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À medida que nossos corpos e mentes continuam a se ajustar à recente mudança de horário, os debates continuam em torno da sociedade sobre tornar o horário de verão um elemento permanente, eliminá-lo ou permanecer com o atual ajuste semestral do relógio.
À medida que essas discussões continuam, os cientistas da Universidade da Califórnia em San Diego e seus colegas fizeram progressos na compreensão do relógio circadiano, o ciclo de 24 horas que sincroniza com a exposição à luz e à escuridão e como ele funciona (os cientistas da pesquisa circadiana e do sono recomendam tempo padrão permanente como a opção mais saudável ao considerar a exposição à luz e ao escuro).
Os relógios biológicos internos existem em toda a árvore da vida, influenciando ritmicamente as atividades diárias e o comportamento. Dois anos atrás, uma equipe multi-institucional de pesquisadores montou um relógio circadiano em um tubo de ensaio pela primeira vez para sondar os componentes dos ritmos e interações do relógio.
O “Relógio In Vitro” ajudou os pesquisadores a analisar como os componentes do relógio interagem em diferentes momentos do ciclo circadiano diário para controlar a expressão gênica.
Um novo estudo liderado pelos pesquisadores da UC San Diego e da UC Merced expandiu essa base com o desenvolvimento de um método para estudar como o relógio circadiano sincroniza com o ambiente em tempo real. Conforme descrito no jornal Anais da Academia Nacional de Ciênciasa capacidade em tempo real permitiu que eles explorassem mais profundamente as funções internas anteriormente desconhecidas do relógio, incluindo como os sinais de configuração de tempo são transmitidos de seu núcleo – conhecido como oscilador – para a expressão de genes que garantem um relógio funcionando corretamente.
O pós-doutorando Mingxu Fang e a professora Susan Golden na Escola de Ciências Biológicas, junto com seus colegas, estudaram um organismo unicelular aquático chamado cianobactéria, que possui um relógio circadiano com funções semelhantes às de um ser humano. Seu objetivo era usar o Relógio In Vitro para examinar o que acontece quando o relógio da cianobactéria é reiniciado no nível molecular, semelhante à forma como nossos relógios circadianos sofrem mudanças de fuso horário durante a viagem. Em vez de coletar amostras de em vitro reações continuamente por três a quatro dias sob o sistema anterior, seu novo método de alto rendimento permitiu que eles rastreassem os resultados imediatamente.
Uma das descobertas mais importantes em tempo real centrou-se nos componentes do relógio circadiano responsáveis por retransmitir o ritmo circadiano do oscilador central para a expressão gênica. Os pesquisadores descobriram que os elementos que modificam ritmicamente um regulador para gerar a expressão do gene circadiano – catalisando enzimas chamadas quinases – também desempenham um papel crucial no funcionamento do relógio.
“Nas primeiras duas décadas após sua descoberta, a maior parte da pesquisa foi centrada no oscilador de núcleo”, disse Fang. “Agora descobrimos que as quinases, anteriormente consideradas apenas componentes de saída, são na verdade parte de todo o relógio”.
Fang disse que a descoberta é semelhante a um conceito enraizado na física chamado efeito do observador, no qual o ato de observação também influencia o sistema observado. Neste caso, a fim de obter a informação de tempo (o ato de observação) mantida pelo oscilador do núcleo, as quinases trazem distúrbios ao núcleo (o sistema observado).
“As quinases precisam perguntar ao oscilador do núcleo que horas são por meio de interação física e, portanto, estão afetando o núcleo de maneiras perceptíveis”, disse Golden, professor e diretor do Centro de Biologia Circadiana da UC San Diego. “Isso faz parte de sua função natural e agora vemos que eles se tornaram parte da máquina”.
Na verdade, duas quinases são necessárias para um relógio circadiano funcionando adequadamente. Os pesquisadores que estudam a biologia circadiana geralmente se referem ao oscilador central como as “engrenagens” do relógio e às duas quinases como os “ponteiros” do relógio, ambos necessários para contar as horas corretamente.
“Agora sabemos que os ponteiros do relógio são, na verdade, parte do mecanismo de cronometragem”, disse Golden. “Se você não tem as duas mãos, elas não acertam o tempo corretamente porque uma delas é um estabilizador e a outra um perturbador para o sinal de reinicialização, e você precisa de ambas.”
Os autores do estudo PNAS incluem: Mingxu Fang, Archana Chavan, Andy LiWang e Susan Golden.
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