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Hay una nueva torsión en la cuestión de cómo los relojes biológicos funcionan

Estos últimos años, los científicos han descubierto que los relojes biológicos ayudan a ordenar un arsenal dizzying de procesos bioquímicos en la carrocería. A pesar de varias hipótesis, cómo los marcapasos microscópicos en cada célula en la carrocería ejercen tal una influencia dispersa ha seguido siendo exactamente un misterio.

Ahora, un nuevo estudio proporciona pruebas directas que los relojes biológicos pueden influenciar la actividad de un gran número de diversos genes en una moda ingeniosa, simple haciendo los cromosomas enrollar más apretado durante el día y relajarse en la noche.

“La idea que esté oscilando el genoma entero es realmente fresca,” enthuses al profesor de Vanderbilt de las ciencias biológicas Carl Johnson, que dirigieron la investigación que fue publicada el 13 de noviembre en línea en los procedimientos de la National Academy of Sciences. “El hecho de que las oscilaciones puedan actuar mientras que un mecanismo regulador nos está informando algo importante sobre cómo la DNA trabaja: Es que algo los jinetes de la DNA necesitan realmente pensar alrededor.”

Las personas de Johnson, que consistieron en la marca mayor del conferenciante un Woelfle, un profesor auxiliar Yao Xu de la investigación y un estudiante de tercer ciclo Ximing Qin, realizaron el estudio con el cyanobacteria (algas verde-azules), el organismo más simple sabido para poseer un reloj biológico. Los cromosomas en cyanobacteria se ordenan en moléculas circulares de la DNA. En su estado relajado, forman un único rizo. Pero, dentro de la célula, “supercoiled generalmente” en una serie de pequeños rizos espirales. Hay incluso dos familias de enzimas especiales, llamadas las girasas y los topoisomerases, cuya función es que enrolla y de desenrollamiento de la DNA.

Los investigadores centrados en pedazos pequeños, no esenciales de DNA en el cyanobacteria llamaron los plásmidos que ocurren naturalmente en el cyanobacteria. Porque un plásmido debe comportarse en la misma moda que el cromosoma más grande y más poco manejable, los científicos lo consideran ser un buen poder del comportamiento del cromosoma sí mismo.

Cuando el plásmido es relajado, está abierto y desenrollado y, cuando supercoiled, se tuerce en un estado más pequeño, condensado. Así pues, los investigadores utilizaron un método estándar, llamado electroforesis del gel, para medir el fragmento de un plásmido supercoiling durante diversos puntos en el ciclo del día/de la noche.

Los investigadores encontraron un ciclo distinto del día/de la noche: El plásmido es más pequeño y herido más apretado durante períodos de la luz que están durante períodos de la oscuridad. También encontraron que desaparece esta condensación rítmica cuando el cyanobacteria se mantiene oscuridad constante.

“Éste es una de las primeras pruebas que el reloj biológico ejerce su efecto sobre la estructura de la DNA con enrollar del cromosoma y que éste, a su vez, permite que regule todos los genes en el organismo,” dice Woelfle.

Un cierto uso del cyanobacteria sus relojes biológicos de controlar dos procesos básicos. Durante el día, utilizan fotosíntesis para girar luz del sol en energía química. Durante la noche, quitan el nitrógeno de la atmósfera y lo incorporan en una composición química que puedan utilizar para hacer las proteínas.

Según modelo del oscilloid del laboratorio de Johnson el “,” los genes que están implicados en fotosíntesis se deben situar en las regiones del cromosoma que “son giradas” por enrollar más apretado en la DNA durante el día y “apagar” durante la noche en que la DNA es más relajada. De la misma manera, los genes que están implicados en la fijación de nitrógeno se deben situar en las regiones del cromosoma que “se apagan” durante el día en que la DNA se enrolla apretado y “girar” durante la noche en que son más relajadas.

Los investigadores no ven ninguna razón por la que los bioclocks en organismos más altos, incluyendo seres humanos, no operan de manera similar. “Éste podría ser un tema universal que apenas estamos comenzando a descifrar,” dice Woelfle.

La DNA en organismos más altos es mucho más grande que ésa en cyanobacteria y él es lineal, no circular. De punta a punta estirado, el genoma en una célula mamífera tiene cerca de seis pies de largo. Para ajustar en una célula microscópica, la DNA se debe cargar apretado en una serie de pequeñas bobinas, algo como Slinkies microscópico.

Los estudios anteriores han mostrado que eso en organismos más altos entre el 5 a 10 por ciento de genes en el genoma es controlada por el bioclock, comparado al 100 por ciento de genes en el cyanobacteria. En el caso de los organismos más altos, el mando de los bioclock es probable ser local bastante que la situación global en cyanobacteria.

Con un cromosoma circular (como en cyanobacteria), torcerlo en cualquier momento afecta a la molécula entera. Cuando usted tuerce un cromosoma lineal en cierto punto, sin embargo, el efecto extiende solamente para una distancia limitada en cualquier dirección porque los extremos no se conectan. Ese ajustes cuidadosamente con la idea que la influencia de los bioclock en los cromosomas lineales se limita a ciertas regiones específicas, regiones donde se localizan los genes específicos que regula.