Dos nuevos estudios dirigidos por científicos de UT Southwestern describen cómo las células individuales mantienen sus relojes internos, impulsados por medios hereditarios y aleatorios. Estos hallazgos, publicados en línea el 1 de mayo en PNAS y 27 de mayo en eLife , ayuda a explicar cómo los relojes circadianos de los organismos mantienen la flexibilidad y podrían ofrecer información sobre el envejecimiento y el cáncer.
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que los organismos de todo el espectro de la vida tienen relojes internos, con ciclos de hasta un día, que gobiernan comportamientos que incluyen dormir, comer y la respuesta inmune. Sin embargo, las células individuales también tienen sus propios relojes cuandose extrae del organismo, con períodos que pueden variar sustancialmente, que se extienden hasta varias horas más o menos. Se desconoce la forma en que las células mantienen estas diferentes longitudes de ritmos internos dado que estas células deberían ser las mismas a nivel genético, explica Joseph S.Takahashi, Ph.D., presidente del departamento de neurociencia del Centro Médico UT Southwestern, miembro del Instituto Cerebral Peter O'Donnell Jr. de UT Southwestern e investigador del Instituto Médico Howard Hughes.
Para investigar esta pregunta, él y sus colegas trabajaron con células de ratón que estaban genéticamente alteradas para que brillaran cada vez que se activaba un prominente gen de reloj circadiano llamado Per2. Usando esta herramienta, podían ver cuánto duraban las oscilaciones naturales de la célula:que van desde un período más corto de 21.5 horas hasta un período más largo de casi 28 horas.
Cuando aislaron células en los extremos de este rango y las cultivaron como clones en placas de Petri, los investigadores descubrieron que estas células mantenían sus períodos. Las células de períodos cortos y largos se mantuvieron en sus ciclos extremos incluso después de muchas divisiones celulares durante meses, lo que sugiere que la duración del período tiene un componente heredable.
Cuando los investigadores compararon la expresión génica entre los dos grupos de células, encontraron miles de genes que eran más o menos activos. Muchos de estos genes parecían trabajar juntos en redes a gran escala y estaban asociados con vías de señalización de respuesta al estrés yLas vías metabólicas, lo que subraya la importancia de estos procesos en el ciclo circadiano. La mayoría de estos genes nunca se han relacionado con los ritmos circadianos, dice Yan Li, Ph.D. de UT Southwestern, autor principal de los estudios, sugiriendo un nuevo grupo de candidatosgenes que podrían ser importantes para mantener la periodicidad celular.
Mirando más de cerca lo que causó esta expresión genética diferente entre las células de período corto y largo, Takahashi y sus colegas lo rastrearon hasta el control epigenético o "por encima del genoma". En lugar de las diferencias en la secuencia de ADN de los genesLos investigadores descubrieron que su actividad dependía de modificaciones químicas en el ADN de los genes conocidos como metilación del ADN. Cuando cerraron los genes que colocaron o mantuvieron estas etiquetas químicas, el ciclo circadiano de las célulaslongitud modificada
Takahashi explica que, a pesar de que este mecanismo heredable explica parte de la variación entre la duración del período celular, no es responsable de todo. Al buscar otras fuentes de periodicidad celular, los investigadores examinaron la duración exacta de los ciclos circadianos en el corto y largo plazo.grupos de períodos largos. Descubrieron que aquellos con períodos más largos tenían la mayor variabilidad en la duración de sus ciclos. Pruebas adicionales sugieren que esta variación es causada por fluctuaciones aleatorias en la actividad génica. Mientras más fluctuaciones no heredables exhiben las células, más largos son sus ciclosfueron en promedio. Cuando los investigadores dosificaron las células con un medicamento que aumentó esta fluctuación en la actividad genética, aumentó sus ciclos circadianos en aproximadamente 1.5 horas en promedio.
Juntos, dice Takahashi, estos resultados sugieren que los ritmos circadianos de las células están controlados por componentes heredables y no heredables. Obtener una mejor comprensión de estos mecanismos podría proporcionar una idea de los procesos naturales y los problemas de salud que están asociados con una disminución en el circadianofunción del reloj, como el envejecimiento y el cáncer. También podría ayudar a los investigadores a comprender mejor cómo los organismos mantienen la flexibilidad en situaciones que tensan el reloj circadiano, como el desfase horario.
"Si cada célula en nuestros cuerpos oscilara de la misma manera, nuestros cuerpos actuarían como un reloj gigante, inflexibles e incapaces de adaptarse a un entorno cambiante", explica Takahashi. "Tener variabilidad en la población celular lo hace más flexible yaumenta la resistencia de un organismo "
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Materiales proporcionado por UT Southwestern Medical Center . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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