Los biólogos de la Universidad Texas A&M están avanzando en la comprensión de la función del reloj biológico en varios organismos modelo y traducen estos estudios en implicaciones más amplias para la salud humana.
El Laboratorio Merlin en el Departamento de Biología de Texas A&M ha encontrado evidencia genética que vincula los genes del reloj circadiano y las vías moleculares reguladas por el reloj con la asombrosa capacidad de la mariposa Monarca de sentir los cambios en la duración del día o fotoperíodo, una señal ambiental que los señalapara migrar y desencadena la latencia reproductiva que exhiben en el proceso. Su trabajo establece una conexión clara entre los genes del reloj y la vía de la vitamina A dentro del cerebro de este insecto icónico.
El estudio de The Merlin Lab, publicado el 25 de noviembre en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias no solo proporciona pruebas genéticas para la conexión fotoperiodo-reloj, sino que también demuestra por primera vez que también regula una vía crítica de vitamina A necesaria para las respuestas estacionales.
"Casi todos los organismos se adaptan a las estaciones ajustando su fisiología y comportamiento a los cambios en la duración del día o el fotoperíodo", dice Christine Merlin, bióloga de Texas A&M y becaria de Klingenstein-Simons 2017.
"A pesar de décadas de investigación, los mecanismos moleculares y genéticos por los cuales se perciben los cambios en el fotoperíodo y se traducen en cambios estacionales en la fisiología y el comportamiento de los animales han quedado poco conocidos. Si bien queda mucho por aprender, nuestros hallazgos allanan el camino para comprender elmecanismos por los cuales la vitamina A opera en el cerebro para traducir la codificación de la duración del día en respuestas fisiológicas y conductuales estacionales en animales.
"Dado que también se han informado cambios estacionales asociados con esta vía en el cerebro de los mamíferos, es tentador especular que la función de la vitamina A en el fotoperiodismo animal puede conservarse evolutivamente. Si este es el caso, nuestro trabajoen el Monarca podría tener implicaciones para comprender mejor los cambios estacionales en el cerebro humano que podrían conducir a dolencias como la depresión estacional ".
Durante los últimos seis años, el laboratorio de Merlin dentro del Centro de Investigación Biológica de Relojes de Texas A&M ha estado utilizando el majestuoso Monarch como modelo para estudiar la migración animal, el papel de los relojes circadianos en la regulación de la fisiología y el comportamiento de los animales diarios y estacionales, y elevolución del mecanismo de los animales. Ayudada por la tecnología CRISPR / Cas9, su grupo ya ha logrado alterar genes biológicos clave relacionados con el reloj en el Monarca para estudiar su impacto en los ritmos circadianos diarios y las respuestas migratorias estacionales.
"A pesar de los importantes avances que nuestro laboratorio ha realizado en el desarrollo de herramientas genéticas para eliminar prácticamente cualquier gen del genoma Monarch, que ha sido clave en este estudio para demostrar la importancia central de la ruta de la vitamina A en las respuestas fotoperiódicas, la caja de herramientas genéticas enel Monarca aún está lejos de rivalizar con el disponible en organismos modelo genéticamente más manejables convencionales, como Drosophila y el ratón ", dijo Merlin.
Una de las complicaciones que el laboratorio de Merlin tuvo que superar en el estudio es que la vitamina A es necesaria para la función visual de los ojos compuestos de Monarch, lo que significa que sus noqueadas de cuerpo completo ninaB1 quedarían ciegas. Como prueba de fallas, MerlinEl equipo tuvo que encontrar una forma no genética para eliminar la función potencial de los ojos compuestos como un posible vínculo con la falta de respuestas fotoperiódicas observadas en estas nuevas mariposas mutantes.
"Teníamos que ser creativos, así que recurrimos a los experimentos de arte y manualidades", dijo Merlin. "Al pintar los ojos compuestos de mariposas adultas de tipo salvaje con pintura negra, demostramos que la función visual no era necesaria para las respuestas fotoperiódicas,apoyando así la idea de que la función de la vitamina A en el cerebro y no en los ojos es responsable de la detección y las respuestas fotoperiódicas ".
Merlin dice que el estudio plantea preguntas interesantes con respecto a la posible participación de la vía en cualquier número de escenarios intrigantes, incluida la producción de un fotorreceptor de cerebro profundo para la detección fotoperiódica, la regulación estacional de un programa transcripcional mediado por ácido retinoico y / o elplasticidad estacional de los circuitos neuronales del reloj en el cerebro.
"Será necesario burlar estas posibilidades a través de la disección molecular y genética continua de esta vía en el Monarca para aumentar nuestra comprensión de los mecanismos de acción de la vitamina A en la respuesta fotoperiódica en el Monarca y los animales en general", agregó Merlin.
Merlin acredita a la graduada de biología de Texas A&M 2015, Samantha Iiams, actualmente candidata a doctorado en el Programa Interdisciplinario de Posgrado en Genética, por gran parte del progreso de su laboratorio en esta línea de investigaciones. Además de servir como primera autora para el PNAS del equipoIiams ha recibido una cantidad impresionante de premios por su trabajo que forma la base de este estudio, especialmente el Premio Patricia DeCoursey a la Excelencia de la Sociedad Internacional de Investigación sobre Ritmos Biológicos 2018, así como varios premios de primer lugar.
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Materiales proporcionado por Universidad de Texas A&M . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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