Role of innexins on behavior coordinated by the circadian rhythm of Drosophila melanogaster
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Date
2021
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Abstract
Todos los organismos metazoos han desarrollado una amplia variedad de mecanismos de sincronización y señalización eléctrica/metabólica entre grupos celulares. Los canals de unión en hendidura y los hemicanales han surgido como uno de los más importantes de éstos mecanismos de comunicación, estando presente tanto en invertebrados y vertebrados. Las innexinas, proteínas que son análogas funcionales de conexinas y son expresadas en invertebrados, forman canales de union en hendidura y hemicanales que son fundamentales en varias funciones fisiológicas como el desarrollo del sistema nervioso y la sinapsis eléctrica. En Drosophila melanogaster, siete de los ocho genes que codifican a las innexinas se expresan en el sistema nervioso, pero aun no se han realizado estudios profundos para determinar su expresión en subtipos neuronales específicos. Los ritmos circadianos son eventos biológicos que ocurren en un período de aproximadamente 24 horas, que son oscilatorios y entrenables. Estos ritmos permiten a los organismos predecir cambios en el entorno como la luz, la temperatura, la humedad, la disponibilidad de alimentos y la interacción social para determinar el ciclo de sueño/vigilia y otros procesos fisiológicos en este marco de tiempo. El circuito neuronal que controla el comportamiento circadiano de la Drosophila esta compuesto por unas 150 neuronas cerebrales, las cuales se definen de acuerdo a su localización anatómica y características en: neuronas dorsales, neuronas laterales posteriores y neuronas ventrales laterales. Este último grupo, que es considerado el marcapasos del circuito, se divide en neuronas laterales ventrales pequeñas, neuronas laterales ventrales grandes y neuronas laterales dorsales. La mayoría de las neuronas laterales ventrales expresan el neuropéptido factor de dispersión de pigmentos (pigment dispersing factor, PDF). Dentro del grupo de neuronas laterales, todas las neuronas laterales grandes y 4 neuronas laterales pequeñas expresan PDF y regulan la llamada actividad máxima matutina y vespertina. La mayoría de las neuronas de reloj en el circuito circadiano expresan el receptor de PDF, por lo que se ha establecido a PDF como una molécula de sincronización importante en la red de circadiana de Drosophila. En mamíferos, varios estudios han propuesto a los canales de unión en hendidura como un mecanismo importante para la comunicación celular y la sincronización entre las neuronas marcapasos circadianas del núcleo supraquiasmático, pero hasta ahora no hay reportes sobre el papel de los hemicanales en las neuronas marcapasos. Además, en los invertebrados, la mayoría de los estudios sobre la función de las inexinas se centran principalmente en su función en la formación de canales de union en hendidura y no tanto en su actividad como heminacanal. Basado en toda la información comentada anteriormente, se propuso para esta tesis la siguiente hipótesis: “Las inexinas expresadas en las neuronas laterales ventrales del cerebro de Drosophila melanogaster contribuyen a la coordinación del comportamiento circadiano normal”. Los objetivos de esta tesis fueron: (1) Evaluar si las neuronas ventrales laterales PDF+ de Drosophila melanogaster expresan inexinas. (2) Evaluar las propiuedades funcionales de los canales de inexinas expresados en las neuronas laterales ventrales de Drosophila. (3) Determinar el efecto en el comportamiento locomotor circadiano de la disminución en la expression de las inexinas en las neuronas laterales ventrales PDF+ de Drosophila. Los resultados de esta tesis mostraron que las neuronas PDF+ expresan la inexina 1, inexina 2, inexina 3, inexina 5, inexina 7 e inexina 8. Neuronas PDF positivas en cultivo y el resto de la población neuronal del cultivo, presentan una baja actividad de hemicanal, la cual aumenta cuando son expuestas a medio libre de cationes divalentes, a pH extracelular alcalino y a estrés mecánico. La actividad de hemicanal de las inexinas es sensible a bloqueadores de conexina y panexina y presenta selectividad a colorantes. La disrupción de la expression de la inexina 2, inexina 3, inexina 5 o inexina 8 altera parámetros circadianos de locomoción en condiciones de luz-oscuridad.
Description
Tesis (Doctor in Science with a Physiological Sciences mention)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2021