La mayoría de los organismos tienen relojes circadianos. En los mamíferos, el marcapasos circadiano se encuentra en el núcleo supraquiasmático SCN del cerebro. El SCN consta de aproximadamente 20,000 neuronas, y la expresión oscilatoria de genes con un período aproximado de 24 horas se puede observar de forma independienteen cada uno. Estas oscilaciones de expresión génica autónomas de células están controladas por la regulación retardada de retroalimentación negativa de los genes del reloj circadiano, y funcionan como un reloj circadiano para regular los ritmos conductuales y fisiológicos de los organismos.
Una de las propiedades importantes de los relojes circadianos es la respuesta a las señales de luz, lo que permite que los organismos entren en el ciclo de luz-oscuridad de 24 horas en la Tierra. Se ha demostrado que los relojes circadianos responden a las señales de luz durante la noche,mientras que no responden a tales señales durante el día. Esto es cierto incluso cuando un organismo se mantiene en completa oscuridad; un pulso de luz corto no cambia la hora del reloj circadiano cuando el tiempo corporal del individuo es durante el día.El período en el que el reloj circadiano es insensible a las señales luminosas se conoce como "zona muerta". Estudios anteriores han indicado que la presencia de una zona muerta mejora la robustez del reloj. Sin embargo, el mecanismo subyacente a su generación no está claro.
Los investigadores de la Universidad de Kanazawa utilizaron modelos matemáticos y simulaciones por computadora para dilucidar el mecanismo subyacente a la generación de zonas muertas. Las diferentes especies tienen diferentes mecanismos de respuesta a la luz. Por ejemplo, en el sistema de reloj circadiano de la mosca de la fruta Drosophila , las señales de luz inducen la degradación de la proteína represora circadiana SIN TIEMPO. En contraste, en los mamíferos, las señales de luz son percibidas por los ojos e inducen la expresión del período del gen del reloj circadiano dentro del SCN. Estas diferencias llevaron a los investigadores de la Universidad de Kanazawa a preguntarse siLos mecanismos para la generación de zonas muertas en estas dos especies son comunes o distintos.
Para abordar esta pregunta, los investigadores utilizaron un modelo matemático llamado Modelo de Goodwin. Este modelo se utilizó para describir un ciclo de retroalimentación negativa en el sistema de reloj circadiano al considerar las concentraciones de ARNm y proteína como variables. Las simulaciones numéricas demostraron que la saturación deLa transcripción de ARNm intemporal induce la generación de una zona muerta durante el día en el reloj circadiano de Drosophila. En el reloj circadiano de mamíferos, la saturación de la traducción, en lugar de la transcripción, de la proteína PERIODO genera una zona muerta. Las simulaciones por computadora demostraron que la saturación de estas reacciones anulaefecto de las señales de luz solo durante el día. Por lo tanto, la saturación de la síntesis de una proteína represora en el circuito de retroalimentación negativa que regula la oscilación circadiana puede ser un mecanismo conservado para generar zonas muertas durante el día entre las diferentes especies.
La zona muerta se considera importante para el arrastre robusto de los relojes circadianos a los ciclos de luz-oscuridad. El presente estudio muestra que, en principio, incluso las neuronas individuales pueden realizar una zona muerta. Este hallazgo sugiere que las propiedades fundamentales de los relojes circadianosse determinan a nivel de celda única.
La inmovilización del reloj circadiano a los ciclos de luz-oscuridad es fundamental para la salud humana. Por ejemplo, un desajuste entre la hora del reloj dentro del cuerpo y la hora en un lugar local puede causar un desfase horario. Por lo tanto, estudiar la respuesta del circadianolas señales de reloj a luz son esenciales para comprender uno de los relojes biológicos más comunes en la Tierra, que puede tener utilidad médica.
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Materiales proporcionados por Universidad de Kanazawa . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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