Caracterização dos componentes moleculares do ciclo circadiano no desenvolvimento e senescência de Apis mellifera - Abreu, Fabiano Carlos Pinto de (2018)
O ciclo circadiano é um sistema adaptativo e vantajoso que permite a antecipação dos organismos e sincronização de suas atividades fisiológicas frente às variações ambientais que ocorrem ao longo do dia. Seu funcionamento molecular acontece pela geração dos ritmos circadianos, os quais surgem a partir da expressão cíclica dos genes do relógio em um feedback autoregulatório. Em insetos, os ritmos circadianos apresentam função importante em coordenar o timing do desenvolvimento e o comportamento. Nos últimos anos, estudos desvendaram que o relógio molecular de insetos sociais apresenta um funcionamento mais similar ao relógio de mamíferos do que com outros insetos como Drosophila melanogaster. Em especial, abelhas sociais têm sido ótimos modelos para investigar como os ritmos circadianos são modulados de acordo com as interações sociais entre os indivíduos, a plasticidade comportamental e a divisão social do trabalho entre as operárias. Operárias jovens (nutrizes) cuidam da cria no interior da colônia e geralmente apresentam uma atividade arrítimica ao longo de 24 horas, enquanto as abelhas mais velhas (forrageiras) são rítmicas e desenvolvem atividades complexas no ambiente externo. Nesse trabalho, nós caracterizamos os perfis de expressão dos genes do relógio period (per), cryptochrome mammalian-like (cry-m), clock (clk), cycle (cyc), timeout 2 (tim2), par domain protein 1 (pdp1), vrille (vri) e clockwork orange (cwo) durante todo o desenvolvimento de abelhas operárias de Apis mellifera. Verificamos que os genes do relógio são expressos antes mesmo da formação do sistema nervoso central no embrião e que seus transcritos podem ser herdados maternalmente. No desenvolvimento de larvas e pupas, revelamos que estes genes são diferencialmente expressos entre as fases investigadas e, com exceção dos genes cwo e tim2, todos respondem ao tratamento com o Hormônio Juvenil (HJ) na fase de pupa de olho branco. A resposta positiva dos genes clk, cyc e pdp1 frente ao tratamento hormonal pode estar relacionada com o envolvimento destes nas vias que respondem à sinalização do HJ, interagindo com os genes Kruppel (Kr-h1) e Methoprene-tolerant (MET). No desenvolvimento adulto, vimos que os genes per e cry-m são potenciais marcadores da plasticidade comportamental e divisão social do trabalho. Em um experimento usando single-cohort colony, estes genes apresentam níveis transcricionais que não oscilam em cabeças de operárias jovens (3 e 7 dias) ao longo de 24 horas, comparado aos níveis de expressão que oscilam de forma robusta em abelhas mais velhas (15 e 25 dias). Ainda, reconstruímos redes de interação proteína-proteína e miRNA-mRNA onde foram identificadas potenciais moléculas que atuam modulando os genes do relógio em nível póstranscricional e traducional. Dentre elas, validamos as interações entre os miRNA-34 e seus sítios de ligação que estão presentes nas 3`UTRS dos genes cyc e cwo, através do ensaio por luciferase, revelando que este miRNA é um regulador negativo da expressão desses genes. Pela primeira vez, realizamos uma análise ampla dos genes do relógio em um inseto social, além de identificar novas moléculas que podem atuar modulando os ritmos circadianos. Nosso trabalho demonstra a importâcia das abelhas sociais como modelos ideais para desvendar os mecanismos moleculares que regem os ritmos circadianos não só em abelhas, como também em outros organismos, inclusive mamíferos.