Los ritmos biológicos son ubicuos en la naturaleza, desde los latidos del corazón hasta los ritmos de las plantas con flores. Esta ritmicidad está determinada en algunos casos por las oscilaciones en la actividad de las proteínas, presentes en nuestras células, que marcan los ritmos de los procesoscontrolan. Los dos principales osciladores celulares son el llamado reloj circadiano y el ciclo celular. El reloj circadiano, galardonado el año pasado con el Premio Nobel de Fisiología o Medicina, es responsable de generar las oscilaciones de los procesos biológicos en coordinación conel ciclo diurno y nocturno y sus cambios asociados en la luz y la temperatura. A su vez, el ciclo celular es responsable de la división y el crecimiento de las células. Si el ciclo celular no funciona correctamente, los efectos en los organismos son muy dramáticos, lo mejor es-se sabe que es el desarrollo del cáncer. Por lo tanto, el ciclo celular debe estar muy estrictamente regulado para evitar un posible mal funcionamiento.
Ahora, un equipo de investigación del Centro de Investigación en Genómica Agrícola CRAG, dirigido por la investigadora del CSIC Paloma Mas, ha demostrado, por primera vez en plantas, que el reloj circadiano controla la velocidad del ciclo celular y,en consecuencia, regula la división celular y el crecimiento en sincronización con los ciclos diurnos y nocturnos. "Hemos demostrado que el reloj circadiano está estrechamente conectado y establece el momento del ciclo celular en las plantas", explica Paloma Mas, investigadora principal del estudio.
El aumento de la proteína TOC1 ralentiza tanto el reloj circadiano como la división celular
El descubrimiento, que se publicó esta semana en la revista Developmental Cell, se realizó utilizando la planta modelo Arabidopsis thaliana . El equipo de CRAG utilizó plantas modificadas en las cuales el reloj circadiano se vuelve más lento debido a una acumulación creciente y constante de TOC1, un componente esencial del reloj circadiano de la planta. Sus estudios mostraron que estas plantas y sus hojas eran más pequeñas de lo normal ".Cuando contamos el número de células en las hojas de las plantas que sobreexpresan TOC1, vimos que había menos células, lo que sugirió que al modificar el reloj circadiano, también estábamos modificando el ritmo de división celular ", explica Jorge Fung, preestudiante de doctorado y primer autor del trabajo.
Además, el equipo de investigación de CRAG observó el efecto contrario al disminuir la cantidad de TOC1: "no solo el reloj circadiano se acelera cuando hay menos TOC1, sino que también se acelera el ciclo celular", dice Paloma Mas. Por lo tanto, los autoresmuestra que el reloj circadiano marca el ritmo del ciclo celular.
TOC1 reprime un gen esencial del ciclo celular
Para revelar cómo el reloj circadiano controla el ciclo celular, los investigadores analizaron la duración de cada fase del ciclo celular en las hojas de las plantas que sobreexpresan TOC1 y lo compararon con las plantas de control. Descubrieron que las plantas con un ciclo circadiano más largo pasaban más horasen la fase G1 del ciclo celular. "Las células de las plantas que sobreexpresan TOC1 permanecen más tiempo en la fase G1, sin entrar en la fase S en el momento apropiado", dice Jorge Fung.
Al analizar la expresión de genes del ciclo celular en el Arabidopsis hojas, los investigadores descubrieron que varios de estos genes habían alterado las oscilaciones en plantas con alta acumulación de TOC1. En particular, era muy evidente que el pico diurno de expresión de la CDC6 el gen se perdió totalmente como consecuencia del aumento de la actividad de TOC1 ". CDC6 es una proteína clave en el ciclo celular, particularmente durante la duplicación de ADN, que ocurre en la fase S ", señala Paloma Mas.
Otros experimentos demostraron que TOC1 se une al promotor de la CDC6 gen para reprimir su expresión. "Estos resultados demuestran que el mecanismo molecular por el cual el reloj circadiano regula el ciclo celular depende de la función de represión de TOC1 activado CDC6 ", explica Paloma Mas." Es un nuevo descubrimiento en las plantas ", agrega.
Los cambios en la función del reloj circadiano afectan el desarrollo de tumores
Por último, los investigadores plantearon la hipótesis de que si el reloj circadiano controla el tiempo del ciclo celular, también podría controlar el desarrollo de tumores, que ocurren cuando las células proliferan sin control. Para probar esta idea, el equipo de CRAG infectó el Arabidopsis plantas con una bacteria que induce la formación de tumores y descubrió que, en comparación con las plantas normales, el crecimiento tumoral se retrasó en las plantas que sobreexpresan TOC1. Por lo tanto, los tumores crecieron más lentamente en las plantas con un reloj lento.
Es evidente que el conocimiento sobre las formas de controlar el crecimiento y la productividad de las plantas tiene un interés agronómico importante. Además, este descubrimiento abre la posibilidad de futuros estudios centrados en identificar mecanismos que retrasen el reloj circadiano como una posible herramienta terapéutica para retrasar eldesarrollo de tumores en humanos.
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Materiales proporcionados por Centro de Investigación en Genómica Agrícola CRAG . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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