Reorganização da atividade circadiana e do circuito do marcapasso sob novos regimes de luz

Resumo Muitas características ambientais são cíclicas, com mudanças diárias e anuais previsíveis que variam entre latitudes. Os organismos lidam com tais mudanças usando cronômetros internos ou relógios circadianos que evoluíram uma flexibilidade notável. Essa flexibilidade é evidente nas formas de onda dos ritmos comportamentais e moleculares subjacentes. No mundo atual, muitos ecossistemas experienciam luz artificial à noite, levando a condições fotoperiódicas incomuns. Além disso, demandas ocupacionais expõem muitos humanos a ciclos de luz não convencionais. No entanto, faltam meios práticos de manipular formas de onda de atividade para fins benéficos. Isso requer uma compreensão dos princípios e fatores que governam a plasticidade das formas de onda dos ritmos de atividade. Embora a plasticidade das formas de onda permaneça pouco explorada, poucos estudos recentes utilizaram novos regimes de luz, inspirados por horários de trabalho em turnos, com luz brilhante alternada e luz tenue (LD im LD im) para manipular a forma de onda de atividade de roedores noturnos. Realizamos este estudo para entender quais aspectos dos regimes de luz contribuem para a flexibilidade das formas de onda e como a circuitaria neuronal subjacente regula o comportamento, submetendo Drosophila melanogaster a novos regimes de luz. Usando uma variedade de regimes LD im LD im, encontramos que a iluminação escotópica tenue de durações específicas induz bifurcação de atividade em moscas, semelhante a mamíferos. Assim, sugerimos efeitos evolutivamente conservados de características do regime de luz sobre a plasticidade da forma de onda. Além disso, demonstramos que o fotossensível circadiano CRYPTOCROMO é necessário para a bifurcação da atividade. Também encontramos evidências para a reorganização circadiana do circuito do marcapasso, onde os neurônios da 'noite' regulam o tempo de ambos os episódios de atividade sob novos regimes de luz. Assim, tais regimes de luz podem ser explorados ainda mais para entender a dinâmica e o acoplamento dentro do circuito circadiano. Os efeitos conservados de características específicas do regime de luz abrem a possibilidade de projetar outros regimes para testar seu impacto fisiológico e aproveitá-los para manipulação da forma de onda a fim de minimizar os efeitos negativos de regimes de luz incomuns. Resumo do Autor Acredita-se que o tempo apropriado dos ritmos fisiológicos e comportamentais dos organismos em relação ao ciclo ambiental confere uma vantagem adaptativa. Cronômetros endógenos ou relógios circadianos regulam tais ritmos. Para cronometrar de forma ideal os ritmos biológicos, sua forma de onda deve ser plástica e responder a mudanças em ciclos externos. Mudanças em ciclos externos podem ser naturais, como visto em diferentes latitudes ou estações, ou antropogênicas, como mudanças induzidas por luz artificial no fotoperíodo ou ciclos de luz/escuridão novos impulsionados por trabalho em turnos. Estudos anteriores utilizando um modelo de roedor noturno mostraram que novos regimes de luz (LD im LD im) causaram a bifurcação da atividade locomotora, de forma que os camundongos mostraram dois episódios de atividade restritos às fases mal iluminadas. Aqui, primeiro demonstramos que características conservadas do regime de luz - iluminação escotópica tenue de durações específicas induzem bifurcação de atividade no modelo de mosca. Aproveitamos o kit genético do modelo Drosophila para também mostrar evidências da reorganização da rede neuronal do marcapasso circadiano após exposição a novos regimes de luz. Nossas descobertas indicam que os efeitos conservados de características específicas dos regimes ambientais podem ser explorados para projetar regimes de luz que facilitem a forma de onda a sincronizar com condições desafiadoras, como durante o trabalho em turnos, jetlag e mudanças fotoperiódicas.