La elevada incidencia de la obesidad y las enfermedades relacionadas han convertido en una prioridad el estudio de los mecanismos destinados a controlar la ingesta y el gasto calórico. Ambos procesos están regulados por las interacciones bidireccionales entre el sistema nervioso central y los órganos periféricos, las cuales permiten crear un mapa del estado energético del organismo y responder en consecuencia ajustando tanto el consumo de alimentos como el gasto de energía. El hipotálamo es una parte del sistema nervioso central con un papel protagonista en el control de la homeostasis energética. Es una estructura integradora de señales centrales y periféricas implicada en la regulación de varios procesos, entre otros, el apetito. Durante los últimos años, múltiples estudios han tratado de profundizar en los mecanismos moleculares que, en el hipotálamo, controlan la expresión de los neuropéptidos y neuromoduladores encargados de regular la ingesta. Como resultado se ha demostrado el papel clave que juega el metabolismo de los ácidos grasos en estos procesos. Concretamente, se ha propuesto que moléculas como el malonil-CoA derivado de la glucosa, o los aciles-CoA de cadena larga (LCFA-CoA, long chain fatty acyl-CoA) actúan como señales intracelulares de saciedad regulando el apetito. El enzima carnitina palmitoiltransferasa (CPT) 1, cataliza la entrada de LCFA-CoA al interior de la mitocondria, y es el principal regulador de la oxidación de ácidos grasos. A su vez, su actividad se encuentra inhibida por el primer intermediario de la lipogénesis, el malonil-CoA, lo que permite mantener un equilibrio entre la síntesis y la oxidación de las grasas. En esta Tesis se ha estudiado el efecto que la modulación de CPT1 en el hipotálamo tiene sobre la ingesta de alimentos. Para ello se han utilizado dos aproximaciones experimentales diferentes. En primer lugar se ha sobre expresado una isoforma permanentemente activa del enzima (CPT1AM) en el núcleo ventromedial del hipotálamo. En segundo lugar se ha estudiado el efecto de la administración central del compuesto anorexigénico C75 que, una vez activado a C75-CoA, actúa como potente inhibidor de CPT1. Los resultados obtenidos demuestran que la sobre-expresión de CPT1AM en el hipotálamo causa inicialmente hiperfagia y, en un estado posterior, resistencia a la insulina, intolerancia a la glucosa e hiperglucemia. Por otro lado, la inhibición de CPT1 en el hipotálamo tras el tratamiento con C75 produce una disminución de la ingesta y una pérdida de peso aportando nuevas pistas sobre el mecanismo de acción central de C75. Tomados en conjunto, estos resultados confirman el importante papel que el enzima CPT1 juega en la regulación del apetito. Asimismo, aportan nuevos datos sobre los mecanismos centrales que modulan el metabolismo glucídico. Por otro lado demuestran que la inhibición de CPT1 a nivel central se deriva en una disminución de la ingesta resaltando la importancia de este enzima como diana terapéutica para el tratamiento de la obesidad. / “Role of hypothalamic carnitine palmotoyltransferase 1A in the control of food intake” Neutral energy balance permits body weight stability and prevents the emergence of diseases such as obesity and Type 2 Diabetes. Central nervous system (CNS) and more specifically the hypothalamus, has a key role in the regulation of homeostatic mechanisms that control food consumption. In response to changes in global energy status, hypothalamic neurons alter the expression of neuropeptides in order to adjust energy intake and expenditure. It is unclear how the expression of these molecules is regulated; however recent studies highlight fatty acid metabolism as a key pathway in hypothalamic control of feeding. Several studies have demonstrated that modulation of fatty acid metabolic enzymes can regulate feeding behaviour by altering the hypothalamic pool of malonyl-CoA and/or long chain fatty acid-CoA (LCFA-CoA), suggesting that these metabolites are signals of nutrient status able to adjust not only food intake but also energy expenditure and glucose production. Malonyl-CoA, derived from glucose metabolism, is not only the first intermediate in fatty acid synthesis but also has a role in the maintenance of balance between de novo synthesis of fatty acids and its oxidation. Malonyl-CoA is the physiological inhibitor of carnitine palmitoyltransferase 1 (CPT1), enzyme that catalyses the first step in the transport of LCFA-CoA from the cytoplasm into the mitochondria for their b-oxidation. In the present study we analysed the role of hypothalamic CPT1A in the regulation of food intake. To this aim we used two experimental strategies. On the one hand, we over-expressed a permanently active form of CPT1A (CPT1AM: malonyl-CoAinsensitive-CPT1A) in the VMH of rats and studied its effect on food intake, body weight and glucose metabolism. On the other hand we studied the molecular mechanism by which compound C75 produces anorexia and a reduction in body weight, focusing our attention on its effect on hypothalamic CPT1 activity. Our results show that a long-term increase in CPT1AM activity in the VMH of rats leads to central and peripheral responses producing hyperphagia, overweight, insulin resistance and glucose intolerance. On the other hand we demonstrated that only (+)-C75 enantiomer inhibits CPT1 activity and its central administration produces a reduction in food intake and body weight. Altogether these data emphasizes the role of hypothalamic CPT1 in the maintenance of energy homeostasis and highlights its inhibitors as good candidates for the treatment of obesity and related diseases.

Los ritmos circadianos en los mamíferos son encarrilados con el ambiente principalmente mediante el efecto de la luz sobre los núcleos supraquiasmáticos del hipotálamo (NSQ). La regulación de los ritmos involucra mecanismos específicos de control del período y la fase en la actividad de estas estructuras. Esta actividad viene determinada por la sincronización (acoplamiento) entre osciladores autónomos localizados en las neuronas individuales. En condiciones anómalas como en iluminación constante (LL) o en ciclos de luz-oscuridad (ciclos T) alejados de 24 h, el patrón de actividad motora (AM) presentará distintas organizaciones temporales, desde arritmicidad en LL en el ratón y la rata, o disociación en dos componentes de AM con períodos distintos en la rata bajo ciclos T de 22 h (T22). El OBJETIVO GENERAL de la tesis fue el estudio de patrones de AM en la rata y en el hámster, para demostrar que los NSQ pueden presentar respuestas funcionales más complejas que las de un sistema de sólo-fase. OBJETIVOS ESPECÍFICOS: 1- Estudiar los efectos del fotoperíodo en el patrón de AM de la rata en el límite inferior de encarrilamiento a ciclos T (T22 Y T23). La hipótesis central es que el fotoperíodo es capaz de modular el acoplamiento en los NSQ, y así el encarrilamiento del patrón de AM. 2- Estudiar el efecto de la actividad en la rueda (AR), y de la disminución gradual del período del ciclo T en el límite inferior de encarrilamiento del ritmo de actividad del hámster. La hipótesis central es que estos factores sólos o combinados pueden modular el encarrilamiento. 3- Estudiar el encarrilamiento del ritmo de AM del hámster en ciclos T22 de distinto contraste, para verificar las predicciones obtenidas mediante simulaciones con un modelo matemático del sistema circadiano. Estudiar la dependencia de la historia previa en el encarrilamiento. La hipótesis central es que el contraste lumínico y la historia previa pueden modular el encarrilamiento. 4- Comparar el patrón de arritmicidad en la rata, generado mediante LL con el obtenido en animales con lesiones de los NSQ, caracterizando la estructura de frecuencias y el grado de correlación de las series temporales. La hipótesis central es que la estructura temporal de la AM es distinta entre ambos grupos. 5- Desarrollar un método para obtener distintas variables comportamentales en estudios de largo término, a partir de la adquisición de datos de AM con alta resolución temporal y espacial mediante una plataforma provista de sensores de fuerza. CONCLUSIONES: 1- El fotoperíodo afecta la disociación de la AM de la rata, produciendo una transición gradual en la manifestación de ambos componentes. 1a- Existe un mayor grado de encarrilamiento al ciclo T con fotoperíodos largos, siendo mayor en T23. 1b- El período del componente en curso libre aumenta al aumentar el fotoperíodo, verificándose las reglas de Aschoff bajo ciclos T. 2- La AR, y la exposición prolongada a ciclos T, facilitan el encarrilamiento del ritmo de actividad del hámster en el límite inferior. 2a- La AR promueve el encarrilamiento principalmente en T22. 2b- La disminución gradual del período del ciclo T permite el encarrilamiento hasta T19. 3- El encarrilamiento del patrón de AM del hámster depende del contraste lumínico del ciclo T, y principalmente de la historia ambiental previa. 3a- El aumento de la iluminación en la escotofase promueve el encarrilamiento en T22. 3c- Modificaciones en el grado de acoplamiento en un modelo multioscilatorio, permiten predecir la transición entre cordinación relativa y encarrilamiento observada en el patrón de AM. 4- Los animales arrítmicos por LL presentan componentes ultradianos en su espectro de potencias, mientras que los lesionados no presentan componentes dominantes. 4a- El espectro de potencias y la autocorrelación obtenidos en la zona de alta frecuencia muestran que los animales en LL existe una mayor estructura temporal. 5- El método desarrollado permite una descripción más amplia de la AM en el largo término mediante distintas variables comportamentales, lo que sugiere su uso potencial para estudios cronobiológicos. / . The temporal adaptation of organisms to their environment depends on the ability of the circadian pacemaker to adjust its phase and period, using daily environmental information provided primarily by the light-dark (LD) transitions. Photic information is processed by the pacemaker, which is located in the suprachiasmatic nucleus of the hypothalamus (SCN). The mamalian pacemaker appears to be more complex than one that invariably responds with the same PRC to environmental stimuli. Although single circadian oscillators are arranged in individual cellular clocks in the SCN, evidence such as splitting and arrhythmicity in prolonged constant light (LL), and forced dissociation in a 22 h T cycle, supports the hypothesis that the rodent SCN is a coupled multioscillatory system. Motor activity (MA) patterns of rodents were studied to characterize plasticity and complex organization of circadian system. 1- The effects of photoperiod on rat MA at the lower limit of entrainment were studied. Results suggests that manifestation of forced dissociation in MA components is a gradual phenomena. Entrainment to T cycle was promoted, and the period of free-running component was lengthened with long photoperiods. 2- The effects on the entrainment of the activity pattern during successive light-dark cycles of step-wise decreasing periods, as well as wheel running activity, were investigated. Providing hamsters continuous access to a running wheel established entrainment to T=22 h. Results suggests that changes in pacemaker response were facilitated by step-wise changes of T spaced very far apart, thus allowing time for adaptation. 3- The history-dependent changes on entrainment of the MA rhythm in the hamster were studied. Also, the protocol included T22 cycles with varying lighting contrasts, to test computational model predictions of experimental outcomes. Results suggests that the circadian system responds to environmental stimuli depending on its previous history. Moreover, computer simulations let us predict entrainment under T22 cycles, and indicate that most of the patterns observed in the animals can be explained by different degrees of coupling among oscillators. 4 - The temporal structure of rat MA pattern was compared between LL-induced versus SCN lesion-induced arrhythmicity. Arrhythmicity induced by LL has a temporal structure, both at the ultradian and high frequency ranges, suggesting that the interactions among the oscillatory elements can be modulated by light, effecting an ultradian pattern. Also, such ultradian pattern could be more than a simple apparent stochastic arrhythmicity, involving possible underlying time-invariant regulatory mechanisms. 5- A method to obtain behavioral variables in long-term records by means of a force-plate actometer, was developed. Several behavioral variables were obtained, suggesting its potential use principally in chronobiological studies.