Regulación de los ritmos circadianos en el nematodo C. elegans : mecanismos moleculares y conservación evolutiva

Abstract

Los ritmos circadianos son oscilaciones endógenas que poseen todos los organismos, desde procariotas hasta seres humanos, que les permite adaptarse a la naturaleza cíclica del planeta. Los ritmos circadianos son regulados por un reloj central, que se base en un loop de retroalimentación transcripcional traduccional (TTFL). Los genes involucrados en el reloj central son ampliamente conservados entre diferentes organismos. El nematodo Caenorhabditis elegans (C. elegans) es un gran modelo experimental para el estudio de los ritmos biológicos. A excepción de la proteína CRY (CRIPTOCHROME), el nematodo posee todas las proteínas homologas que intervienen en el mecanismo molecular del reloj circadiano de mamíferos y Drosophila. En este trabajo nos centramos en investigar un grupo de proteínas conservadas evolutivamente, específicamente las proteínas LIN-42, KIN-20 y AHA-1. Mediante la medición de los ritmos circadianos a través de un sistema basado en luminiscencia en nematodos mutantes para las proteínas LIN-42, KIN-20 y AHA-1. Demostramos que una disminución en la expresión de LIN-42 produce un alargamiento del periodo endógeno y disminuye la capacidad de los nematodos de ser entrenados a un ciclo dual de luz y temperatura. Una disminución tanto en la proteína KIN-20, como en la proteína AHA-1, produce un alargamiento del periodo de luminiscencia. Además, se demuestra que tanto lin-42, como aha-1 presentan ritmos transcripcionales, los cuales ciclan en contrafase a lo largo del día, por su parte, kin-20 no presenta ritmos transcripcionales. También, demostramos que las proteínas LIN-42 y KIN-20 co-expresan en las células neuronales, faringe y seam cells; una disminución en la expresión de KIN-20 genera una disminución en la expresión de LIN-42. Finalmente, este trabajo también demuestra que una disminución de KIN-20 y de ambas proteínas LIN-42::KIN-20, produce un cambio en el periodo circadiano solo a través de las células neuronales. En conjunto, estos resultados presenten en esta tesis sugieren que LIN-42, KIN-20 y AHA-1 son proteínas evolutivamente conservadas que intervienen en la regulación del reloj central del nematodo. Estos hallazgos permiten ampliar el conocimiento del reloj molecular circadiano del nematodo C. elegans.

Circadian rhythms are endogenous oscillations that are present in all organisms, from prokaryotes to humans, which allow them to adapt to the cyclical nature of the planet. Circadian rhythms are regulated by a central clock, which is based on a transcriptional translational feedback loop (TTFL). The genes involved in the central clock are widely conserved among different organisms. The nematode Caenorhabditis elegans (C. elegans) is a powerful experimental model for the study of biological rhythms. With the exception of the CRY (CRIPTOCHROME) protein, the nematode presents all the homologous proteins involved in the molecular mechanism of the mammalian and Drosophila circadian clock. In this work we focus on investigating a group of evolutionarily conserved proteins, specifically the LIN-42, KIN-20 and AHA-1 protein. By measuring circadian rhythms through a system based on luminescence in mutant nematodes for the LIN-42, KIN-20 and AHA-1 proteins. We show that a decrease in the expression of LIN-42 produces a lengthening of the endogenous period and decreases the ability of nematodes to be entrained to a dual cycle of light and temperature. A depletion in KIN-20 and AHA-1 proteins produces a lengthening of the luminescence period. In addition, it is shown that both lin-42 and aha-1 present transcriptional rhythms, which cycle in antiphase throughout the day, while kin-20 does not present transcriptional rhythms. Also, we show that LIN-42 and KIN-20 proteins co-express in neuronal cells, pharynx and seam cells; a decrease in the expression of KIN-20 generates a decrease in the expression of LIN-42. Finally, this work also demonstrates that a decrease in KIN-20 and both LIN-42::KIN-20 proteins produces a change in the circadian period only through neuronal cells. Taken together, these results presented in this thesis suggest that LIN-42, KIN-20 and AHA-1 are evolutionarily conserved proteins involved in the regulation of the nematode central clock. These findings allow us to expand our knowledge of the circadian molecular clock of the C. elegans nematode.