Rellotge circadià en cianobacteries

Artice 1.1: Importancia de l’adaptació dels programes circadians en cianobacteries.

Els ritmes circadians són programes biologics endògens, que presenten les següents característiques: (1) en condicions constants presenten un “free-run” amb un periode pròxim, però no exacte, a les 24h de durada: (2) la compensació de la temperatura es el seu ritme “free-running”; (3) el ritme arrossega a uncicle ambiental adequat.

Abans de 1985 es creia que els ritmes circadians eren exclusius del domini eucariota. Alguns informes suggereixen que E. coli i Klebsiella tenen rellotges circadians no eren convincents. La conclusió que solament eucariota els presentava semblava raonable, ja que es suposava que un rellotge endògen amb un període proper a les 24h no seria útil per organismes que esdivideixen més que 1 cop cada 24h, com ho fan molts procariotes.
Sobre la base de dades d’organismes unicel·lulars eucariotes, aquet suposat es va coneixer com “regla circadiana/infradiana”: organismes que es divideixen + d’1 cop cada 24h no expressen programes circadians

Els patrons de divisió de la cèl·lula
Al menys un grup de procariotes (les cianobacteries) han desenvolupat programaciócircadiana de l’expressió gènica. Per tant l’objectiu és determinar si la regla circadiana/infradiana és vàlida pel ràpid creixement de la soca PCC7942 de Synechoccus sp. (cianobacteri unicel·lular).
Hem transformat Synechoccus sp. amb un reporter de la luciferasa construcció que permet l’anàlisi de l’activitat del promotor del gen psbAI, que codifica la proteïna D1 del centre reacció del fotosistema II.Es va trobar que, a diferencia de les eucariotes unicel·lulars, cultius de Synechoccus creixen amb una duplicació cada 10h però segueixen presentant ritmes circadians per l’expressió de psbAI.

L’amplitud dels patrons de luminiscència que reflexen els ritmes del promotor de psbAI és una funció de l’etapa del cicle de creixement de colonies en agar o de cultius discontinus en medi líquid. Perexemple, en la fase de registre primerenc, els patrons de la luminiscència mostren un ritme circadià clar, que creix de forma exponencial.
Aquest patró de “fase exponencial” pot ser precisament el model suposant que solament hi ha 2 components esencials: (1) un ritme circadià d’activitat del promotor psbAI en cada cèl·lula; (2) un augment exponencial del nº de cels en cultiu.
Desprès que la tasade creix. del cultiu comenci a disminuïr la velocitat, el patró de luminiscència s’estabilitza en un patró circadià constant (“fase sostinguda”). És en aquesta fase de creix. on és + fàcil d’analitzar l’oscil·lador circadià.
A mesura que el cultiu s’envelleix, el ritme va disminuïnt a poc a poc (“fase decadent”). Probablement és degut a l’esgotament de nutrients, incloent la disminució de laintensitat de la llum que els hi arriba per la alta densitat ce·lular, que és mot important per les cianobacteries fotosintètiques.

Quan vam mantindre els cultius en estat de creixement actiu de forma indefinida (dil·luint en cultius líquids per mantindre la densitat cel. promitja cnt) es va observar un patró interessant en el perfil de creix de la cel. Les cels que vivien en periodes llum/foscorno es divideixen en la foscor, com s’esperava, pero sota il·luminació cnt, el patró circadià de la divisió va continuar, tot i que el temps de duplicació del cultiu va passar a ser un cop cada 10.5h (es va retardar una mica).
En altres paraules, tot i que les cels s’estan dividint + de 2 cops cada 24h segueix sent sota un ritme circadià. La fase de la “desacceleració” de la taxa de divisiócoincideix amb la subjectiva “nit primerenca”.
Mitjançant citometría de flux, hem determinat que la taxa de replicació del DNA i el creixement en el tamany individual de cada cel no són rítmics durant el ritme circadià, però el moment de divisió si que està controlat pel ritme circadià. Per lo tant, en Synechoccus, un rellotge circadià regula la divisió cel i l’expressió dels gens, fins i tot quan les...