Hitoshi Okamura

Okamura comenzó su estudio de los ritmos circadianos en 1982 con el trabajo sobre péptidos en el núcleo supraquiasmático (NSQ) utilizando la técnica de histoquímica en el laboratorio de Yasuhiko Ibata en la Universidad de Medicina de la Prefectura de Kioto . Estableció la histoquímica cuantitativa del núcleo supraquiasmático (NSQ) en la década de 1980 y, junto con Shin-Ichi Inouye, estableció cultivos in vitro de cortes del NSQ a principios de la década de 1990. ^{[ 6 ]}

En 1997, Hajime Tei , Yoshiyuki Sakaki y Hitoshi Okamura descubrieron el gen PER1 del periodo en mamíferos , tanto en ratones como en humanos. También descubrieron PER2 , PER3 y el homólogo en mamíferos del gen timeless de Drosophila . ^{[ 7 ]} Descubrieron que Per1 es inducible por la luz y puede modificar la fase del reloj circadiano mediante la luz. ^{[ 8 ]} Okamura colaboró ​​con Jay Dunlap , un cronobiólogo especializado en ritmos circadianos en Neurospora , para demostrar que los relojes de los mamíferos son similares a los de Neurospora en su uso de la inducción para modificar la fase. Esto contrasta con el reloj de Drosophila , que modifica la fase mediante la degradación de proteínas en lugar de la inducción. ^{[ 9 ]}

El equipo de Okamura descubrió que las proteínas PER de mamíferos, producidas en el citoplasma, se translocan al núcleo celular y forman un complejo compuesto por CRY1 , CRY2 , PER1 , PER2 , PER3 y TIM. ^{[ 10 ]} Este complejo negativo suprime la transcripción del ARNm activado por CLOCK y BMAL1 . ^{[ 11 ]} Okamura también investigó la degradación de mPER1 y mPER2. Descubrieron que PER y CRY forman un dímero que inhibe la degradación de PER y que esta inhibición suprime la transcripción de Per1 y Per2. ^{[ 10 ]} Este bucle de retroalimentación negativa parece estar presente en todos los relojes biológicos. ^{[ 12 ]}

Okamura se interesó en las posibles diferencias de los genes del reloj rítmico autónomo en las líneas celulares de fibroblastos y en los del SCN . Su equipo descubrió que en ratones, ambos tipos de células mostraron expresión temporal de perfiles de todos los genes del reloj conocidos, ^{[ 13 ]} las fases de varios ritmos de ARNm , el retraso entre los niveles máximos de ARNm y la aparición de la proteína nuclear PER1 y PER2, la incapacidad de producir oscilaciones circadianas en ausencia de genes Cry funcionales y el control de la duración del período por las proteínas CRY.

Okamura colaboró ​​con Gijsbertus TJ van der Horst y descubrió que tanto los relojes periféricos como los centrales se detienen en ratones deficientes en Cry. ^{[ 11 ]} Okamura también colaboró ​​con Shin-Ichi Inouye para descubrir que la ritmicidad circadiana del comportamiento se recuperaba cuando el núcleo supraquiasmático (NSQ) de ratones de tipo silvestre se trasplantaba a ratones deficientes en Cry. Esto sugiere que el núcleo supraquiasmático (NSQ) sincroniza y genera ritmos conductuales. ^{[ 14 ]}

Okamura colaboró ​​con Amita Sehgal para determinar si los genes mPer1 y mPer2 eran capaces de generar oscilaciones circadianas. ^{[ 5 ]} Trasplantaron los genes Per1 y Per2 de ratones a mutantes arrítmicos per ⁰ de Drosophila y descubrieron que el trasplante restauraba los ritmos circadianos. ^{[ 15 ]}

El equipo de Okamura también analizó el SCN a nivel celular. Lograron monitorizar la transcripción rítmica de genes a nivel de célula individual en tiempo real. Este trabajo se realizó combinando la técnica de cultivo de cortes de SCN, ratones transgénicos portadores del gen de la luciferasa bajo el control del promotor Per1 (Per1-luc) y una cámara CCD criogénica de alta resolución. Demostraron que un ritmo estable del SCN se orquesta dentro de un conjunto de relojes celulares con fases diferenciales y que se ubican en un orden topográfico específico dentro del SCN. La tetrodotoxina , que bloquea los potenciales de acción , no solo desincroniza la población celular, sino que también suprime el nivel de expresión de los genes del reloj, lo que demuestra que las redes neuronales desempeñan un papel dominante en la oscilación de los ritmos en el SCN. Utilizando los mismos ratones Per-luc con la fibra óptica insertada en el cerebro, el equipo de Okamura logró monitorear la expresión génica rítmica del gen del reloj en tiempo real en ratones en libre movimiento, demostrando que el gen Per se activa durante el día y descansa durante la noche en el SCN. Okamura descubrió que la estimulación con NMDA , que es análoga a los estímulos luminosos, alteraba instantáneamente la fase de la oscilación del reloj central de una sección del SCN . ^{[ 16 ]} Esto demostró que existe transcripción rítmica de genes a nivel de célula individual. Se ha demostrado que el SCN regula los relojes periféricos regulando la melatonina en el sistema nervioso simpático . ^{[ 17 ]} El equipo de Okamura también demostró que la luz puede activar genes y la secreción de corticosterona en la glándula suprarrenal a través de las vías del SCN-nervio simpático. Así, el nervio simpático transmite la señal horaria del reloj central (NSC) a los órganos periféricos, y la glándula suprarrenal es el órgano clave en la transformación de las señales circadianas de señales nerviosas a señales endocrinas . ^{[ 14 ]}

El equipo de Okamura también investigó la relación entre el reloj circadiano y el ciclo celular. Realizaron análisis de ADN y Northern blots para caracterizar las diferencias moleculares en la entrada a la fase M y encontraron que la ciclina B1 y cdc2 estaban correlacionadas positivamente. También encontraron que wee1 , el gen de una quinasa que inhibe la mitosis al inactivar CDC2/ciclina B, estaba correlacionado negativamente con la fase M. ^{[ 18 ]} Su investigación demostró que la proliferación de hepatocitos de ratón está bajo control circadiano. ^{[ 19 ]}

En años más recientes, Okamura y su equipo extendieron su trabajo sobre el reloj molecular a los niveles postranscripcional, intercelular y sistémico. ^{[ 20 ]} Descubrieron que la metilación del ARNm altera la velocidad de los ritmos circadianos ^{[ 3 ]} y que la heterogeneidad de la señalización de la proteína G es necesaria para el mantenimiento del tiempo en el SCN. ^{[ 21 ]} Además, encontraron que el reloj desregulado induce hipertensión sensible a la sal a través de la secreción inapropiada de aldosterona . ^{[ 22 ]} Otro descubrimiento fue que la regulación del reloj de la proteína de unión comunicante en la vejiga urinaria era una causa de micción anormal . ^{[ 23 ]} Muy recientemente, descubrieron que la señalización de la vasopresina en el SCN es crucial para el desfase horario . ^{[ 24 ] [ 25 ]}

Actualmente, Okamura continúa sus investigaciones sobre los relojes biológicos, fascinado por las características integradoras del "tiempo" en una disposición vertical, que proporciona un puente entre los genes individuales y el organismo vivo en su conjunto.