Ritmos circadianos en Caenorhabditis elegans

Abstract

Los ritmos circadianos (del latín circa y dies: cerca de 24 horas) tienen un período de aproximadamente 24 horas y son originados por relojes biológicos que en diversos organismos han podido ser estudiados y caracterizados en detalle. Los ritmos circadianos son endógenos, es decir que se mantienen en ausencia de factores externos. Una importante propiedad de estos ritmos es su plasticidad ante la presencia de un sincronizador externo (“zeitgeber”, o dador del tiempo). El sincronizador ambiental más importante es el ciclo de luz- oscuridad, pero también existen diferentes factores sociales capaces sincronizar al reloj. El sistema circadiano tiene tres componentes principales: 1) una vía de entrada del agente sincronizador; 2) estructuras marcapasos que generan la señal circadiana; y 3) vías eferentes desde las estructuras marcapasos a los sistemas efectores. El presente trabajo consistió en el estudio de los ritmos circadianos en Caenorhabditis elegans. Para tal propósito se midieron diferentes comportamientos rítmicos tales como el de actividad locomotora, alimentación, frecuencia de la bomba faríngea, defecación y actividad enzimática y hormonal en cepas controles y mutantes. Nuestros resultados muestran que, bajo condiciones de luz/oscuridad tales comportamientos presentan una variación diaria. Asimismo, para determinar si esos ritmos son endógenos se repitieron las mediciones en condiciones de oscuridad constante. Nuestros resultados sugieren que los ritmos circadianos en las diferentes variables se mantiene en dicha condición. Una vez determinados los ritmos circadianos a registrar en estos animales, se abordó el estudio de su sincronización a través de estímulos ambientales relevantes (tales como el ciclo luz/oscuridad y la temperatura). Además, se estudió la capacidad de sincronización a ciclos LD en mutantes circadianos y de fotorrecepción. Finalmente, se realizó una búsqueda bioinformática de los principales genes circadianos conocidos en otras especies (tim, per, clock, bmal, cry, etc.) para determinar eventuales homologías que permitirán investigar el rol de los mismos en el reloj biológico de este nematodo, a través de estudios de expresión, localización funcional e inhibición de sus efectos. Resulta de gran interés contar con modelos animales alternativos para el estudio de las bases genéticas y moleculares de procesos ligados al reloj circadiano. Caenorhabditis elegans es un gusano nematodo hermafrodita utilizado extensamente como modelo de investigación por su sencillez estructural y facilidad de realizar estudios genéticos. El presente trabajo permite incluirlo asimismo como un promisorio modelo para el estudio de los ritmos circadianos.

Circadian rhythms (from the Latin words circa and dies: around 24 h) have a period of approximately 24 hours and are originated by biological clocks that have been studied and characterized in several species. Circadian rhythms are endogenous; they are maintained in the absence of external factors. An important property of these rhythms is its plasticity in the presence of an external synchronizer (“zeitgeber”, or time giver). The main entraining agent is the light-dark cycle, but there are also diverse social factors that are able to synchronize the clock. The circadian system has three main components: (1) an input pathway, (2) the main oscillator, and (3) output pathways from the oscillator to overt rhythms. The aim of this thesis was to study circadian rhythms in Caenorhabditis elegans. The study was focused on measuring different rhythmic behaviors such as locomotor activity, feeding, pharyngeal pump, defecation and enzymatic and hormonal activity in controls and mutant strains. Our results show that under conditions of light/dark such behaviors showed a daily variation. Also, to determine whether these rhythms are endogenous, measurements were repeated under conditions of constant darkness. Our results suggest that circadian rhythms in several variables are maintained in constant condition. In addition, we studied circadian synchronization by light and temperature. We also investigated entrainment to LD cycles in circadian and photoreception mutants. Moreover, we performed a bioinformatics search of the key circadian genes known in other species (tim, per, clock, Bmal, cry, etc.) in order to determine eventual homologies that will allow to investigate their roles in the circadian clock f this nematode. It is of great interest to take advantage of novel animal models in order to study the genetic and molecular processes linked to the circadian clock. Caenorhabditis elegans is a hermaphrodite nematode worm used extensively as a research model for its structural simplicity and ease for genetic studies. Indeed, the present work allows this model to be also included as a promising model for the study of circadian rhythms.