Generation of hybrid circadian oscillators through transcriptional rewiring
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Date
2019
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Abstract
Los ritmos circadianos son ritmos autónomos generados a nivel celular con un periodo cercano a las 24 horas en condiciones constantes. Están presentes en diversos organismos, desde bacterias a mamíferos. A pesar de que aparecieron de manera independiente a lo largo de la evolución, las bases moleculares que los gobiernan son conservadas. El oscilador central circadiano se compone de un feedback loop transcripcional-traduccional (TTFL), donde el elemento negativo inhibe directamente al elemento positivo, que promueve su transcripción. En Neurospora crassa el elemento negativo es la proteína FREQUENCY, codificada por el gen frq, y el elemento positive el Complejo White Collar (WCC), compuesto por White Chollar-1 (WC-1) y White Chollar-2 (WC-2). WC-1 también es un fotorreceptor, permitiendo la incorporación del input de luz al reloj. La información rítmica es transmitida a las vías de output generando la oscilación de diferentes procesos biológicos, como metabolismo y conidiación. Esto está mediado, en parte, por un arreglo jerárquico de factores de transcripción; lo que permite la expresión rítmica de genes controlados por el reloj (ccgs). Para aumentar nuestro conocimiento en la plasticidad de la topología genética del reloj, en esta tesis usamos técnicas de rewiring transcripcional, un enfoque de biología sintética, para generar nuevas topologías de circuito del reloj central. Generamos Osciladores Híbridos (HOs) cambiando el promotor de frq por el promotor de un ccg y evaluamos la capacidad del sistema para generar y mantener ritmos incluso cuando la arquitectura del circuito del TTFL es severamente modificada. Usando esta estrategia, se demostró la habilidad del oscilador central de Neurospora para mantener los ritmos, incluso cuando el oscilador central, conservado evolutivamente, se modifica drásticamente. El HO con mejor rendimiento se obtuvo con el promotor de con-10 controlando la transcripción de frq y se denominó HO-10. HO-10 muestra oscilaciones circadianas que están sujetas a las dinámicas posttraduccionales de FRQ y es compensado por temperatura. Interesantemente en HO-10 la respuesta a luz y la determinación de fase es diferente. Confirmamos que HO-10 tiene una arquitectura de TTFL extendida donde al menos cinco reguladores transcripcionales adicionales (SUB-1, FLBC, RCO-1, CSP-1 and VE-1) ahora son parte del oscilador central circadiano. Finalmente, probamos que podemos generar osciladores circadianos usando componentes transcripcionales mínimos para controlar la transcripción de frq a lo largo del tiempo.
Description
Tesis (Doctor en Ciencias Biológicas mención Genética Molecular y Microbiología)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2019