Estudio teórico de la participación de mecanismos post-transcripcionales en la regulación del reloj circadiano molecular

NIETO PS; GARBARINO PICO E; GUIDO ME; TAMARIT FA

Congreso; II Reunión Conjunta SUF-AFA (XII Reunión de la Sociedad Uruguaya de Física- 96a Reunión Nacional de Física de la Asociación Física Argentina); 2011

Los ritmos circadianos son funciones biológicas que oscilan con períodos cercanos a las 24 h. Una de sus propiedades fundamentales es que son generados endógenamente; esto es consecuencia de la expresión e interacción de un conjunto de genes denominados genes reloj. El modelo actual de reloj circadiano molecular comprende al menos dos mecanismos de retroalimentación negativa interconectados. Se basa en la activación y represión cíclica de la transcripción de los genes reloj como resultado de la interacción de sus propios productos proteicos; así como también de la regulación post-traduccional de estas proteínas. Este círculo autoregulatorio de transcripción y traducción se produce rítmicamente con un período aproximado de 24 h. En años recientes, se ha demostrado que la regulación post-transcripcional de genes reloj mediada por ribonucleasas, proteínas de unión a ARNm (RBPs) y micro-RNAs, que se expresan en forma circadiana, modula la expresión de estos genes. Esto sugeriría la existencia de un nuevo círculo auto-regulatorio dentro del reloj molecular, a nivel de la degradación/traducción de los ARNm. Numerosos modelos matemáticos describen el mecanismo molecular del reloj circadiano, todos ellos se basan en la regulación transcripcional y post-traduccional de los genes reloj. Sin embargo ninguno hasta el momento incorpora la regulación post-transcripcional de dichos genes. La hipótesis del presente trabajo es que este tipo de regulación contribuiría con la mantención del período y/o la amplitud de las oscilaciones de los ARNm y las proteínas reloj, así como también, con la relación de fases entre dichos componentes. Por lo tanto, nuestro objetivo es analizar cómo la regulación post-transcripcional de los genes reloj afecta la dinámica del reloj circadiano molecular. En este trabajo se ha desarrollado un modelo matemático similar al descripto por Goldbeter et al 1995 y Nandi et al., 2009, el cual describe el mecanismo molecular mínimo del reloj circadiano e incorpora la interacción entre unaRBP y el ARNm del gen reloj Per. Dicha incorporación se fundamenta en estudios experimentales realizados en mamíferos, en los cuales se ha demostrado que el ARNm de Per1 está regulado post-transcripcionalmente por una RBP llamada LARK, la cual afectaría la tasa de traducción de dicho gen reloj (Kojima et al., 2003; 2007). Los resultados preliminares obtenidos con nuestro modelo demuestran que la incorporación de LARK en el mecanismo molecular del reloj afecta el período y la amplitud del ARNm de Per y de sus productos proteicos. Particularmente, se observa que aumentos en los niveles estacionarios de la RBP producen disminuciones en la amplitud y el período de las oscilaciones del transcripto y la proteína PER. Esos cambios son dependientes de los parámetros asociados con la producción y degradación de LARK así como también de los parámetros termodinámicos y cinéticos relacionados con la asociación de LARK con el ARNm de Per.