2013-09-29

Subject: Relógios biológicos desafiam ritmos circadianos

 

Relógios biológicos desafiam ritmos circadianos

 

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@ Natural History Museum

Alguns invertebrados marinhos têm pelo menos dois relógios internos, que seguem tempos diferentes e têm mecanismos diferentes, revelam dois novos estudos agora conhecidos e que apontam para o facto de múltiplos mecanismos de medição de tempo podem ser comuns entre os animais.

Os dois animais marinhos investigados mostram ritmos biológicos influenciados pela Lua, bem como o mais familiar relógio circadiano que segue o ciclo diária de luz e escuridão. Os ritmos circadianos e não circadianos funcionam em paralelo e usam mecanismos moleculares diferentes e, em um dos casos, o relógio lunar mensal pode modular o relógio diário. Tudo isto sugere que há mais a descobrir sobre a forma como o tempo é medido em organismos mais complexos, como o Homem.

“Estas são as primeiras evidências moleculares de que os relógios não são iguais", diz Chris Chabot, biólogo na Universidade Estadual de Plymouth no New Hampshire, que não esteve envolvido em nenhum dos novos estudos.

Os ritmos circadianos estão sincronizados com o dia de 24 horas e encontram-se em todos os reinos da vida. São bem compreendidos, graças ao trabalho com organismos modelo como a mosca-da-fruta Drosophila e ratos. Mas os mecanismos subjacentes aos ritmos não circadianos não são tão bem compreendidos, largamente devido à falta de organismos acessíveis com ritmos diferentes e que possam ser manipulados experimentalmente.

Um ritmo não circadiano bem conhecido dos biólogos é o ritmo circatidal (sincronizado com as marés), que se repete a cada 12,4 horas e se encontra em espécies costeiras, como o isópode Eurydice pulchra, o objecto de um dos estudos agora publicados na revista Current Biology.

Outro tipo de ritmo, que se encontra numa grande variedade de espécies, possivelmente até no Homem, é o ritmo circalunar (sincronizado com a Lua), sobre o qual foi publicado o trabalho com o nemátodo Platynereis dumerilii (imagem acima) na revista Cell Reports.

O isópode tem um padrão de natação sincronizado com as marés e outros ciclos biológicos sincronizados com a alternância dia/noite. Cada ciclo é controlado por um relógio interno associado, mas pode funcionar independentemente dele, a um estímulo externo, neste caso a luz (ou escuridão) e a turbulência (resultante da mudança da maré).

“Há décadas que especulávamos se o oscilador tidal seria gerado pelo oscilador circadiano", diz Charalambos Kyriacou, geneticista na Universidade de Leicester, Reino Unido, que estudou o isópode. Alguns cientistas defendem que o relógio circatidal pode ser obtido a partir de dois relógios circadianos ligeiramente longos  (24,8-horas) em fases opostas de forma a produzir picos de 12,4-horas no comportamento, como a natação ou a busca de alimento. Outros preferem um relógio tidal especializado.

Kyriacou fez uma aposta com um dos seus co-autores, Michael Hastings, do Conselho de Investigação Médica em Cambridge, Reino Unido, a favor da hipótese do relógio circadiano duplo. Os resultados obtidos pela sua equipa podem, no entanto, deixar Kyriacou de bolsos vazios.

Os resultados do estudo com o isópode mostram que estes relógios são distintos, com o tidal a persistir no seu calendário de 12,4-horas mesmo que o ritmo diário seja completamente abolido, seja por exposição a luz constante ou pela desactivação de um gene crucial para a medição do tempo.

O ciclo circalunar de 30 dias no nemátodo conduz a desova, que ocorre no mesmo momento do ciclo todos os meses. O verme também apresenta um ritmo circadiano de alimentação, emergindo à noite para se alimentar. 

 

A bióloga molecular Kristin Tessmar-Raible, da Universidade de Viena, identificou diferentes relógios a governar estes ritmos no verme e estabeleceu que o relógio mensal modula o circadiano e o seu desempenho. A alteração de luz nocturna, determinada pelas alterações nas fases da Lua, é conhecida por influenciar os ritmos diários em Drosophila, peixes e possivelmente em humanos.

Tal como no isópode, Tessmar-Raible descobriu que o relógio circalunar do verme se mantém a funcionar mesmo quando o relógio circadiano é completamente desregulado e também revelaram que a sua independência se deve a um mecanismo molecular de medição do tempo diferente.

No entanto, no caso do verme, descobriram que a periodicidade do ritmo circadiano aumenta e diminui ao longo do ciclo mensal. Isto não se deve a uma alteração na regularidade na expressão dos genes que governam o ritmo circadiano, que permanece constante, mas a alterações no seu nível de actividade  em resposta ao ciclo .

“Temos a mesma história a ver de organismos muito diferentes", diz Kyriacou, que ficou surpreso com a forma como ambos os ritmos não circadianos resistiram à interferência com o circadiano. Ele pensa que os relógios circatidais “podem ser muito vulgares nos organismos costeiros". “Ter vários relógios independentes pode ser um fenómeno muito comum", confirma Tessmar-Raible.

Chabot e a sua equipa já tinham encontrado evidências que os caranguejos-ferradura tinham um relógio circatidal distinto. O seu colaborador Win Watson, zoólogo na Universidade do New Hampshire em Durham, descreve a combinação das abordagens experimentais dos dois artigos como “impressionantes e inspiradoras" mas salienta que ambos “ficam aquém de nos dar a informação sobre os mecanismos subjacentes". Ele esperava mais pistas sobre a forma como os relógios não circadianos realmente funcionam e Chabot concorda: “Só arranhámos a superfície."

Ainda assim, após nove anos de trabalho, Kyriacou está feliz por ter afastado a controvérsia sobre o mecanismo do relógio circatidal. Ernest Naylor, zoólogo marinho na Universidade Bangor, espera que o artigo na Current Biology resolva a questão a favor da hipótese do relógio circatidal independente.

Christian Cajochen, do Centro de Cronobiologia de Basileia, Suíça, considera que existem evidências claras da existência de múltiplos relógios também no Homem e que a sua dessincronização pode conduzir a doenças. Chabot acrescenta que, dados os mecanismos semelhantes por trás dos relógios circadianos por todo o reino Animal, é razoável especular que os nossos relógios não circadianos também sejam semelhantes.

 

 

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