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Los investigadores aclaran la generación subyacente de la muerto-zona del mecanismo en relojes circadianos

Fondo

La mayoría de los organismos en la tierra tienen relojes circadianos. En mamíferos, los marcapasos circadianos están situados en el núcleo suprachiasmatic (SCN) del cerebro. El SCN consiste en cerca de 20.000 neuronas, y la expresión génica oscilatoria con un período de 24 horas aproximado se puede observar independientemente en cada uno. Estas oscilaciones célula-autónomas de la expresión génica son controladas por la regla de voto negativo demorada de los genes circadianos del reloj, y la función como reloj circadiano para regular los ritmos del comportamiento y fisiológicos de organismos.

Una de las propiedades importantes de relojes circadianos es la reacción a las señales livianas, que permite a organismos embarcarse en tren al ciclo luz-oscuro de 24 horas en la tierra. Se ha mostrado que los relojes circadianos responden a las señales livianas durante la noche, mientras que no responden a tales señales durante el d3ia. Esto es verdad incluso cuando un organismo se mantiene oscuridad completa; una pulsación de luz corta no cambia la época del reloj circadiano cuando el tiempo de la carrocería del individuo está en el d3ia. El plazo en el cual el reloj circadiano es insensible a las señales livianas se refiere como la “zona muerta”. Los estudios anteriores han indicado que la presencia de una zona muerta perfecciona la robustez del reloj. Sin embargo, el mecanismo que es la base de su generación es no entendible.

Resultados

Los investigadores de la universidad de Kanazawa utilizaron el modelado y simulaciones por ordenador matemáticos para aclarar la generación subyacente de la muerto-zona del mecanismo. Diversas especies tienen diversos mecanismos de la luz-reacción. Por ejemplo, en el sistema de reloj circadiano de la Drosophila de la mosca del vinagre, las señales livianas inducen la degradación de la proteína circadiana del represor INTEMPORAL. En cambio, en mamíferos, las señales livianas son percibidas por los aros e inducen la expresión del período circadiano del gen del reloj dentro del SCN. Estas diferencias llevaron a investigadores de la universidad de Kanazawa a preguntar si los mecanismos para la generación de la muerto-zona en estas dos especies son comunes o distintos.

Para dirigir esta pregunta, los investigadores utilizaron un modelo matemático llamado el modelo de Goodwin. Este modelo fue utilizado para describir un rizo de voto negativo en el sistema de reloj circadiano considerando las concentraciones de mRNA y de proteína como variables. Las simulaciones numéricas demostraron que la saturación de la transcripción del mRNA intemporal induce la generación de una zona muerta diurna en el reloj circadiano de la Drosophila. En el reloj circadiano mamífero, la saturación de la traslación, bastante que la transcripción, de la proteína del PERÍODO genera una zona muerta. Las simulaciones por ordenador demostraron que la saturación de estas reacciones anula el efecto de señales livianas solamente durante el d3ia. Así, la saturación de la síntesis de una proteína del represor en el rizo de voto negativo que regula la oscilación circadiana puede ser un mecanismo conservado para generar zonas muertas diurnas entre diversas especies.

Perspectivas del significación y futuras

La zona muerta se considera ser importante para el arrastre robusto de relojes circadianos para los ciclos luz-oscuros. El actual estudio muestra que, en principio, incluso las únicas neuronas pueden realizar una zona muerta. Esto que encuentra sugiere que las propiedades fundamentales de relojes circadianos son resueltas en el nivel unicelular.

El arrastre del reloj circadiano a los ciclos luz-oscuros es fundamental a la salud humana. Por ejemplo, un desequilibrio de impedancia entre el tiempo de reloj dentro de la carrocería y el tiempo en un lugar local puede causar el jet lag. Así, estudiar la reacción del reloj circadiano a las señales livianas es esencial para entender uno de los relojes biológicos mas comunes en la tierra, que puede tener utilidad médica.

Fuente:
Universidad de Kanazawa

Referencia del gorrón:

Uriu, &Tei de K, reacción saturada 2019) A de H (en síntesis del represor crea una zona muerta diurna en relojes circadianos. Biología de cómputo de PLOS. doi.org/10.1371/journal.pcbi.1006787