Para muchos seres vivos, un reloj interno de aproximadamente 24 horas gobierna los ritmos de la vida, desde dormir en animales hasta abrir hojas en plantas y reproducirse en el molde de pan. Los científicos han llegado a comprender mucho sobre este cronometraje internosistema, pero un aspecto importante, su respuesta compleja a la temperatura, sigue siendo enigmática.
La razón es que si bien el calentamiento y el enfriamiento hacen que el reloj se mueva hacia adelante o hacia atrás, no pueden acortar o alargar su ciclo de 24 horas. Nueva investigación, publicada el 2 de noviembre de 2015 en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias , explora cómo esto es posible.
"Nuestra investigación sugiere una explicación: los engranajes internos dentro del reloj, la actividad cíclica de los genes y las concentraciones de proteínas, no cambian con la temperatura, por lo que la duración del ciclo sigue siendo la misma", dice el autor principal Eric Siggia, Viola Ward Brinning y Elbert Calhoun Brinning Professor en el Centro de Estudios de Física y Biología de Rockefeller.
"Mientras tanto, los mecanismos centrales del reloj parecen estar vinculados a vías externas que son sensibles a la temperatura. Este acoplamiento externo puede indicar al reloj que salte hacia adelante o hacia atrás", dice Siggia.
Este estudio es el resultado de una colaboración entre el laboratorio de Siggia y el Laboratorio de Genética de Michael W. Young. Se basa en la creciente evidencia que cuestiona un modelo que, durante décadas, se ha utilizado para explicar los cambios inducidos por la temperatura.
Una nueva explicación
En las últimas décadas, los investigadores han descubierto los procesos genéticos que impulsan los relojes de muchas especies diferentes. En las moscas de la fruta, por ejemplo, un par de proteínas llamadas Período y Atemporal se transcriben de sus genes, y después de una serie de pasos, eventualmentereprimen su propia producción. Este ciclo dura aproximadamente 24 horas, independientemente de la temperatura a la que vive un organismo. Esto hace que el reloj circadiano sea una rareza, ya que la temperatura altera la velocidad a la que tienen lugar la mayoría de los procesos biológicos.
Durante décadas, la explicación dominante para la independencia del período de 24 horas de la temperatura, un fenómeno conocido como compensación de temperatura, se basó en la sensibilidad al calor de las reacciones químicas que ejecutan el ciclo de mantenimiento del tiempo. Según esta teoría, los efectos deLa temperatura en las muchas reacciones químicas en el ciclo circadiano se cancela entre sí, dejando el período sin cambios por los cambios de temperatura.
Pero cada vez más, los estudios han sugerido que algo más está sucediendo. Por ejemplo, un estudio de 2010 mostró que en las moscas de la fruta cuya respuesta protectora al calor y al estrés se ha inhibido, el reloj apenas cambia con los cambios de temperatura. Dado que el modelo convencional predice que todoes sensible a la temperatura, ninguna vía única debe ser tan influyente.
El trabajo anterior en el laboratorio de Siggia sugirió una explicación alternativa. Los investigadores utilizaron herramientas computacionales para simular la evolución de las redes de genes, incluido un modelo del reloj circadiano. Sus hallazgos sugirieron que los cambios del reloj inducidos por la temperatura involucran vías genéticas separadas de laciclos moleculares en el núcleo del reloj, pero vinculados a ellos, y que el reloj central es realmente insensible a la temperatura.
Proporcional a diferentes temperaturas
El autor principal del estudio reciente, Philip Kidd, un postdoc en los laboratorios de Siggia y Young, se propuso probar esta hipótesis. Utilizando un modelo conceptual y experimentos moleculares en moscas, examinó cómo las oscilaciones de los componentes individuales del reloj,tales como concentraciones de la proteína Timeless, cambiadas con la temperatura.
"Si nuestra predicción es correcta, y el mecanismo central del reloj no responde a la temperatura, entonces las fluctuaciones en un componente particular a diferentes temperaturas deben permanecer proporcionales entre sí, es decir, deberíamos poder reescalarlasasí que se alinean ", dice Kidd." Y cuando examinamos la tasa de transcripción de Timeless, así como sus niveles posteriores a tres temperaturas, eso fue precisamente lo que encontramos ".
Mientras tanto, en una mosca con una mutación que permite que la duración del período del reloj cambie con la temperatura, las curvas que describen las fluctuaciones en Timeless a las tres temperaturas cambiaron y cambiaron de forma, y ya no eran proporcionales, lo que confirma la premisa de Siggiamodelo anterior.
"El mecanismo por el cual el reloj puede ignorar parcialmente la temperatura ha seguido siendo un problema clave para aquellos de nosotros que buscamos entender cómo funciona. Nuestro trabajo, y el de otros, apunta a un sistema general que podría explicar este misterio y conducir auna comprensión integral de estos relojes ", dice Young, coautor del estudio y profesor de Richard y Jeanne Fisher.
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Materiales proporcionados por Universidad Rockefeller . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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