Ritmos circadianos

El reloj biológico tiene un “botón de repetición” para ayudar a las células a adaptarse

Investigadores de la Universidad de Vanderbilt han descubierto que los relojes circadianos que controlan e influyen en docenas de procesos biológicos básicos tienen un “botón de repetición” inesperado que ayuda a las células a adaptarse a los cambios en su entorno.

“Esto proporciona a los organismos un mecanismo novedoso y previamente desconocido para responder a los cambios en su entorno”, dijo el profesor de Ciencias Biológicas Carl Johnson. Él y el profesor asociado de ciencias biológicas Antonis Rokas colaboraron en el estudio.

Como muchos lenguajes escritos, el código genético está lleno de sinónimos: “palabras” escritas de manera diferente que tienen significados iguales o muy similares. Durante mucho tiempo, los biólogos pensaron que estos sinónimos, llamados codones sinónimos, eran de hecho intercambiables. Recientemente, se han dado cuenta de que este no es el caso y que las diferencias en el uso de codones sinónimos tienen un impacto significativo en los procesos celulares, por lo que los científicos han avanzado una amplia variedad de ideas sobre el papel que juegan estas variaciones.

Las letras básicas del código genético son un cuarteto de moléculas (ácidos nucleicos) designadas A, C, G y U. Estas se combinan en 61 tripletes llamados codones, que son similares a las palabras. Los codones proporcionan los planos que utiliza la maquinaria de construcción de proteínas de la célula para generar aminoácidos, que son los componentes básicos que fabrican todas las proteínas que se encuentran en los organismos vivos. Sin embargo, las células solo usan 20 aminoácidos. Eso significa que varios codones diferentes producen varios aminoácidos. Por ejemplo, CCA, CCG y CCC son codones sinónimos porque todos codifican el mismo aminoácido, prolina.

Resulta que hay una razón para esta redundancia. Algunos codones son más rápidos y fáciles de procesar y ensamblar en proteínas para las células que otros. El reconocimiento de esta diferencia condujo al concepto de codones óptimos y a la hipótesis de que la selección natural debería impulsar a los organismos, particularmente a los de crecimiento rápido, a usar genes que usan codones óptimos para producir proteínas críticas que deben ser muy abundantes o sintetizadas rápidamente en las células.

El estudio, publicado en línea el 17 de febrero por la revista Nature , involucró al profesor asociado de investigación Yao Xu, optimizando los codones en el reloj biológico de las cianobacterias o algas. Esto no apagó el reloj en las algas, pero tuvo un efecto más sutil, pero potencialmente tan profundo: redujo significativamente la supervivencia celular a ciertas temperaturas.

“Xu pensó que el reloj biológico con codones optimizados podría funcionar mejor a temperaturas más bajas y lo hizo”, dijo Johnson. Sin embargo, la sustitución también modificó el reloj biológico para que funcionara con un período más largo de 30 horas. Cuando se les obligó a operar en ciclos de luz / oscuridad diarios de 24 horas, las bacterias con el reloj optimizado crecieron significativamente más lento que las células de “tipo salvaje”. “En las cianobacterias, es como si la velocidad de escritura cambiara el significado”, dijo Rokas.

El estudio proporciona nueva evidencia convincente de que al menos algunas especies pueden alterar la forma en que funcionan sus relojes biológicos mediante el uso de diferentes “sinónimos” que existen en el código genético.

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