Os primeiros mamíferos eram noturnos, dormindo durante o dia enquanto os grandes predadores estavam ativos. No entanto, após a extinção dos dinossauros, diversas linhagens de mamíferos passaram, independentemente, a se tornarem diurnas. O mecanismo exato dessa mudança drástica ainda era um mistério. Um novo estudo, publicado na revista Science , revelou um interruptor celular que pode ser a resposta.

Liderado por pesquisadores do Laboratório de Biologia Molecular do MRC, o estudo analisou como as células de uma variedade de mamíferos noturnos (ativos à noite) e diurnos (ativos durante o dia), como os humanos, respondem a sinais ambientais.

Alterações na temperatura ou na osmolaridade, como as que ocorrem no corpo ao longo do dia, fazem com que as células respondam de maneiras opostas, inclusive em funções celulares fundamentais. Essa divergência inverte o ritmo da atividade celular, funcionando essencialmente como um "interruptor" dia/noite em nível molecular.

Os pesquisadores identificaram essas diferentes respostas nas vias de sinalização da proteína alvo da rapamicina (mTOR) e da quinase WNK (With-no-lysine), redes centrais nas células responsáveis pela regulação de diversas funções essenciais, incluindo a síntese de proteínas. Isso sugeriu que a modificação da atividade dessas vias poderia permitir que mamíferos noturnos adotassem um ritmo de atividade mais diurno.

Para explorar essa hipótese, os pesquisadores administraram tratamentos dietéticos a camundongos com o objetivo de atingir a via mTOR, visto que a atividade da mTOR é altamente sensível aos níveis de nutrientes. Uma vez reduzida a função da mTOR, os camundongos começaram a se comportar mais como animais diurnos, deslocando seus períodos de atividade para o dia. Isso evidenciou que a sinalização da mTOR vai além da influência no metabolismo; ela também ajuda a determinar quando um animal está ativo.

Em seguida, os pesquisadores buscaram contextualizar essa descoberta no cenário da evolução dos mamíferos. Após analisar dados genéticos de diversas espécies, o coautor Matthew Christmas, da Universidade de Uppsala, descobriu que os genes que regulam mTOR e WNK evoluíram mais rapidamente em mamíferos diurnos. Isso demonstra a importância que essas vias desempenharam na transição do período noturno para o diurno ao longo de milênios.

Essa descoberta ajuda a explicar um dos eventos evolutivos mais importantes da história dos mamíferos e fornece uma peça importante para a compreensão da saúde humana.

Até o momento, a maioria das pesquisas biomédicas pré-clínicas tem se baseado no modelo murino, mas este estudo destaca que roedores noturnos diferem dos humanos em vias celulares essenciais relacionadas ao ritmo circadiano e ao metabolismo. Este estudo também traz implicações claras para a medicina circadiana, um campo em expansão que investiga como o momento da administração de tratamentos influencia sua eficácia.

“Essa resposta radicalmente diferente dos 'relógios' celulares à mesma mudança de temperatura parece ser amplamente verdadeira em todas as espécies de mamíferos, ao comparar aquelas que são mais ativas à noite com aquelas que são mais ativas durante o dia”, disse a coautora Dra. Nina Rzechorzek, do Departamento de Engenharia de Cambridge. “Precisamos de mais pesquisas para entender exatamente como e por que isso acontece, mas isso pode nos ensinar muito sobre como os relógios biológicos funcionam e como eles impactam a saúde e as doenças.”

Diversos dos principais fatores externos utilizados neste estudo para influenciar os ritmos circadianos dos animais são vulneráveis a mudanças ambientais. À medida que as mudanças climáticas perturbam os níveis de temperatura e a capacidade de produção de alimentos, este trabalho sugere que os mamíferos podem alterar o horário do dia em que estão ativos em resposta a essas alterações. Isso perturbará o frágil equilíbrio das relações em nossos ecossistemas e é um impacto das mudanças climáticas que talvez tenha sido negligenciado até o momento.

Este trabalho foi financiado pelo UKRI MRC, UKRI Future Leaders Fellowship, Wellcome e Royal Society. O projeto também recebeu apoio da colaboração Blue Sky entre a AstraZeneca UK Limited e o Medical Research Council (BSF38).