En el campo de la cronobiología (el estudio de los ritmos circadianos ), el modelo de oscilador circadiano dual se refiere a un modelo de arrastre (donde los eventos rítmicos en un organismo coinciden con la oscilación en el ambiente) propuesto inicialmente por Colin Pittendrigh y Serge Daan . El modelo de oscilador dual sugiere la presencia de dos osciladores circadianos acoplados: E (tarde) y M (mañana). El oscilador E es responsable de incorporar la actividad vespertina del organismo (compensación de actividad) a las señales del anochecer cuando la luz del día se desvanece, mientras que el oscilador M es responsable de incorporar la actividad matutina del organismo (inicio de la actividad) a las señales del amanecer, cuando aumenta la luz del día. Los osciladores E y M operan en una relación antifase. A medida que la sincronización de la posición del sol fluctúa a lo largo del año, los períodos de los osciladores se ajustan en consecuencia. Se ha descubierto que otros osciladores, incluidos los osciladores estacionales, funcionan junto con los osciladores circadianos para cronometrar diferentes comportamientos en organismos como las moscas de la fruta.
Descubrimiento
En 1966, Jürgen Aschoff , un cronobiólogo alemán, observó que algunos animales exhibían dos episodios de actividad por día, uno por la mañana y otro por la noche. Estos episodios de actividad se definen por la anticipación de los animales de que las luces se enciendan o apaguen. En 1976, Colin Pittendrigh y Serge Daan , dos cronobiólogos, propusieron por primera vez un modelo de oscilador dual para roedores nocturnos como el mecanismo de estos episodios de actividad E y M. El modelo planteó la hipótesis de la presencia de dos osciladores separados que tienen una dependencia opuesta de la intensidad de la luz. Pittendrigh y Daan descubrieron que el oscilador M está sincronizado con el amanecer y experimenta la aceleración de la luz, lo que significa que el período disminuye con cada ciclo subsiguiente. El oscilador E, por otro lado, está sincronizado con el crepúsculo y experimenta una desaceleración de la luz, lo que significa que el período aumenta para cada ciclo subsiguiente. Postularon que el modelo E&M tenía una capacidad mejorada para ajustar el ritmo circadiano a la temporada y los cambios en la duración del día. [1] Pittendrigh y Daan encontraron varias limitaciones en el modelo de un solo oscilador que controla el comportamiento de sueño / vigilia que los llevó a desarrollar el modelo de oscilador dual. El primer hallazgo clave fue el comportamiento de división en la actividad locomotora de los hámsteres en condiciones de luz constante de alta intensidad. Los dos episodios separados de actividad indicaron que más de un oscilador puede estar controlando la actividad locomotora. [2] También observaron cambios transitorios en la fase del comportamiento de sueño / vigilia en Drosophila melanogaster después de cambios de temperatura. La falta de un nuevo ritmo de estado estable sugirió la presencia de otro oscilador sensible a la temperatura aguas abajo del oscilador conocido. [3] Estos hallazgos y otros llevaron a Pittendrigh y Daan a proponer el modelo de oscilador circadiano dual.
Examinan cortes del hipotálamo de hámster seccionados horizontalmente a través del quiasma óptico, además de las secciones verticales (coronales) estándar (Fig. 1). Mientras que las secciones coronales siempre dieron una meseta única de mayor actividad que duró 7 horas y se produjo una vez al día, las secciones horizontales generaron una salida completamente inesperada: dos picos, cada uno con una duración de aproximadamente 4 horas, que eran claramente separables.
Siguiendo la caracterización del comportamiento de Pittendrigh y Daan del modelo de oscilador dual, los científicos tardaron varios años en descubrir su base mecanicista. En 2000, Anita Jagota, Horacio de la Iglesia y William J. Schwartz fueron el primer grupo en mostrar dos picos distintos de actividad eléctrica en el núcleo supraquiasmático de mamíferos (SCN) después de estudiar el hipotálamo de hámster seccionado horizontalmente. [4] Es necesario realizar más experimentos para validar que los dos picos representan los osciladores E y M. En 2004, Brigette Grima y Dan Stoleru investigaron de forma independiente los picos de actividad E y M en Drosophila melanogaster (moscas de la fruta) utilizando diferentes manipulaciones de expresión génica . Encontraron que dos grupos de neuronas circadianas separados controlan los picos de actividad E y M en Drosophila melanogaster . También encontraron que las neuronas laterales son responsables de los picos matutinos y vespertinos. [5] En 2007, Stoleru descubrió que las células M dominan el ritmo circadiano en los días cortos, mientras que las células E dominan el ritmo en los días largos. Este patrón de dominación alterna permite que los ritmos circadianos en los animales persistan tanto en días cortos como largos, respectivamente. El trabajo de Stoleru contribuyó significativamente al campo de la cronobiología al revelar el mecanismo a través del cual los animales pueden adaptarse a los cambios ambientales, como las variaciones estacionales en la duración de la luz del día. Su investigación también ha proporcionado información sobre el papel del reloj circadiano en el trastorno afectivo estacional (TAE) y otros trastornos del estado de ánimo relacionados que responden a la terapia de luz . [2]
Fondo
Las características distintivas del modelo de oscilador dual E&M incluyen la compresión alfa y la presencia de un valor τ intermedio. Cada oscilador tiene un τ (tau) único que es el período del ciclo de sueño / vigilia de un organismo cuando están en condiciones constantes sin señales ambientales, también conocido como funcionamiento libre. [7] Cuando se acoplan, estos osciladores producen un período de funcionamiento libre observado distinto conocido como τ intermedio, que es una función de los valores τ respectivos de los osciladores E y M. La compresión alfa , un término acuñado por Jürgen Aschoff , se refiere a la observación de que en condiciones de luz constante, la duración de la actividad de los organismos nocturnos se acorta. La duración de la actividad del organismo se denomina fase alfa y normalmente se mide en términos de actividad locomotora. Alternativamente, la fase alfa de los organismos diurnos se alarga bajo luz constante; este fenómeno se conoce como expansión alfa . Además, la compresión alfa se refiere a la disminución de la duración de la actividad antes de que se produzca la división. La división se define como el proceso por el cual un episodio de actividad se separa en dos episodios distintos de actividad, cada uno de los cuales se ejecuta libremente en un τ independiente del otro. Pittendrigh observó que el oscilador M se acortó después de la división en comparación con el período intrínseco relativamente más largo del oscilador E, como se indica en el actograma , un diagrama de las fases de actividad y descanso diario del organismo. [8] Después de que se produce la división, los osciladores responsables de los dos episodios de actividad distintos se vuelven a acoplar en uno con un τ intermedio o se estabilizan en sus nuevos valores de τ separados. [7]
Las células E y M poseen diferentes capacidades para controlar el comportamiento y responder a la luz acelerando o desacelerando sus velocidades de reloj circadiano interno individuales. [2] La diferencia en el ángulo de fase de arrastre , o la relación entre el tiempo del reloj biológico y el tiempo de la señal de tiempo externa, de cada celda varía dependiendo de la cantidad de luz en el ambiente. Una mayor cantidad de luz conduce a un mayor ángulo de fase de arrastre. La cantidad de factor de dispersión de luz y pigmento (PDF) controla la aceleración y desaceleración de la velocidad de las células M y E, respectivamente. [2] Además, el acoplamiento de los osciladores E y M aumenta a medida que disminuye el ángulo de fase de arrastre, mostrando una relación inversa entre la duración de la luz y el acoplamiento de los dos osciladores. Este fenómeno también muestra la importancia de las células E y M para adaptar la actividad de un organismo a diferentes fotoperíodos. [9]
Evidencia en organismos unicelulares
En dinoflagelados unicelulares como Gonyaulax polyedra , los investigadores han encontrado evidencia de ritmos circadianos en bioluminiscencia , capacidad fotosintética, tiempo de división celular y tasas de síntesis de enzimas. La bioluminiscencia se puede expresar mediante un destello independiente o un brillo continuo. Ambos modos de expresión bioluminiscente son rítmicos y alcanzan su punto máximo en diferentes momentos. Los investigadores han planteado la hipótesis de que los dos ritmos operan con marcapasos distintos, ya que parecen alcanzar su punto máximo en diferentes momentos y bajo condiciones variables (como días largos frente a días cortos o un período de entrenamiento de 23 horas frente a 24 horas). En condiciones constantes, los dos ritmos en bioluminiscencia corren libremente con diferentes períodos, lo que sugiere un modelo de oscilador dual, y también parecen estar acoplados. Sin embargo, aún no se conoce el mecanismo molecular de ese acoplamiento. [10]
Evidencia en Drosophila melanogaster
Drosophila melanogaster , o moscas de la fruta, muestranritmos diurnos en la actividad locomotora que son corpusculares, lo que significa que exhiben picos de actividad tanto matutinos como vespertinos que se alinean con el amanecer y el anochecer. Ambos episodios de actividad son intrínsecos y se observan en la oscuridad constante, aunque el pico de la mañana es más pronunciado durante un ciclo de luz-oscuridad. Se ha descubierto quegrupos de neuronas de reloj lateral en elcerebro de Drosophila contienen neuronas responsables de estos picos matutinos y vespertinos, lo que indica que podrían ser la fuente de los osciladores M y E. Estudios independientes han encontrado que las neuronas ventrolaterales anticipan el encendido de las luces mientras que las neuronas dorsolaterales anticipan el apagado de las luces. [12] Otros estudios han reducido la anticipación matutina a cuatro pequeñas neuronas ventrolaterales, que son el reloj maestro durante la oscuridad constante y expresan el factor de dispersión de pigmentos (PDF). El PDF está involucrado en el mecanismo de acoplamiento molecular de los osciladores M y E: las células del oscilador M expresan el PDF y se incorporan al amanecer, mientras que las células E reciben el PDF y se retrasan en fase, incorporando al anochecer. [13]
Sin embargo, otros estudios han demostrado que las moscas que carecen de neuronas laterales todavía muestran picos residuales matutinos y vespertinos, lo que indica que las neuronas dorsales desempeñan un papel en las oscilaciones vespertinas y matutinas. Los investigadores han demostrado que los ritmos de las proteínas del reloj central, como PER, son los mismos en las células matutinas y vespertinas. Durante los días largos y las altas temperaturas, los científicos han observado avances de fase en las células matutinas y retrasos de fase en las células vespertinas de los ritmos moleculares, lo que podría explicar cómo estas células determinan diferentes episodios de actividad. Sin embargo, hay otras neuronas de reloj que se encuentran en las moscas de la fruta que no funcionan como células E o M. [11] Además, otros estudios han encontrado resultados inconsistentes con el modelo de oscilador dual tradicional, sugiriendo una red de osciladores en su lugar. Estos resultados han llevado a algunos investigadores a proponer un modelo de oscilador plástico en el que diferentes neuronas pueden asumir el papel de E o M cuando sea necesario. [6]
Las neuronas de reloj en el cerebro de la mosca se incorporan a los estímulos de luz externos a través de una vía de respuesta de criptocromo (CRY). En respuesta a la exposición a la luz, CRY se une a la proteína atemporal (TIM), lo que en última instancia conduce a la degradación de TIM dentro de la neurona reloj y retrasa la oscilación circadiana interna del período (PER) y las proteínas TIM, lo que significa que se produce su inicio y desviación de la actividad. más tarde en el día. [14] [15]
También se teoriza que los osciladores E y M en Drosophila tienen diferentes sensibilidades a la temperatura. Un grupo de cronobiólogos descubrió que el pico de actividad matutina de Drosophila se sincronizaba con los aumentos de temperatura por la mañana, mientras que el pico de actividad vespertino se sincronizaba con la disminución de la temperatura vespertina. También mostraron que la fase del pico de la tarde dependía del nivel de temperatura, ya que el pico de actividad de la tarde se retrasaba a altas temperaturas. Sin embargo, el pico de la mañana no se vio influenciado significativamente por los cambios de temperatura, lo que sugiere que los osciladores E y M tienen diferentes sensibilidades a los cambios en los niveles de temperatura. [3]
Los osciladores circadianos también funcionan con osciladores estacionales para cronometrar comportamientos como la actividad diaria durante todo el año. Por ejemplo, la expresión de dper (la Drosophila por gen) y tim ( Timeless (gen) ) varía con la temperatura y la duración del día. Los días más fríos y más cortos aumentan la acumulación de transcripciones de ARNm para dper y tim , lo que afecta el momento de la actividad vespertina y la inactividad del mediodía. [dieciséis]
Neuronas laterales
Las neuronas laterales (LN) son las principales neuronas de reloj de Drosophila . Cuando se inhibió la oscilación circadiana en las neuronas del reloj distintas de los LN, las moscas aún mantenían la actividad rítmica en condiciones constantes. Sin embargo, cuando se realizó esta misma inhibición en células LN, las moscas no mostraron actividad rítmica, lo que demuestra que las células LN son necesarias para los ritmos circadianos sincronizados en las moscas. Las neuronas LN se pueden dividir en tres subgrupos (LN d , s-LN v , 1-LN v ), cada uno de los cuales realiza funciones diferentes. La ablación de las células s-LN v provocó una pérdida en el pico matutino de actividad de las moscas, lo que sugiere que este grupo de células funciona como un oscilador matutino. Mientras tanto, la ablación de las células LN d provocó una pérdida en el pico vespertino, lo que sugiere que este grupo de células funciona como oscilador vespertino. Además, la luz inhibió las salidas de la celda s-LN v pero excitó las salidas de la celda LN d . Estos dos tipos de células regulan el control circadiano en condiciones opuestas, lo que proporciona una evidencia adicional de células osciladoras matutinas y vespertinas distintas. [11] [13]
Las células S-LN v juegan otro papel vital en el mantenimiento del reloj circadiano dentro de las moscas. La mayoría de estas células producen factor de dispersión de pigmento (PDF), un neurotransmisor que ayuda a coordinar las diversas neuronas de reloj en el cerebro de la mosca. Estas células s-LN v dentro de la red de reloj son necesarias para sincronizar las diferentes neuronas de reloj en ausencia de luz. [11] [13]
Neuronas dorsales
Las neuronas dorsales (DN) son varios otros grupos de neuronas de reloj dentro del cerebro de la mosca. Si bien las células DN contribuyen al control circadiano en los ciclos de luz y oscuridad, no son suficientes para producir ritmicidad en condiciones constantes. Por lo tanto, estas células no son los relojes circadianos matutinos o vespertinos primarios del cerebro de la mosca. Sin embargo, la investigación ha demostrado que varios subconjuntos de células DN pueden contribuir a los picos de actividad matutinos y vespertinos. [11] [13]
Cuando están en oscuridad constante y manipuladas para sobreexpresar el gen shaggy ( sgg ), el ortólogo de GSK3 de Drosophila , las células del oscilador matutino influyeron en la velocidad y el ritmo de la transcripción TIM en las células osciladoras vespertinas. En condiciones de luz constante, la Drosophila que sobreexpresa sgg en las células E permaneció rítmica, mientras que las células M se volvieron arrítmicas, como sus contrapartes WT. Las células s-LN v M no pueden impulsar de forma autónoma la ritmicidad en condiciones de luz constante y las células E que carecen de la proteína de reloj CRY que puede impulsar de forma independiente la ritmicidad en luz constante no pueden hacerlo en la oscuridad constante. Se cree que el reloj de Drosophila consta de células CRY positivas, s-LN v M, y células E CRY negativas. [2]
Evidencia en Neurospora crassa
Neurospora crassa , un tipo de hongo, ha mostrado ritmos circadianos enpatrones de conidiación cuando se observa bajo una oscuridad constante. Estos ritmos parecen estar bajo el control de un ciclo de retroalimentación de transcripción-traducción . Elgen de frecuencia (frq), descubierto por primera vez por el Dr. Jerry Feldman , parece controlar un TTFL que usa cuello blanco 1 (WC-1) para responder a señales de luz. WC-1 luego se dimeriza con el cuello blanco 2 (WC-2) para formar el complejo de cuello blanco (WCC), que es un regulador positivo de frq. El WCC se une alpromotor frq para mejorar su transcripción, aumentando los niveles de proteína FRQ. Las proteínas FRQ, una vez fosforiladas, inhiben el WCC a través de un mecanismo de retroalimentación negativa. Sin embargo, los investigadores han descubierto ritmos encélulas de Neurospora sin FRQ o WC-1 y WC-2. Estas celdas se denominan colectivamente FLO (osciladores sin FRQ). Un FLO que se ha investigado más a fondo es el WC-FLO (FLO dependiente de WC, específicamente elgen ccg-16 ). El ritmo descubierto en la acumulación de ARNm requería WC-1 y WC-2 funcionales, lo que los investigadores sugirieron podría indicar su acoplamiento de alguna manera al bucle del oscilador FRQ / WCC. El WC-FLO puede funcionar de forma independiente, pero la dependencia tanto del oscilador basado en FRQ como del WC-FLO sugirió a los investigadores que los dos osciladores podrían estar acoplados por las proteínas WC. Este acoplamiento es análogo a la situación en Drosophila ; Los investigadores han propuesto el modelo de que eloscilador Neurospora M sería el oscilador FRQ / WCC sensible a la luz que controla los genes del reloj matutino, mientras que el oscilador E sería el oscilador WC-FLO que controla los genes del reloj vespertino. Este modelo de doble oscilador incluiría la entrada de recepción WC-FLO tanto directamente del entorno a través de WC-1 como indirectamente a través del oscilador FRQ / WCC, que es sensible tanto a la luz como a la temperatura. [17]
Evidencia en mamíferos
Según el modelo de oscilador dual, hay dos relojes circadianos oscilantes ubicados en el núcleo supraquiasmático (SCN) del hipotálamo de los mamíferos . [2] Sus oscilaciones circadianas están reguladas por un circuito de retroalimentación negativa. El dímero proteico CLOCK / BMAL1 regula los productos de los genes reloj Per y Cry , que, cuando están presentes en grandes cantidades, reprimen su propia transcripción. [18] Otras hipótesis sobre la existencia de osciladores E y M en mamíferos involucran modelos de oscilador dual unicelular. Dentro de una célula de mamífero, existe copias redundantes de varios genes de reloj ( per1 y cry1 ; per2 y cry2 ). La hipótesis establece que cada conjunto de estos genes sería suficiente para producir una oscilación endógena en la función celular; sin embargo, cada conjunto de genes responde de manera diferente a las señales luminosas y temporales. El oscilador per1 / cry1 (oscilador matutino) es energizado por luz y rastrea el amanecer. Por el contrario, el oscilador per2 / cry2 es energizado por la oscuridad y rastrea el anochecer. [19]
Roedores
Se ha logrado un progreso significativo en la comprensión de los cronobiólogos de los mecanismos neuronales y moleculares que subyacen al modelo de oscilador dual y su función en ratones. Los ratones son animales nocturnos cuya actividad se comprime en fotoperiodos largos y se prolonga en fotoperiodos cortos. El modelo de oscilador dual que se ha desarrollado para ratones y otros roedores nocturnos postula que dos osciladores circadianos separados impulsan la actividad del organismo en sus respuestas únicas a la luz. Una posibilidad es que cada celda SCN de ratón contenga tanto un oscilador E como uno M. La evidencia de esta versión del modelo de oscilador dual se encuentra en los picos respectivos de los ARNm de Per1 , Per2 , Cry1 y Cry2 , que demuestran diferentes patrones de oscilación. En referencia al gen Per , el mRNA de Per1 alcanza su punto máximo alrededor del tiempo circadiano (CT) 4, mientras que el mRNA de Per2 alcanza su punto máximo seis horas después en CT10. El tiempo circadiano (CT) indica la cantidad de tiempo después del inicio del día subjetivo del animal. Del mismo modo, Cry1 mRNA se ha demostrado que el pico más temprano que Cry2 mRNA. Estas diferencias en la oscilación apoyan la interpretación de que el bucle de retroalimentación negativa Per1 / Cry1 representa la sincronización del oscilador M, mientras que el bucle de retroalimentación Per2 / Cry2 representa la sincronización del oscilador E. Además, el modelo de oscilador dual predice que tras la iluminación, el oscilador M se acelerará mientras que el oscilador E desacelera. Este patrón de oscilación propuesto, medido en niveles de ARNm Per y Cry , se ha observado en múltiples experimentos en ratones, y sugiere que los osciladores E y M están presentes en cada célula SCN. [6]
Otra posibilidad es que la mezcla de neuronas que componen el SCN contenga un oscilador E o un oscilador M. La evidencia de este modelo proviene de un experimento realizado en hámsteres sirios en el que las rebanadas de SCN cortadas en este plano horizontal oscilaron con picos de actividad eléctrica matutinos y vespertinos distintos. Estos resultados sugieren que los osciladores E y M pueden estar ubicados en el plano rostrocaudal del SCN. Las distintas oscilaciones del ARNm de Per2 en secciones de las regiones rostral y caudal del SCN ( picos de Per2 caudal alrededor de las luces encendidas, picos de Per2 rostral alrededor de las luces apagadas) indican que un oscilador M puede estar presente en el SCM caudal y un oscilador E puede estar presente. presente en el SCN rostral. [20] Se han observado diferencias de fase similares en las oscilaciones de ARNm de Per1 entre el SCN rostral y caudal en ratones, lo que sugiere la presencia de neuronas osciladoras E separadas y neuronas osciladoras M en el SCN de ratón. [21] Además, las ratas expuestas a un ciclo de luz-oscuridad de 22 horas muestran dos ritmos locomotores distintos con períodos distintos. En estas ratas, el SCN dorsal y ventral tenían diferentes períodos en la expresión de los genes del reloj, lo que sugiere dos osciladores en diferentes regiones del SCN. [22]
Humanos
La evidencia del modelo de oscilador dual en humanos está relacionada con cambios en la secreción de melatonina . Un mecanismo propuesto previamente para los roedores postula que el escotoperiodo, la duración de la noche, puede inducir cambios en la secreción nocturna de melatonina, y que esto es el resultado de un ajuste en el tiempo de dos osciladores circadianos. De manera similar, se ha demostrado que la duración de la secreción nocturna de melatonina en los seres humanos responde a cambios en el escotoperiodo, y los cambios en la duración de la secreción nocturna son el resultado principalmente del tiempo de compensación de la secreción matutina. [23] Estos resultados también sugieren que el modelo de oscilador dual puede explicar la regulación humana de la secreción de melatonina, así como otras funciones. Además, se han observado patrones bimodales de niveles de melatonina, pero sobre todo en mujeres con patología estacional. Estos picos observados por la mañana y por la tarde en los niveles de melatonina en plasma proporcionan sustratos físicos para el modelo de oscilador dual en humanos y aumentan la plausibilidad del modelo de oscilador dual. [24] El trabajo adicional con la secreción de melatonina humana ha demostrado que su aparición y desaparición (que ocurren por la tarde y por la mañana, respectivamente) tienen efectos opuestos en la fase posterior a la administración de melatonina; La secreción matutina de melatonina mejoró el efecto de la exposición a la luz matutina sobre el avance del inicio de la secreción.
La dominación alterna de los osciladores E y M dependiendo de la duración de la luz del día produce cambios estacionales en procesos biológicos internos como la reproducción. Las tasas de concepción humana aumentan en determinadas épocas del año, un patrón que también varía según el grado de desarrollo del país. Los niveles de secreción de melatonina, que anteriormente se había demostrado que estaban potencialmente afectados por el oscilador dual, también pueden tener impactos en el comportamiento. La investigación sobre el trastorno afectivo estacional (SAD) ha demostrado que los hombres con SAD tienen una secreción de melatonina más prolongada en el invierno que los hombres sanos; sin embargo, las mujeres con TAE vs. sin TAE mostraron tendencias opuestas. [23] Si bien ha habido hallazgos contradictorios de la investigación circadiana sobre SAD, estudios confiables han encontrado evidencia de retrasos en la fase circadiana en SAD. La hipótesis de retardo de fase correspondiente sugiere que manipular el tiempo de exposición a la luz podría contrarrestar el retardo de fase, impactando el sistema de oscilador dual y produciendo un efecto terapéutico. [25]
Evidencia en otros organismos
No hay evidencia sustancial de células oscilantes matutinas y vespertinas distintas en plantas , hongos o cianobacterias . Sin embargo, existen varios modelos de oscilador dual unicelular, que proporcionan modelos alternativos para explicar las respuestas a los cambios en los estímulos de luz. [26] En sistemas de osciladores múltiples, a menudo hay osciladores "marcapasos" y "esclavos" en los que el oscilador esclavo es arrastrado por el marcapasos y no necesariamente tiene todas las características circadianas de un oscilador central. [27] Por ejemplo, una alternativa propuesta al modelo tradicional de oscilador de doble acoplamiento en el sistema de proteínas Kai de las cianobacterias es un oscilador amortiguado que contiene un oscilador postranscripcional (PTO) autónomo. Mientras que el oscilador amortiguado regula el TTFL , el PTO actuaría como un oscilador circadiano central. [28] [29]
Otras alternativas al modelo de oscilador dual incluyen osciladores que contienen bucles de retroalimentación. Los estudios en Arabidopsis thaliana han demostrado que el reloj circadiano de su planta se compone de múltiples TTFL entrelazados que incluyen factores de transcripción cuyas expresiones alcanzan su punto máximo en la noche y en la mañana. [27]
Se han descubierto osciladores acoplados dobles en los lóbulos ópticos de Leucophaea maderae (cucaracha) y en los ojos de Aplysia o Bulla (moluscos marinos). [4]
Limitaciones del modelo de oscilador dual
El modelo de oscilador E&M es uno de los modelos más destacados en cronobiología. Si bien es útil para explicar los ajustes de las moscas entre días cortos y largos, el modelo está limitado por su simplicidad.
Algunos estudios han demostrado que las células E pueden impulsar múltiples componentes de actividad sin células M. En 2009, se realizaron experimentos en Drosophila con expresión génica de período restringida a las neuronas laterales 5ª s-LN v y 3 LN d s, células que se cree que pertenecen al oscilador E. La ablación de células s-LN v positivas para PDF no eliminó el pico M como se esperaba. A pesar de las células que expresan proteínas del período limitado, en condiciones de poca luz, las moscas aún expresaron patrones de actividad bimodal normales , con hasta 3 componentes de funcionamiento libre. Se diferenciaron solo en la fase de los picos E y M. 2 LN d avanzó a la luz de la luna, actuando como un oscilador M, y 5 s-LN v y 1 LN d se retrasaron a la luz de la luna, actuando como E. Los investigadores sugirieron que las características de M y E podrían ser flexibles a las condiciones ambientales y no deberían interpretarse estrictamente o restringido a determinadas neuronas de reloj. [30] [2]
En ciertas condiciones, también se ha encontrado que las células M impulsan picos de actividad tanto M como E a alta intensidad de luz y temperatura. Los investigadores razonaron que las células estudiadas no eran únicamente osciladores M o que las condiciones ambientales variables influyen en su comportamiento para parecerse a las células M o E. Otros modelos más complejos que se están desarrollando incluyen un sistema de osciladores múltiples compuesto por células M y E flexibles o una red de neuronas de reloj sin asignaciones específicas de M y E. [2]
Ver también
- Cronobiología
- Ritmo circadiano
- Colin Pittendrigh
- Criptocromo
- Drosophila melanogaster
- Periodo (gen)
- Núcleo supraquiasmático (SCN)
- Jürgen Aschoff
- Factor de dispersión de pigmentos (PDF)
Referencias
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