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The mechanism by which CML23/24 affects the circadian clock

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El papel del calcio en los ritmos circadianos

La mayoría de organismos ha desarrollado un reloj circadiano de veinticuatro horas en respuesta a la luz del día y a los ciclos de temperatura. Las investigaciones realizadas en el seno de un proyecto europeo sobre la regulación y el control del reloj circadiano en plantas podrían dar lugar a una mejora del rendimiento de los cultivos, constituyendo este hecho una importante aportación a los sectores alimentario y energético.

Cambio climático y medio ambiente

El reloj circadiano regula eventos subcelulares como la expresión génica y la señalización celular, lo que se manifiesta en comportamientos como el movimiento de las hojas o la búsqueda de recursos en organismos superiores. La estructura genética de la red que controla los ritmos circadianos en la pequeña planta con flores Arabidopsis incluye un oscilador genético central. Los indicios sugieren que las oscilaciones circadianas en la concentración de calcio libre citosólico ([Ca2+]cyt) podrían regular la expresión genética del reloj circadiano. Los investigadores emplearon modelos matemáticos, técnicas bioquímicas y de biología molecular para determinar qué papel, si es que existe alguno, desempeñan las dinámicas de la [Ca2+]cyt en el control de la red circadiana. Para tal fin, se estudiaron las proteínas calmodulinas de unión a calcio 23 (CML23) y 24 (CML24) en el marco del proyecto financiado por la Unión Europea «The mechanism by which CML23/24 affects the circadian clock» (CIRCADIAN CLOCK). Comprender el funcionamiento exacto del complejo mecanismo que subyace a los ritmos circadianos en plantas podría tener importantes implicaciones para el cultivo selectivo de plantas y para la mejora del rendimiento de los cultivos destinados a la producción de alimentos y de biocombustibles. Los investigadores estudiaron dianas moleculares clave de las proteínas calmodulinas, proteínas de interacción y sus efectos en la función del oscilador. También se investigaron potenciales interacciones genéticas entre la CML23 y la CML24 y genes reloj/luz de señalización. Los investigadores demostraron que las proteínas de unión a Ca2+ participan en el control del reloj circadiano por mecanismos dependientes de Ca2+, posiblemente actuando como sensores de la [Ca+2]cyt después del anclaje al Ca2+. Además, se generaron plantas modificadas genéticamente para investigar cómo las proteínas calmodulinas regulan el reloj circadiano y para determinar los factores que afectan a la localización tisular y subcelular de las proteínas CML23 y CML24. Por último, gracias a unos experimentos pioneros, los investigadores identificaron que el gen CHE y la familia de genes PRR son los únicos genes del reloj circadiano conocidos que responden a la [Ca2+]cyt; además estos experimentos aportaron indicios sobre dónde podría tener lugar este proceso en la cadena de la ruta de señalización. Gracias a los experimentos sobre el papel del reloj circadiano en Arabidopsis y la expresión de los genes relacionados, los resultados del proyecto CIRCADIAN CLOCK están proporcionado importantes conocimientos sobre el papel de la CML23, de la CML24 y de la [Ca2+]cyt. El conocimiento detallado de los ritmos circadianos podría ser de gran importancia para la mejora del rendimiento agrícola de una gran variedad de cultivos. Dada la amplia función de la [Ca2+]cyt en la expresión génica a nivel general, los estudios podrían tener amplias implicaciones en muchos sistemas y un gran número de otras rutas de señalización.

Palabras clave

Reloj circadiano, plantas, rendimiento de los cultivos, calcio libre citosólico, expresión génica, CML23, CML24

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