En biología molecular , un gen oscilante es un gen que se expresa en un patrón rítmico o en ciclos periódicos. [1] [2] Los genes oscilantes suelen ser circadianos y pueden identificarse mediante cambios periódicos en el estado de un organismo. Los ritmos circadianos , controlados por genes oscilantes, tienen una duración aproximada de 24 horas. Por ejemplo, las hojas de las plantas que se abren y cierran en diferentes momentos del día o el horario de sueño y vigilia de los animales pueden incluir ritmos circadianos. También son posibles otros períodos, como 29,5 días como resultado de ritmos circalunares o 12,4 horas como resultado de ritmos circatidales. [3]Los genes oscilantes incluyen tanto los genes del componente del reloj central como los genes de salida. Un gen del componente del reloj central es un gen necesario para el marcapasos. Sin embargo, un gen de salida oscilante, como el gen AVP , es rítmico pero no necesario para el marcapasos. [4]
Las primeras observaciones registradas de genes oscilantes provienen de las marchas de Alejandro Magno en el siglo IV a. C. [5] En este momento, uno de los generales de Alejandro, Androsthenes , escribió que el árbol de tamarindo abriría sus hojas durante el día y las cerraría en anochecer. [5] Hasta 1729, se suponía que los ritmos asociados con genes oscilantes eran "respuestas pasivas a un entorno cíclico". [3] En 1729, Jean-Jacques d'Ortous de Mairandemostró que los ritmos de una planta abriendo y cerrando sus hojas continuaban incluso cuando se colocaban en algún lugar donde la luz del sol no podía alcanzarla. Este fue uno de los primeros indicios de que había un elemento activo en las oscilaciones. En 1923, Ingeborg Beling publicó su artículo "Über das Zeitgedächtnis der Bienen" ("Sobre la memoria temporal de las abejas") que extendía las oscilaciones a los animales, específicamente a las abejas . [6] En 1971, Ronald Konopka y Seymour Benzer descubrieron que las mutaciones del PERIODO gene provocó cambios en el ritmo circadiano de las moscas en condiciones constantes. Plantearon la hipótesis de que la mutación del gen estaba afectando el mecanismo del oscilador básico. [7] Paul Hardin, Jeffrey Hall y Michael Rosbash demostraron esa relación al descubrir que dentro del gen PERIOD, había un mecanismo de retroalimentación que controlaba la oscilación. [8] A mediados de la década de 1990 se produjo una avalancha de descubrimientos, con CLOCK , CRY y otros que se agregaron a la creciente lista de genes oscilantes. [9] [10]
El mecanismo molecular principal detrás de un gen oscilante se describe mejor como un bucle de retroalimentación de transcripción / traducción. [11] Este bucle contiene reguladores positivos, que aumentan la expresión génica, y reguladores negativos, que disminuyen la expresión génica. [12] Los elementos fundamentales de estos bucles se encuentran en diferentes filos. En el reloj circadiano de los mamíferos, por ejemplo, los factores de transcripción CLOCK y BMAL1 son los reguladores positivos. [12] CLOCK y BMAL1 se unen a la caja E de genes oscilantes, como Per1, Per2 y Per3 y Cry1 y Cry2, y regulan positivamente su transcripción. [12]Cuando los PER y los CRY forman un heterocomplejo en el citoplasma y vuelven a entrar en el núcleo, inhiben su propia transcripción. [13] Esto significa que, con el tiempo, los niveles de ARNm y proteínas de PER y CRY, o cualquier otro gen oscilante bajo este mecanismo, oscilarán.
También existe un ciclo de retroalimentación secundario, o "ciclo estabilizador", que regula la expresión cíclica de Bmal1. [12] Esto es causado por dos receptores nucleares, REV-ERB y ROR, que suprimen y activan la transcripción de Bmal1, respectivamente. [12]