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A exposição ambiental da toxina pode interromper a função do pulso de disparo circadiano, mostras da pesquisa

Podem as toxinas ambientais interromper ritmos circadianos - o “pulso de disparo biológico” cujo o distúrbio é ligado à inflamação crônica e a um anfitrião de desordens humanas? Pesquise mostrar que uma relação entre o rompimento circadiano e o plâncton que se adaptaram à poluição de sal da estrada põe a pergunta em quadrado sobre a tabela.

“Esta pesquisa mostra que a exposição às toxinas ambientais pode comprimir a função de nosso pulso de disparo circadiano, o rompimento de que é ligado às taxas aumentadas de cancro, de diabetes, de obesidade, de doença cardíaca, e de depressão,” disse Jennifer Hurley, um professor adjunto de ciências biológicas, um membro do centro para a biotecnologia e os estudos interdisciplinars (CBIS) no Rensselaer Polytechnic Institute, e autor superior nesta pesquisa. “Este é qualquer um tem mostrado a primeira vez isto que acontece a nível do pulso de disparo de núcleo, que nós tínhamos considerado ser protegidos pesadamente contra estes tipos de efeitos ambientais.”

As construções da pesquisa em resultados recentes do Jefferson projectam-se no lago George, mostrando que uma espécie comum de zooplankton, pulex da dáfnia, pode evoluir a tolerância para moderar níveis de sal da estrada em apenas dois e de uma metade dos meses. Que a pesquisa produziu cinco populações da dáfnia adaptou ao sal as concentrações que variam da concentração actual de 15 miligramas pelo litro do cloreto no lago George, às concentrações de 1.000 miligramas pelo litro como estabelecido em lagos altamente contaminados em America do Norte.

O “plâncton, que são consumidores chaves das algas e uma fonte do alimento para muitos peixes, pode fazer umas trocas monumentais para tolerar o sal aumentado da estrada,” disse Rick Relyea, o director de projecto de Jefferson, o membro de CBIS, e o co-autor do estudo. “O ritmo circadiano guia estes animais com uma migração diária, às águas profundas durante o dia para esconder dos predadores e das águas pouco profundas na noite a alimentar. Interromper esse ritmo podia afectar o ecossistema inteiro do lago.”

Hurley disse que a adaptação a salgar é provável afetando a dáfnia a nível epigenético, uma mudança hereditária em níveis do gene um pouco do que o código genético. A pesquisa tem a aplicabilidade larga em campos múltiplos além da saúde humana e é uma demonstração da pesquisa pioneiro, interdisciplinar resultando da cruz-colaboração entre CBIS e o projecto de Jefferson.

Para explorar se o sal afecta o ritmo circadiano da dáfnia, os pesquisadores estabeleceram primeiramente que o plâncton está governado por um grupo do núcleo de genes do pulso de disparo-controle que antecipasse o ciclo do dia/noite. Cronometre genes do controle promovem e suprimem a transcrição do gene, criando oscilações diárias nos níveis de enzimas e hormonas para afectar a função da pilha, a divisão, e o crescimento, assim como parâmetros fisiológicos tais como a temperatura corporal e respostas imunes. O genoma da dáfnia inclui o gene do PERÍODO (POR), um grupo de genes quase idênticos ao pulso de disparo de núcleo bem conhecido da mosca de fruto (melanogaster da drosófila).

Kayla Coldsnow, um estudante doutoral de Rensselaer e primeiro autor no estudo, seguiu a expressão do mRNA POR na dáfnia expor aos níveis naturalmente baixos de sal e às circunstâncias escuras constantes. Apesar destas circunstâncias ambientais constantes, a dáfnia POR níveis do mRNA oscilou com um ritmo de 24 horas, uma clara indicação de um pulso de disparo circadiano funcional. Resultados, em combinação com pesquisa existente, mostra que POR do “genes pulso de disparo” seja activo na dáfnia.

Para testar se os ambientes de alto-sal da adaptação afectam este pulso de disparo circadiano funcional, Coldsnow a seguir executou uma experiência similar com as cinco populações da dáfnia produzidas durante ela uma pesquisa mais adiantada. Seus dados mostraram que POR o mRNA os ritmos se deterioraram com a adaptação às concentrações crescentes de sal.

“O que nós vemos é uma resposta classificada, medida neste organismo; mais alto o nível de sal a que a dáfnia estão adaptados, mais suprime a expressão de seu pulso de disparo circadiano,” disse Hurley. “A população adaptada aos níveis naturalmente baixos de sal exibe uma oscilação bonita, saudável dentro POR a expressão do mRNA, mas a população adaptada aos níveis altos de sal perdeu completamente sua capacidade para oscilar esta expressão do mRNA.”

Hurley disse que os resultados abrem uma porta nova na pesquisa circadiano.

“As implicações são substanciais,” Hurley disse. “Você exps a dáfnia a uma toxina ambiental, e seu pulso de disparo foi suprimido, provavelmente através dos mecanismos epigenéticos. O pulso de disparo e a biologia da dáfnia são muito similares ao pulso de disparo e à biologia em nossos cérebros e na maioria de organismos. É possível que nós podemos ver mudanças epigenéticas no cérebro humano devido à exposição às toxinas ambientais?

A “evolução à contaminação ambiental retira o pulso de disparo circadiano de uma espécie aquática da sentinela,” como publicado na edição actual da ecologia e da evolução, pode ser encontrado usar o DOI: 10.1002/ece3.3490. A pesquisa foi financiada por Rensselaer, pelo projecto de Jefferson no lago George (uma parceria do Rensselaer Polytechnic Institute, do IBM, e do fundo para o lago George), e por uma bolsa de estudo da pesquisa do graduado do National Science Foundation.

A pesquisa em ritmos circadianos cumpre o instituto politécnico novo, um paradigma emergente para o ensino superior que reconhece que os desafios e as oportunidades globais são tão grandes eles não podem adequadamente ser endereçados mesmo pela pessoa a mais talentoso que trabalha apenas. Saques de Rensselaer como estradas transversaas para a colaboração -- trabalhando com os sócios através das disciplinas, dos sectores, e das regiões geográficas -- para endereçar desafios globais complexos, usando as ferramentas e as tecnologias as mais avançadas, muitos de que são tornados em Rensselaer. A pesquisa em Rensselaer endereça algum do mundo que pressiona desafios tecnologicos -- da segurança energética e da revelação sustentável à biotecnologia e à saúde humana. O instituto politécnico novo é transformativo no impacto global da pesquisa, em sua pedagogia inovativa, e nas vidas dos estudantes em Rensselaer.