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I ricercatori delucidano la generazione di fondo di morto-zona del meccanismo in orologi circadiani

Sfondo

La maggior parte dei organismi su terra hanno orologi circadiani. In mammiferi, lo stimolatore cardiaco circadiano è situato nel nucleo suprachiasmatic (SCN) del cervello. Lo SCN consiste di circa 20.000 neuroni e l'espressione genica oscillatoria con un periodo di 24 ore approssimativo può essere osservata indipendente in ciascuno. Queste oscillazioni cella-autonome di espressione genica sono gestite dal regolamento di feedback negativo in ritardo dei geni circadiani dell'orologio e dalla funzione come orologio circadiano per regolamentare i ritmi comportamentistici e fisiologici degli organismi.

Uno dei beni importanti degli orologi circadiani è la risposta ai segnali luminosi, che permette agli organismi di essere trascinati al ciclo luminoso scuro di 24 ore su terra. È stato indicato che gli orologi circadiani rispondono ai segnali luminosi durante la notte, mentre non rispondono a tali segnali durante il giorno. Ciò sostiene anche quando un organismo è tenuto nell'oscurità completa; un breve impulso luminoso non cambia il periodo dell'orologio circadiano quando il tempo dell'organismo della persona è al giorno. Il periodo di tempo in cui l'orologio circadiano è insensibile ai segnali luminosi si riferisce a come “la zona morta„. Gli studi precedenti hanno indicato che la presenza di zona morta migliora la robustezza dell'orologio. Tuttavia, il meccanismo che è alla base della sua generazione è poco chiaro.

Risultati

I ricercatori dall'università di Kanazawa hanno usato le simulazioni matematiche su elaboratore e di modellistica per delucidare la generazione di fondo di morto-zona del meccanismo. Le specie differenti hanno meccanismi differenti di luminoso risposta. Per esempio, nel sistema di orologio circadiano della drosofila della mosca di frutta, i segnali luminosi inducono la degradazione della proteina circadiana del repressore SENZA TEMPO. Al contrario, in mammiferi, i segnali luminosi sono percepiti dagli occhi ed inducono l'espressione del periodo circadiano del gene dell'orologio all'interno dello SCN. Queste differenze piombo i ricercatori dall'università di Kanazawa dubitare che i meccanismi per la generazione di morto-zona in queste due specie fossero comuni o distinti.

Per rivolgere questo problema, i ricercatori hanno utilizzato un modello matematico chiamato il modello di Goodwin. Questo modello è stato usato per descrivere un ciclo di feedback negativo nel sistema di orologio circadiano considerando le concentrazioni di mRNA e di proteina come variabili. Le simulazioni numeriche hanno dimostrato che la saturazione di trascrizione del mRNA senza tempo induce la generazione di zona morta di giorno nell'orologio circadiano della drosofila. Nell'orologio circadiano mammifero, la saturazione della traduzione, piuttosto che la trascrizione, della proteina di PERIODO genera una zona morta. Le simulazioni su elaboratore hanno dimostrato che la saturazione di queste reazioni annulla l'effetto dei segnali luminosi soltanto durante il giorno. Quindi, la saturazione della sintesi di una proteina del repressore nel ciclo di feedback negativo che regolamenta l'oscillazione circadiana può essere un meccanismo conservato per la generazione delle zone morte di giorno fra le specie differenti.

Prospettive future e di significato

La zona morta è considerata come importante per trascinamento robusto degli orologi circadiani ai cicli luminoso scuri. Lo studio presente indica che, in linea di principio, anche i singoli neuroni possono realizzare una zona morta. Ciò che trova suggerisce che i beni fondamentali degli orologi circadiani siano risoluti al livello unicellulare.

Il trascinamento dell'orologio circadiano ai cicli luminoso scuri è fondamentale alle sanità. Per esempio, un disadattamento fra tempo di orologio all'interno dell'organismo ed il tempo in un posto locale può causare il jet lag. Quindi, studiare la risposta dell'orologio circadiano ai segnali luminosi è essenziale per capire uno degli orologi biologici più comuni su terra, che può avere utilità medica.

Sorgente:
Università di Kanazawa

Riferimento del giornale:

Uriu, &Tei del K, la reazione saturata 2019) A di H (nella sintesi del repressore crea una zona morta di giorno in orologi circadiani. Biologia di calcolo di PLOS. doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006787