médicas e biológicas, reconhecida oficialmente em 1960. Modificações na secreção hormonal, variações da temperatura corporal, ciclo de vigília e sono, além de alterações bioquímicas como a disponibilidade de glicose, colesterol, etc, são estabelecidos por estruturas orgânicas que funcionam como um verdadeiro "relógio biológico". (crédito da imagem).

Denominamos de cronobiologia (do grego khronos = tempo e biós = vida) a ciência que estuda os fenômenos biológicos recorrentes, ou seja, que ocorrem uma periodicidade determinada, podendo ou não ter uma correspondência temporal com ciclos ambientais, como ciclo dia e noite, os ciclos de marés. 

A cronobiologia é uma área das ciências médicas e biológicas e só foi reconhecida oficialmente em 1960. Um dos primeiros pesquisadores a descrever a existência de uma espécie de “relógio” interno que regula as atividades dos seres vivos foi o astrônomo Jean Jacques d’Ortous de Mairan no século 18. Ele observou que plantas do gênero Mimosa se abriam voltadas para o sol durante a luz do dia e se fechavam à noite. Em seguida, ele deixou as plantas no escuro, e descobriu que o mesmo processo ocorria em um ciclo de 24 horas. Isso indicava a existência de uma regulação interna que não dependia exclusivamente da luz. Posteriormente, esse ciclo foi identificado em diversos outros seres vivos.

Os ritmos biológicos possuem frequências variadas: aqueles que ocorrem com uma peridiocidade próxima a 24 horas são denominados circadianos, aqueles que tem período menor do que 20 horas, são chamados infradianos, e os que tem períodos maiores que 28 horas, são denominados ultradianos.

O ritmo biológico pode variar de indivíduo para indivíduo. Por exemplo, você já deve ter se deparado com pessoas que já acordam extremamente bem humoradas e dispostas, mesmo que bem cedo. Estas, são classificadas como indivíduos do cronotipo matutino. Já aquelas que dormem até tarde e sentem-se dispostas apenas depois do almoço, e tem seu ápice de eficiência ao final da tarde, são classificadas como indivíduos do cronotipo vespertino.

Mas, como funciona o nosso relógio biológico? Em nosso corpo, existe uma estrutura localizada na região anterior do hipotálamo que é denominada núcleo supra quiasmático. Esta é como se fosse o nosso relógio biológico, já que existem nela alguns neurônios que são responsáveis pelo ritmo circadiano. As informações que chegam nesta estrutura são indicativas do que está acontecendo ao entorno do organismo, no ambiente, trazendo parâmetros para determinar as reações internas.

Além disso, temos a glândula pineal – responsável pela produção do hormônio melatonina – que recebe sinais da retina quando a noite está chegando, e esta reenvia as informações para todo o restante do organismo. O resultado disso, são as modificações na secreção hormonal, as variações da temperatura corporal, o ciclo de vigília e sono são estabelecidos e, além disso, outras alterações bioquímicas acontecem, como a disponibilidade de glicose, colesterol, entre outras. Como exemplo, podemos citar a fase de crescimento das crianças a qual sempre ocorre durante a noite. Durante o sono, as crianças crescem mais, pois é neste período em que acontecem maiores liberações do hormônio do crescimento.

Os cientistas estadunidenses Jeffrey Hall, Michael Rosbash e Michael Young, vencedores do Prêmio Nobel na área de medicina em 2017, deram importantes passos na década de 1980 para entender como o ciclo circadiano funciona a nível celular. Hall e Rosbash, pesquisando pela Universidade Brandeis em Boston, em parceria com Young, pela Universidade de Rockefeller em Nova York, isolaram na década de 1980 um gene chamado “period” em moscas da espécie Drosophila melanogaster, e descobriram que quando ele era neutralizado o ciclo circadiano deixava de funcionar. 

Em 1984, o trio de pesquisadores descobriu que o 'period' determina a produção da proteína PER no citoplasma da célula. Em seguida, o grupo se dividiu, mas os pesquisadores continuaram estudando esse mecanismo separadamente. Hall e Rosbash descobriram que a proteína PER migrava de alguma forma do citoplasma para o núcleo da célula, onde se acumulava durante a noite e se degradava no decorrer do dia. A conclusão foi de que a quantidade de PER aumentava e diminuía em sincronia com o ciclo circadiano. 

A dupla levantou a hipótese de que níveis altos da proteína PER no núcleo da célula bloqueavam a ação do gene 'period', impedindo que a quantidade aumentasse ainda mais, em uma forma de autorregulação. Quando havia pouco PER, o gene 'period' voltava a funcionar, elevando novamente os níveis da proteína. Mas ainda não estava claro como as proteínas migravam do citoplasma para o núcleo da célula. 

Em 1994, Young descobriu um segundo gene que influencia no ciclo circadiano. Chamado 'timeless', ele determina a produção da proteína TIM, que se liga à PER. Isso permite que essa proteína chegue ao núcleo celular, onde bloqueia a atividade do gene 'period'. Posteriormente, Young descobriu que um outro gene chamado 'doubletime' e responsável pela produção da proteína DBT atrasava o ritmo de acumulação da proteína PER, o que contribuiu para elucidar como a oscilação dos níveis ocorria durante as 24 horas de um dia. No decorrer dos anos, os três cientistas continuaram encontrando outras proteínas que são necessárias para que o gene 'period’ seja ativado, assim como o mecanismo pelo qual a luz contribui para sincronizar essa espécie de relógio interno.