El estudio de las variaciones estacionales del transcriptoma en primates ayuda a comprender mejor los ritmos biológicos y su relación con las enfermedades

Resumen basado en el artículo “Non-human primate seasonal transcriptome atlas reveals seasonal changes in physiology and diseases” publicado en la revista Nature Communications por J. Chen et al.Autor: Javier Chorro. Miembro del Comité Científico de la Fundación QUAES

Los ritmos biológicos determinan la fisiología y el comportamiento de los seres vivos. Los factores implicados son objeto de estudio por motivos diversos que abarcan, entre otros, avanzar en el conocimiento de los mecanismos responsables, sus manifestaciones y, especialmente, su relación con la aparición o exacerbación de enfermedades. En función de la escala de tiempo que los caracterizan se definen distintos ritmos biológicos, por ejemplo, los circadianos (periodicidad de un día), los semanales (una semana), los mensuales o los anuales. Dependen de factores endógenos “relojes biológicos” y de factores ambientales y se manifiestan como oscilaciones cíclicas de diversas “variables”, por ejemplo, la síntesis y liberación de hormonas, el crecimiento del organismo, el sueño, el comportamiento, las manifestaciones clínicas de enfermedades o la mortalidad, entre muchas otras.
Los ritmos anuales abarcan las variaciones estacionales y en ellos, los cambios en el tiempo de exposición a la luz solar, la temperatura, la humedad y otras características ambientales, son factores implicados. Modifican la actividad del sistema nervioso, del sistema endocrino, del sistema inmunológico y del metabolismo. También se relacionan con variaciones en la morbimortalidad de diversas enfermedades, que se agravan en determinadas estaciones del año. Entre los estudios dirigidos a conocer mejor los mecanismos implicados en estas variaciones estacionales se encuentra el realizado en la Universidad de Kyoto por el grupo de investigadores coordinado por Yoshimura y recientemente publicado (en abierto) en la revista Nature Communications (https://doi.org/10.1038/s41467-025-57994-1). Concretamente, este grupo de investigadores ha dirigido sus esfuerzos a conocer mejor los perfiles genéticos y las bases moleculares implicadas en diversas manifestaciones de los ritmos estacionales y en su coordinación.

Los autores señalan que los sistemas metabólico, inmunitario y endocrino muestran profundos cambios estacionales en las especies animales, entre ellas el ser humano, y los cambios estacionales se manifiestan también, como se ha comentado anteriormente, en la morbilidad por enfermedades, por ejemplo, las cardiovasculares y psiquiátricas. Sin embargo, los mecanismos moleculares implicados en estos cambios siguen siendo desconocidos en gran medida. Por estos motivos el objetivo de su investigación ha sido analizar los perfiles del transcriptoma estacional en 924 muestras de 80 tejidos recolectadas cada dos meses a lo largo de un año en Macacus rhesus adultos, machos y hembras, mantenidos en un ambiente seminatural al aire libre.
Previamente, el análisis metabolómico de muestras de plasma detectó ritmicidad estacional en diversos metabolitos, entre ellos glutamato, glutamina, cistina y quinurenina. Los investigadores señalan que algunos de estos metabolitos y neurotransmisores se han utilizado como biomarcadores de inflamación y depresión.

Tras la extracción del ARN de las 924 muestras de tejidos efectuaron un análisis de secuenciación y, teniendo en cuenta que la reproducción de los vertebrados se rige por el eje hipotálamo-hipofisario-gonadal, analizaron los perfiles de expresión estacional de los genes implicados en el mismo y observaron desfases temporales entre machos y hembras. También encontraron diferencias sexuales en los perfiles de expresión estacional en otros ejes, como el eje hipotálamo-hipofisario-tiroideo (en relación con el metabolismo y la termorregulación), el eje hipotálamo-hipofisario-hepático (en relación con el crecimiento) y el eje hipotálamo-hipofisario-adrenal (en relación con la respuesta al estrés). Identificaron genes con oscilación estacional de su expresión y entre los tejidos examinados, el páncreas presentó el menor número, tanto en machos como en hembras. Tejidos musculares como el músculo abdominal, el gastrocnemio y el miocardio también presentaron un número bajo. Por el contrario, observaron números elevados en el estómago, en ambos sexos, así como en los órganos reproductivos, específicamente en la próstata en machos y el útero en hembras.

El número total y las fases máximas de expresión en cada tejido difirieron entre ambos sexos. La mayoría de los tipos de tejido presentaron fases bimodales o unimodales en primavera y/o otoño, y se observaron diferencias sexuales en la distribución de estas fases con un número limitado de superposiciones, resultados que a los autores les sugiere la existencia de una clara diferencia sexual en los cambios fisiológicos estacionales. También investigaron los mecanismos de regulación de los genes con oscilaciones estacionales, identificando el papel de la inhibición de una proteína en particular (proteína de unión a GA). Por otra parte, al centrar el estudio en los 30 genes con oscilaciones estacionales más comunes, encontraron un enriquecimiento de genes relacionados con la cadena aeróbica de transporte de electrones, así como genes de proteínas ribosómicas.

Para analizar los cambios en genes relacionados con enfermedades utilizaron la fuente de datos de asociación entre genes y enfermedades humanas, DisGeNET. Buscaron genes relacionados con factores de riesgo y descubrieron que los genes con oscilaciones estacionales están estrechamente relacionados con varias enfermedades. Por ejemplo, en muestras de diferentes tejidos, observaron ritmos estacionales en la expresión de genes relacionados con “neumonía”, “inflamación vascular”, “síndrome coronario agudo”, “sinusitis” o “infección bacteriana”. También encontraron oscilaciones estacionales en los perfiles de expresión de genes asociados con “trastornos psiquiátricos” como la esquizofrenia y también de genes que interactúan con las acciones de determinados fármacos. Con la información obtenida han generado una base de datos denominada «Atlas del Transcriptoma Estacional de Primates No Humanos».

En resumen, el análisis del transcriptoma y de los mecanismos reguladores de las variaciones estacionales han demostrado oscilaciones en la expresión de diversos genes y, entre ellos, la de genes que influyen en factores de riesgo de enfermedades. Los autores señalan que la base de datos creada proporciona un recurso molecular para el estudio de la fisiología regulada estacionalmente y que además permite identificar dianas para actuaciones terapéuticas.

Fuente: Chen J, Okimura K, Ren L, et al. Non-human primate seasonal transcriptome atlas reveals seasonal changes in physiology and diseases. Nat Commun. 2025 Apr 28;16(1):3906. doi: 10.1038/s41467-025-57994-1. PMID: 40295482.

Fuente de la imagen: Envato, Wirestock