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C'è una nuova torsione sulla domanda di come gli orologi biologici funzionano

Negli ultimi anni, gli scienziati hanno scoperto che gli orologi biologici contribuiscono ad organizzare una schiera dizzying dei trattamenti biochimici nell'organismo. Malgrado una serie di ipotesi, come gli stimolatore cardiaci microscopici in ogni cella nell'organismo esercitano il così un'influenza diffusa è rimanere esattamente un mistero.

Ora, un nuovo studio fornisce la prova diretta che gli orologi biologici possono influenzare l'attività di tantissimi geni differenti ad un modo ingegnoso, semplicemente inducendo i cromosomi a arrotolarsi più strettamente durante il giorno ed a rilassarsi alla notte.

“L'idea che l'intero genoma sta oscillando è realmente fresca,„ entusiasma professore di Vanderbilt delle scienze biologiche Carl Johnson, che hanno diretto la ricerca che è stata pubblicata il 13 novembre online negli atti dell'Accademia nazionale delle scienze. “Il fatto che le oscillazioni possono fungere da un meccanismo regolatore sta dicendoci qualche cosa di importante circa come il DNA funziona: È che qualcosa le pulegge tendirici del DNA realmente devono ritenere circa.„

Il gruppo di Johnson, che ha consistito del segno del professore di seconda fascia un Woelfle, il professor di aiuto Yao Xu della ricerca e un dottorando Ximing Qin, ha svolto lo studio con la cyanobacteria (cianobatteri), l'organismo più semplice conosciuto per possedere un orologio biologico. I cromosomi nella cyanobacteria sono organizzati in molecole circolari di DNA. Nel loro stato di rilassamento, formano un singolo ciclo. Ma, all'interno della cella, “supercoiled solitamente„ in una serie di piccoli cicli elicoidali. Ci sono anche due famiglie degli enzimi speciali, chiamate girasi e topoisomerases, di cui la funzione è arrotolante e svolgente il DNA.

I ricercatori messi a fuoco sui piccoli, pezzi di DNA non indispensabili nella cyanobacteria hanno chiamato i plasmidi che si presentano naturalmente nella cyanobacteria. Poiché un plasmide dovrebbe comportarsi allo stesso modo di più grande e cromosoma più poco maneggevole, gli scienziati lo considerano come un buon proxy del comportamento del cromosoma stesso.

Quando il plasmide è rilassato, è aperto e svolto e, quando supercoiled, è torto in un più piccolo, stato condensato. Così, i ricercatori hanno usato un metodo standard, chiamato l'elettroforesi del gel, per misurare le dimensioni di un plasmide che supercoiling durante i punti differenti nel ciclo notte/del giorno.

I ricercatori hanno trovato un ciclo distinto notte/del giorno: Il plasmide è più piccolo e ferito più strettamente durante i periodi di indicatore luminoso che sono durante i periodi di oscurità. Egualmente hanno trovato che questa condensazione ritmica scompare quando la cyanobacteria è tenuta nell'oscurità costante.

“Questa è una delle prime prove che l'orologio biologico esercita il suo effetto sulla struttura del DNA con l'avvolgimento del cromosoma e che questo, a sua volta, permette che regolamentino tutti i geni nell'organismo,„ dice Woelfle.

Un pò di cyanobacteria utilizza i loro orologi biologici per gestire due trattamenti di base. Durante il giorno, usa la fotosintesi per trasformare la luce solare in energia chimica. Durante la notte, elimina l'azoto dall'atmosfera e lo incorpora in un composto chimico che possono usare per fare le proteine.

Secondo il modello del oscilloid del laboratorio di Johnson “,„ i geni che sono compresi nella fotosintesi dovrebbero essere situati nelle regioni del cromosoma che “sono accese„ dall'avvolgimento più stretto nel DNA durante il giorno e “essere spenti„ durante la notte in cui il DNA è più rilassato. Nella stessa maniera, i geni che sono compresi nella fissazione dell'azoto dovrebbero essere situati nelle regioni del cromosoma che “sono spente„ durante il giorno in cui il DNA è arrotolato strettamente e “essere accesi„ durante la notte in cui sono più rilassate.

I ricercatori non vedono ragione per la quale i bioclocks negli più alti organismi, compreso gli esseri umani, non funzionano in modo simile. “Questo potrebbe essere un tema universale che stiamo cominciando appena decifrare,„ dice Woelfle.

Il DNA negli più alti organismi è molto più grande di quello nella cyanobacteria ed in è lineare, non circolare. Faccia a faccia allungato, il genoma in una cellula di mammiferi è di lunghezza circa sei piedi. Per inserire in una cella microscopica, il DNA deve essere imballato strettamente in una serie di piccole spirali, qualcosa come Slinkies microscopico.

Gli studi precedenti hanno indicato che quello negli più alti organismi fra 5 - 10 per cento dei geni nel genoma è gestito dal bioclock, confrontato a 100 per cento dei geni nella cyanobacteria. Nel caso di più alti organismi, il controllo dei bioclock è probabile essere locale piuttosto che la situazione globale nella cyanobacteria.

Con un cromosoma circolare (come nella cyanobacteria), torcerlo ad un punto qualunque pregiudica l'intera molecola. Quando torcete un cromosoma lineare a certo punto, tuttavia, l'effetto estende soltanto per una distanza limitata in qualsiasi direzione perché le estremità non sono collegate. Quel misure ordinatamente con l'idea che l'influenza dei bioclock sui cromosomi lineari è limitata a determinate regioni specifiche, regioni dove i geni specifici che regolamenta sono individuati.