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Há uma torção nova na pergunta de como os pulsos de disparo biológicos funcionam

Nos últimos anos, os cientistas descobriram que os pulsos de disparo biológicos ajudam a organizar uma disposição dizzying de processos bioquímicos no corpo. Apesar de um número de hipóteses, exactamente como os pacemaker microscópicos em cada pilha no corpo exercem o tal uma influência difundida permaneceu um mistério.

Agora, um estudo novo fornece a evidência directa que os pulsos de disparo biológicos podem influenciar a actividade de um grande número genes diferentes em uma forma engenhoso, simplesmente fazendo com que os cromossomas bobinem mais firmemente durante o dia e relaxem na noite.

“A ideia que o genoma inteiro esteja oscilando está realmente fresca,” enthuses o professor de Vanderbilt das ciências biológicas Carl Johnson, que dirigiram a pesquisa que foi publicada o 13 de novembro em linha nas continuações da Academia Nacional das Ciências. “O facto de que as oscilações podem actuar enquanto um mecanismo regulador nos está dizendo algo importante sobre como o ADN trabalha: É que algo os jóqueis do ADN precisam realmente de pensar aproximadamente.”

A equipe de Johnson, que consistiu no conferente superior Mark um Woelfle, um professor assistente Yao Xu da pesquisa e um aluno diplomado Ximing Qin, executou o estudo com o cyanobacteria (algas azul esverdeado), o organismo o mais simples conhecido para possuir um pulso de disparo biológico. Os cromossomas no cyanobacteria são organizados em moléculas circulares do ADN. Em seu estado relaxado, formam um único laço. Mas, dentro da pilha, geralmente “supercoiled” em uma série de laços helicoidais pequenos. Há mesmo duas famílias de enzimas especiais, chamadas gyrases e topoisomerases, cuja a função é de bobinamento e desenrolando o ADN.

Os pesquisadores centrados sobre partes pequenas, não-essenciais de ADN no cyanobacteria chamaram os plasmídeo que ocorrem naturalmente no cyanobacteria. Porque um plasmídeo deve se comportar na mesma forma que o cromossoma maior e mais incómodo, os cientistas consideram-no ser um bom proxy do comportamento do cromossoma próprio.

Quando o plasmídeo é relaxado, está aberto e desenrolado e, quando supercoiled, é torcido em um estado menor, mais condensado. Assim, os pesquisadores usaram um método padrão, chamado electroforese do gel, para medir a extensão de um plasmídeo que supercoiling durante pontos diferentes no ciclo do dia/noite.

Os pesquisadores encontraram um ciclo distinto do dia/noite: O plasmídeo é menor e mais firmemente ferida durante períodos de luz do que são durante períodos de escuridão. Igualmente encontraram que esta condensação rítmica desaparece quando o cyanobacteria é mantido na escuridão constante.

“Esta é uma das primeiras provas que o pulso de disparo biológico exerce seu efeito na estrutura do ADN com do bobinamento do cromossoma e que este, por sua vez, permite que regule todos os genes no organismo,” diz Woelfle.

Algum uso do cyanobacteria seus pulsos de disparo biológicos controlar dois processos básicos. Durante o dia, usam a fotossíntese para transformar a luz solar na energia química. Durante a noite, removem o nitrogênio da atmosfera e incorporam-no em um composto químico que possam usar para fazer proteínas.

De acordo com o modelo oscilloid do laboratório de Johnson do “,” os genes que são envolvidos na fotossíntese devem ser ficados situados nas regiões do cromossoma que “são giradas sobre” pelo bobinamento mais apertado no ADN durante o dia e “ser desligados” durante a noite em que o ADN é mais relaxado. Por isso mesmo, os genes que são envolvidos na fixação de nitrogênio devem ser ficados situados nas regiões do cromossoma que “estão desligadas” durante o dia em que o ADN é firmemente enrolado e “ser girados sobre” durante a noite em que são mais relaxado.

Os pesquisadores não vêem nenhuma razão pela qual os bioclocks em uns organismos mais altos, incluindo seres humanos, não se operam de forma semelhante. “Este poderia ser um tema universal que nós apenas começássemos decifrar,” diz Woelfle.

O ADN em uns organismos mais altos é muito maior do que aquele no cyanobacteria e nele é linear, nao circular. Fim-a-fim esticado, o genoma em uma pilha mamífera tem aproximadamente seis pés de comprimento. A fim caber em uma pilha microscópica, o ADN deve firmemente ser embalado em uma série de bobinas pequenas, algo como Slinkies microscópico.

Os estudos precedentes mostraram que aquele em uns organismos mais altos entre 5 a 10 por cento dos genes no genoma está controlado pelo bioclock, comparado a 100 por cento dos genes no cyanobacteria. No caso dos organismos mais altos, o controle dos bioclock é provável ser local um pouco do que a situação global no cyanobacteria.

Com um cromossoma circular (como no cyanobacteria), torcê-lo afecta em qualquer momento a molécula inteira. Quando você torce um cromossoma linear em algum ponto, contudo, o efeito estende somente para uma distância limitada em um ou outro sentido porque as extremidades não são conectadas. Esse ajustes ordenadamente com a ideia que a influência dos bioclock em cromossomas lineares é limitada a determinadas regiões específicas, regiões onde os genes específicos que regula são encontrados.