Un nuevo enfoque matemático ha descubierto que algunas células animales tienen ciclos robustos de 12 horas de actividad genética, además de ciclos circadianos o de 24 horas. El método, publicado en la revista PLOS UNO evaluó la periodicidad de los datos de expresión génica y comparó los resultados con los obtenidos con otros métodos computacionales. A diferencia de los otros métodos, este enfoque novedoso mostró no solo la existencia de ciclos biológicos insospechados, sino también que los ciclos de 12 horastrabajar independientemente de los ciclos de 24 horas, lo que ha sido confirmado por experimentos de laboratorio. Estos hallazgos abren una nueva área de estudio sobre cómo las funciones genéticas con el tiempo influyen en la salud y la enfermedad.
"Los ritmos circadianos son cambios físicos, mentales y de comportamiento que siguen un ciclo de 24 horas impulsado por la luz y la oscuridad ambientales. Uno de los ciclos circadianos más conocidos es dormir por la noche y estar despierto durante el día", dijo el autor correspondiente, el Dr.Clifford C. Dacso, profesor de biología molecular y celular y miembro del Dan L Duncan Comprehensive Cancer Center en Baylor College of Medicine. "Estos ritmos biológicos reflejan interacciones complejas a nivel molecular que ocurren entre los caminos que median la expresión de genes en activoproteínas que llevan funciones en la célula "
Sin embargo, existe evidencia de que existen otros ciclos biológicos además de los ritmos de 24 horas. La presión arterial, la temperatura corporal, el rendimiento cognitivo, algunas hormonas circulantes, la reacción al estrés y las respuestas a la terapia con medicamentos, por ejemplo, parecen seguir unRitmo de 12 horas, pero se sabe poco sobre la base biológica del mismo. Dacso y sus colegas se propusieron encontrar respuestas.
"Decidimos que necesitábamos aplicar un enfoque matemático imparcial diferente de los que otros grupos estaban usando", dijo Dacso. Se puso en contacto con colegas del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Rice y lo derivaron al Dr. Athanasios Antoulas,un profesor en ese departamento que también es miembro de la Sociedad Max-Planck en Alemania.
Antoulas es matemático e ingeniero con experiencia en el procesamiento de señales digitales como ondas electrónicas. Había desarrollado una nueva herramienta matemática llamada método de lápiz matricial que le permitía descubrir frecuencias a partir de datos digitales muy ruidosos.
"Otros métodos matemáticos abordaron este tipo de problema al preguntar, ¿existe una forma de onda específica en los datos? Ya estaban sesgados para encontrar un tipo particular de onda", dijo Antoulas, quien también es el primer autor del artículocomo profesor adjunto de biología molecular y celular en Baylor. "Por otro lado, el método que propusimos hizo una pregunta imparcial; ¿qué tipo de onda está presente en los datos, si es que existe?"
Cuando las matemáticas se encuentran con la biología
Los investigadores aplicaron el método matemático que Antoulas usó para analizar señales digitales electrónicas para analizar un fenómeno biológico, específicamente datos de expresión génica que se habían recolectado cada hora durante 36 horas. Los investigadores analizaron más de 18,000 genes de hígado de ratón involucrados en una variedad de células celularesprocesos, incluido el metabolismo, el estrés celular, el ciclo celular y la respiración celular.
"Nuestro método reveló los ciclos fundamentales presentes en cada conjunto de datos recopilados para cada gen", dijo Antoulas. "Confirmamos los ciclos circadianos de 24 horas y los genes descubiertos cuya expresión en el tiempo siguió un ciclo de 12 horas que no era evidente cuandoutilizando otros métodos computacionales "
"Echamos un vistazo más de cerca a los ciclos de 12 y 24 horas", dijo Dacso. "El método del lápiz de matriz reveló que estos ciclos eran independientes, y esto ha sido confirmado por experimentos de laboratorio que muestran que derribar genes que siguen a unEl ciclo de 24 horas no afecta el patrón de expresión de los genes de 12 horas ".
"Al observar la función de los genes a lo largo del tiempo, en lugar de observar un solo momento, hemos descubierto que las funciones celulares fundamentales, como la inflamación, la respuesta al estrés, el control de calidad de las proteínas y el suministro de energía, siguen ciertos ciclos", Dacso"Este hallazgo tiene enormes implicaciones para redefinir aspectos de la salud humana como controlados por genes".
"Nosotros y otros hemos demostrado que alterar los relojes de 24 horas puede conducir a enfermedades del metabolismo", dijo el coautor Dr. Bert O'Malley, canciller y profesor de biología molecular y celular y Thomas C. Thompson Presidente en CellBiología en el Baylor College of Medicine ". Por ejemplo, la evidencia experimental muestra que los trabajadores de turnos nocturnos que cambian periódicamente sus turnos de noche y día o las personas que viajan al extranjero a menudo alteran sus ciclos de sueño, y esto parece hacerlos propensos a aumentar de peso y desarrollarsediabetes y otras alteraciones del metabolismo que pueden conducir a la enfermedad. No es una buena idea alterar el ritmo circadiano regularmente. Anticipamos que alterar los otros ciclos también puede afectar la salud y la enfermedad ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Baylor College of Medicine . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :