Investigadores de la Universidad de California en Merced han dado un paso más para desvelar los misterios del reloj biológico.
En un estudio publicado en línea hoy (25 de junio) en Science Express -y que pronto aparecerá impreso en la prestigiosa revista Science-, un equipo dirigido por el profesor de la UC Merced Andy LiWang muestra cómo los movimientos altamente inusuales de una sola proteína impulsan el cambio de funciones biológicas nocturnas a diurnas en las cianobacterias.
LiWang, profesor de la Facultad de Ciencias Naturales y del Instituto de Investigación en Ciencias de la Salud (HSRI), estudia los relojes circadianos, que regulan las actividades biológicas en ritmos de aproximadamente 24 horas, a escala atómica.
«El reloj circadiano impulsa potentes ritmos de descanso y actividad», explica LiWang. «Normalmente, tu reloj interno está sincronizado con la hora local. Por la noche, uno se siente cansado, y por la mañana, preparado para enfrentarse al mundo. El jet lag se produce cuando tu reloj -y, por tanto, tu fisiología y tu metabolismo- no están sincronizados con tu entorno.»
La proteína impulsa el sistema de control del tiempo
Según LiWang, las cianobacterias son un buen objeto de ensayo por su simplicidad y porque las tres proteínas que dirigen su sistema de cronometraje -KaiA, KaiB y KaiC- pueden volver a ensamblarse en un tubo de ensayo, lejos de la complejidad de las células vivas, y funcionar durante días y semanas en una mesa de laboratorio.
El estudio de Science, que se basa en las investigaciones anteriores de LiWang, muestra que la proteína KaiB cambia entre dos pliegues tridimensionales distintos, lo que constituye una capacidad poco común en las proteínas. Cuando cambia de pliegues, se une a KaiC y captura a KaiA, iniciando una transición del ciclo circadiano y proporcionando el enlace que une las funciones de mantenimiento del tiempo y de señalización del oscilador de la bacteria.
Como organismo fotosintetizador, las cianobacterias necesitan el sol para realizar sus funciones vitales. Las señales del reloj preparan a las cianobacterias para la salida del sol cada día. El comportamiento altamente inusual de la metamorfosis KaiB desempeña un papel esencial en este sentido, dijo LiWang.
«Si se mezclan las proteínas del reloj de las cianobacterias en un tubo de ensayo con una fuente de energía, el tubo de ensayo empieza a hacer tictac, literalmente», dijo LiWang. «Se puede saber la hora por ello. ¿Cómo se las arreglan estos relojes para ir a un ritmo de 24 horas?»
Investigación apoyada por subvenciones y el campus
El equipo encargado de empezar a responder a esas preguntas incluye a LiWang, al postdoc de la UC Merced Yong-Gang Chang y al estudiante de posgrado Roger Tseng, así como a investigadores de la UC San Diego, la UC Davis y la Universidad de Chicago.
LiWang ha recibido más de 2 millones de dólares en subvenciones de las Fuerzas Aéreas, el Ejército y los Institutos Nacionales de la Salud de EE.UU. para seguir desarrollando un conjunto de conocimientos sobre el funcionamiento de los relojes circadianos. Miles de soldados están desplegados por todo el mundo, y los militares están interesados en minimizar los problemas de salud relacionados con el jet lag y maximizar el rendimiento.
«Aprecian las implicaciones a largo plazo de lo que estamos haciendo», dijo LiWang, cuyo laboratorio se encuentra en el Centro de Aviación y Desarrollo del Aeropuerto de Castle, en Atwater.
También atribuyó gran parte de su éxito al apoyo de la administración de la UC Merced y de la Facultad de Ciencias Naturales. Por ejemplo, la escuela ha empezado a financiar recientemente el apoyo y el mantenimiento de un espectrómetro de resonancia magnética nuclear (RMN) que fue comprado originalmente por Andy y Patricia LiWang y mantenido por la pareja durante años con sus fondos iniciales y subvenciones.
La publicación de LiWang en Science es la primera vez que la prestigiosa revista publica una investigación original con un miembro de la Facultad de Ciencias Naturales de la UC Merced como autor correspondiente.
«La publicación del profesor LiWang en una revista de tan alto impacto y renombre mundial confirma su lugar como líder en el campo y pone a la UC Merced firmemente en el mapa como una institución de investigación de clase mundial», dijo el director ejecutivo del HSRI, Trevor Hirst. «Estos trabajos también atraen una mayor financiación de las agencias federales, las fundaciones y los donantes, que son esenciales para el crecimiento continuo de la UC Merced y el HSRI».
