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Il y a une torsion neuve sur la question de la façon dont les horloges biologiques fonctionnent

Ces dernières années, les scientifiques ont découvert que les horloges biologiques aident à dispenser un choix vertigineux de procédés biochimiques dans le fuselage. En dépit d'un certain nombre d'hypothèses, exact comment les stimulateurs microscopiques en chaque cellule dans le fuselage exercent le tel une influence répandue est demeurée un mystère.

Maintenant, une étude neuve fournit la preuve directe que les horloges biologiques peuvent influencer l'activité d'un grand nombre de différents gènes d'une mode ingénieuse, simplement en faisant enrouler plus fortement au cours de la journée et détendre des chromosomes la nuit.

« L'idée que le génome entier oscille est réellement fraîche, » s'enthousiasme le professeur de Vanderbilt des sciences biologiques Karl Johnson, qui ont dirigé la recherche qui était le 13 novembre en ligne publié dans les démarches de l'académie nationale des sciences. « Le fait que les vibrations peuvent agir en tant qu'un mécanisme de régulation nous indique quelque chose importante au sujet de la façon dont l'ADN fonctionne : Il est que quelque chose les jockeys d'ADN doivent réellement penser environ. »

L'équipe de Johnson, qui s'est composée du repère supérieur de conférencier un Woelfle, un professeur auxiliaire Yao Xu de recherches et un étudiant de troisième cycle Ximing Qin, a réalisé l'étude avec le cyanobacteria (algues bleu-vert), l'organisme le plus simple connu pour posséder une horloge biologique. Les chromosomes dans le cyanobacteria sont dispensés en molécules circulaires d'ADN. Dans leur condition décontractée, ils forment une boucle unique. Mais, dans la cellule, ils habituellement « supercoiled » dans une suite de petites boucles hélicoïdales. Il y a même deux familles des enzymes spéciales, des gyrases appelées et des topoisomérases, dont le fonctionnement est enroulant et déroulant l'ADN.

Les chercheurs se sont concentrés sur de petites, non essentielles pièces d'ADN dans les plasmides appelés de cyanobacteria qui se produisent naturellement dans le cyanobacteria. Puisqu'un plasmide devrait se comporter de la même mode que le chromosome plus grand et plus peu maniable, les scientifiques le considèrent comme étant un bon proxy du comportement du chromosome lui-même.

Quand le plasmide est décontracté, il est ouvert et déroulé et, quand il supercoiled, il est déformé dans une plus petite, plus condensée condition. Ainsi, les chercheurs avaient l'habitude une méthode normale, électrophorèse en gel appelée, pour mesurer l'ampleur d'un plasmide supercoiling pendant différentes remarques dans le cycle de jour/nuit.

Les chercheurs ont trouvé un cycle distinct de jour/nuit : Le plasmide est plus petit et plus fortement enroulé au cours des périodes de la lumière qu'ils sont au cours des périodes de densité. Ils ont également constaté que cette condensation rythmique disparaît quand le cyanobacteria sont maintenus dans la densité continuelle.

« C'est l'une des premières preuve que l'horloge biologique exerce son effet sur la structure d'ADN par enrouler du chromosome et que ceci, consécutivement, leur permet de régler tous les gènes dans l'organisme, » dit Woelfle.

Une certaine utilisation de cyanobacteria leurs horloges biologiques de régler deux opérations de base. Au cours de la journée, elles emploient la photosynthèse pour transformer la lumière solaire en énergie chimique. Au cours de la nuit, elles enlèvent l'azote de l'ambiance et le comportent à un composé chimique qu'elles peuvent utiliser pour effectuer des protéines.

Selon modèle de l'oscilloid du laboratoire de Johnson le « , » les gènes qui sont impliqués dans la photosynthèse devraient être situés dans les régions du chromosome qui « sont allumées » par enrouler plus serré dans l'ADN au cours de la journée et « être arrêtés » au cours de la nuit quand l'ADN est plus décontracté. Du même coup, les gènes qui sont impliqués dans le fixation de l'azote devraient être situés dans les régions du chromosome qui « sont arrêtées » au cours de la journée quand l'ADN est fortement enroulé et « être allumés » au cours de la nuit quand elles sont plus décontractées.

Les chercheurs ne voient aucune raison pour laquelle les bioclocks dans des organismes plus élevés, y compris des êtres humains, ne fonctionnent pas de la même façon. « Ceci pourrait être un thème universel que nous commençons juste à déchiffrer, » dit Woelfle.

L'ADN dans des organismes plus élevés est beaucoup plus grand que ce dans le cyanobacteria et lui est linéaire, non circulaire. De bout en bout étiré, le génome dans une cellule mammifère est d'environ six pieds de long. Afin de s'insérer dans une cellule microscopique, l'ADN doit être fortement bourré dans une suite de petites bobines, quelque chose comme Slinkies microscopique.

Les études précédentes ont montré que cela dans des organismes plus élevés entre 5 à 10 pour cent de gènes dans le génome sont réglés par le bioclock, comparé à 100 pour cent de gènes dans le cyanobacteria. Dans le cas des organismes plus élevés, le contrôle des bioclock est susceptible d'être local plutôt que la situation globale dans le cyanobacteria.

Avec un chromosome circulaire (comme dans le cyanobacteria), le déformer affecte à un point quelconque la molécule entière. Quand vous déformez un chromosome linéaire à une certaine remarque, cependant, l'effet s'étend seulement pour une distance limitée dans l'un ou l'autre de sens parce que les extrémités ne sont pas branchées. Ce ajustements d'une manière ordonnée avec l'idée que l'influence des bioclock sur les chromosomes linéaires est limité à certaines régions spécifiques, régions où les gènes spécifiques qu'elle règle sont localisés.