Gen oscilante

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 se pueden identificar por cambios periódicos en el estado de un organismo. Los ritmos circadianos , controlados por genes oscilantes, tienen un período de aproximadamente 24 horas. Por ejemplo, la apertura y el cierre de las hojas de las plantas en diferentes momentos del día o el ciclo de sueño-vigilia de los animales pueden incluir ritmos circadianos. También son posibles otros períodos, como 29,5 días resultantes de los ritmos circalunares o 12,4 horas resultantes de los ritmos circatidales. ^{[ 3 ]} Los genes oscilantes incluyen tanto genes componentes centrales del reloj como genes de salida. Un gen componente central del reloj es un gen necesario para el marcapasos. Sin embargo, un gen oscilante de salida, como el gen AVP , es rítmico pero no es 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 ese momento, uno de los generales de Alejandro, Andróstenes , escribió que el tamarindo abría sus hojas durante el día y las cerraba al anochecer. ^{[ 5 ]} Hasta 1729, se asumió que los ritmos asociados con los genes oscilantes eran "respuestas pasivas a un entorno cíclico". ^{[ 3 ]} En 1729, Jean-Jacques d'Ortous de Mairan demostró que los ritmos de apertura y cierre de las hojas de una planta continuaban incluso cuando se colocaba en un lugar donde no podía llegar la luz solar. Esta fue una de las primeras indicaciones 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 extendió las oscilaciones a los animales, específicamente a las abejas ^{[ 6 ]} En 1971, Ronald Konopka y Seymour Benzer descubrieron que las mutaciones del gen PERIOD causaban cambios en el ritmo circadiano de las moscas en condiciones constantes. Plantearon la hipótesis de que la mutación del gen estaba afectando el mecanismo 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 añadieron 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 tanto reguladores positivos, que aumentan la expresión génica, como reguladores negativos, que la disminuyen. ^{[ 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 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 proteína de los PER y CRY, o de cualquier otro gen oscilante bajo este mecanismo, oscilarán.

También existe un bucle de retroalimentación secundario, o «bucle estabilizador», que regula la expresión cíclica de Bmal1. ^{[ 12 ]} Esto se debe a dos receptores nucleares, REV-ERB y ROR, que suprimen y activan la transcripción de Bmal1, respectivamente. ^{[ 12 ]}

Además de estos bucles de retroalimentación, las modificaciones postraduccionales también juegan un papel en el cambio de las características del reloj circadiano, como su período. ^{[ 13 ]} Sin ningún tipo de represión por retroalimentación, el reloj molecular tendría un período de solo unas pocas horas. ^{[ 12 ]} Se descubrió que los miembros de la caseína quinasa CK1ε y CK1δ son quinasas de proteínas de mamíferos involucradas en la regulación circadiana. ^{[ 12 ]} Las mutaciones en estas quinasas están asociadas con el síndrome familiar de fase de sueño avanzada ( FASPS ). ^{[ 14 ]} En general, la fosforilación es necesaria para la degradación de PER a través de las ubiquitina ligasas. ^{[ 15 ]} Por el contrario, la fosforilación de BMAL1 a través de CK2 es importante para la acumulación de BMAL1. ^{[ 16 ]}

Los genes que se presentan en esta sección representan solo una pequeña muestra de la gran cantidad de genes oscilantes que existen en el mundo. Estos genes fueron seleccionados por considerarse algunos de los más importantes en la regulación del ritmo circadiano dentro de su respectiva clasificación.

• Cronobiología