24.6 : Ritmos Circadianos e Regulação Gênica

O relógio biológico está envolvido em muitos aspectos da regulação da fisiologia complexa em todos os animais. Foi em 1935 que os zoólogos alemães, Hans Kalmus e Erwin Bünning, descobriram a existência do ritmo circadiano em Drosophila melanogaster. No entanto, os mecanismos moleculares internos por trás do relógio circadiano permaneceram um mistério até 1984, quando Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash e Michael W. Young descobriram a expressão do gene Per oscilando ao longo de um ciclo de 24 horas. Nos anos subsequentes, muitos outros genes associados foram identificados e o mecanismo de regulação dos ritmos circadianos foi desvendado. A contribuição de Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash e Michael W. Young para a compreensão dos relógios circadianos biológicos internos foi reconhecida com o Prêmio Nobel de Fisiologia ou Medicina em 2017.

O mecanismo molecular dos ritmos circadianos

Em Drosophila, a proteína do período (PER) é a principal proteína reguladora que controla os ritmos circadianos internos nas células. O PER forma um complexo com outra proteína essencial chamada Timeless (TIM) e entra no núcleo. Aqui, ele pode regular os níveis de expressão de PER na célula por meio da inibição de feedback. Além disso, também controla a expressão de outros genes, inibindo a atividade dos ativadores transcricionais Clock e Cycle. É importante ressaltar que a estabilidade do complexo PER/TIM depende da presença ou ausência de luz, o que significa que ele é degradado em condições diurnas. O resultado é que a expressão de genes a jusante do complexo PER / TIM é controlada pela luz, e esse fenômeno permite a sincronização do relógio circadiano.

Nos mamíferos, a regulação do ritmo circadiano funciona de maneira muito semelhante. No entanto, devido à adição de vários genes parálogos, a regulação de toda a via é muito mais complicada do que em Drosophila.

Significado dos ritmos circadianos

Todos os organismos vivos na Terra evoluíram na presença de ciclos dia/noite de 24 horas e adaptaram suas respostas celulares, fisiológicas e comportamentais de acordo. Por exemplo, os ciclos diurnos de sono e vigília, temperatura corporal e liberação de hormônios em mamíferos são controlados pelos ritmos circadianos. Ritmos circadianos irregulares podem levar a muitos problemas de saúde, como transtorno bipolar ou distúrbios do sono. Além disso, a interrupção dos ritmos circadianos pode resultar em efeitos adversos em outros sistemas do corpo, incluindo o sistema cardiovascular.