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Os pesquisadores explicam a geração subjacente da zona morta do mecanismo em pulsos de disparo circadianos

Fundo

A maioria de organismos na terra têm pulsos de disparo circadianos. Nos mamíferos, o pacemaker circadiano é ficado situado no núcleo suprachiasmatic (SCN) do cérebro. O SCN consiste em aproximadamente 20.000 neurônios, e a expressão genética oscilatória com um período de 24 horas aproximado pode ser observada independente em cada um. Estas oscilações pilha-autônomas da expressão genética são controladas pelo regulamento de reacção negativa atrasado de genes circadianos do pulso de disparo, e pela função como um pulso de disparo circadiano para regular os ritmos comportáveis e fisiológicos dos organismos.

Uma das propriedades importantes de pulsos de disparo circadianos é a resposta aos sinais claros, que permite organismos de se tornar arrastados ao ciclo luz-escuro de 24 horas na terra. Mostrou-se que os pulsos de disparo circadianos respondem aos sinais claros durante a noite, visto que não respondem a tais sinais durante o dia. Isto guardara verdadeiro mesmo quando um organismo é mantido na escuridão completa; uma pulsação de luz curto não muda a época do pulso de disparo circadiano quando o tempo do corpo do indivíduo está no dia. O período de tempo em que o pulso de disparo circadiano é insensível aos sinais claros é referido como a “zona morta”. Os estudos precedentes indicaram que a presença de uma zona morta melhora o vigor do pulso de disparo. Contudo, o mecanismo que é a base de sua geração é obscuro.

Resultados

Os pesquisadores da universidade de Kanazawa usaram a modelagem e simulações computorizadas matemáticas para explicar a geração subjacente da zona morta do mecanismo. As espécies diferentes têm mecanismos diferentes da luz-resposta. Por exemplo, no sistema de pulso de disparo circadiano da drosófila da mosca de fruto, os sinais claros induzem a degradação da proteína circadiano do repressor INTEMPORAL. Ao contrário, nos mamíferos, os sinais claros são percebidos pelos olhos e induzem a expressão do período circadiano do gene do pulso de disparo dentro do SCN. Estas diferenças conduziram pesquisadores da universidade de Kanazawa questionar se os mecanismos para a geração da zona morta nestas duas espécies são comuns ou distintos.

Para endereçar esta pergunta, os pesquisadores utilizaram um modelo matemático chamado o modelo de Goodwin. Este modelo foi usado para descrever um laço de reacção negativa no sistema de pulso de disparo circadiano considerando as concentrações de mRNA e de proteína como variáveis. As simulações numéricas demonstraram que a saturação da transcrição do mRNA intemporal induz a geração de uma zona morta do dia no pulso de disparo circadiano da drosófila. No pulso de disparo circadiano mamífero, a saturação da tradução, um pouco do que a transcrição, da proteína do PERÍODO gera uma zona morta. As simulações computorizadas demonstraram que a saturação destas reacções anula o efeito de sinais claros somente durante o dia. Assim, a saturação da síntese de uma proteína do repressor no laço de reacção negativa que regula a oscilação circadiano pode ser um mecanismo conservado para gerar zonas mortas do dia entre espécies diferentes.

Perspectivas do significado e as futuras

A zona morta é considerada ser importante para o arrastamento robusto de pulsos de disparo circadianos para ciclos luz-escuros. O estudo actual mostra que, em princípio, mesmo os únicos neurônios podem realizar uma zona morta. Isto que encontra sugere que as propriedades fundamentais de pulsos de disparo circadianos sejam determinadas a nível da único-pilha.

O arrastamento do pulso de disparo circadiano aos ciclos luz-escuros é fundamental à saúde humana. Por exemplo, uma má combinação entre a horas dentro do corpo e o tempo em um lugar local pode causar o jet lag. Assim, estudar a resposta do pulso de disparo circadiano aos sinais claros é essencial a fim compreender um dos pulsos de disparo biológicos os mais comuns na terra, que pode ter o serviço público médico.

Source:
Universidade de Kanazawa

Referência do jornal:

Uriu, &Tei de K, reacção saturada 2019) A de H (na síntese do repressor cria uma zona morta do dia em pulsos de disparo circadianos. Biologia computacional de PLOS. doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006787