Paul Hardin (nacido el 14 de septiembre de 1960) es un científico estadounidense en el campo de la cronobiología e investigador pionero en la comprensión de los relojes circadianos en moscas y mamíferos. Hardin actualmente se desempeña como profesor distinguido en el departamento de biología de la Universidad Texas A&M . [1] Es mejor conocido por su descubrimiento de las oscilaciones circadianas en el ARNm del gen del reloj Period ( per ), la importancia de la E-Box en la activación, los bucles de retroalimentación entrelazados que controlan los ritmos en la transcripción del gen activador y el Regulación circadiana del olfato en Drosophila melanogaster . Nacido en un suburbio de Chicago , Matteson , Illinois , Hardin reside actualmente en College Station, Texas , con su esposa y sus tres hijos.
Hardin obtuvo su licenciatura en biología en la Universidad Metodista del Sur (SMU) en 1982. Luego continuó realizando un doctorado en genética en la Universidad de Indiana en 1987 con William H. Klein. Continuó realizando su investigación postdoctoral en la Universidad Brandeis bajo la supervisión del cronobiólogo Michael Rosbash . [2] De 1991 a 1995, Hardin trabajó como profesor en la Universidad Texas A&M , y de 1995 a 2005 en la Universidad de Houston . Desde 2005, Hardin ha trabajado como profesor e investigador en el departamento de biología de la Universidad Texas A&M. Imparte cursos de introducción a la biología, biología celular molecular y una clase de posgrado sobre relojes biológicos. También se desempeña como director del Centro de Investigación de Relojes Biológicos de Texas A&M y como docente del Instituto de Neurociencia de Texas A&M y del programa de doctorado en genética. [1] Además, Hardin también participó activamente en la Sociedad para la Investigación de Ritmos Biológicos ; se desempeñó como secretario en 2006, tesorero en 2010 y presidente en 2016. [3]
En 1971, Ron Konopka , genetista del Instituto Tecnológico de California , descubrió el gen Period, que descubrió que estaba implicado en el reloj circadiano de Drosophila . [4] En 1999, Paul Hardin descubrió que el ARNm per sufría fuertes oscilaciones circadianas al exponer el ARNm aislado de tipo salvaje a una serie de ciclos de luz-oscuridad (LD) seguidos de ciclos de oscuridad constante (DD). [5] Como postdoctorado en el laboratorio del cronobiólogo Dr. Michael Rosbash , Hardin señaló específicamente que los niveles de ARNm en los cerebros de Drosophila fluctúan aproximadamente 10 veces en un ciclo típico de luz y oscuridad de 24 horas. Hardin demostró además que la proteína de tipo salvaje, PER, puede rescatar la ritmicidad en el ARNm de un mutante arrítmico del gen per . Sus hallazgos sugirieron que la retroalimentación de la proteína PER regula los niveles de ARNm . [6] Hardin finalmente publicó su trabajo fundamental sobre la naturaleza rítmica del ARNm per en Drosophila en la revista Nature . Este descubrimiento llevó a Hardin y otros miembros destacados en el campo de la cronobiología a desarrollar un modelo que describe el mecanismo del reloj en Drosophila . Este modelo se conoce como bucle de retroalimentación de transcripción, lo que sugiere que la proteína traducida proporciona retroalimentación negativa sobre la transcripción de su propio ARNm. [6]
En 1997, Hardin, con Haiping Hao y David Allen, analizaron la secuencia del gen per en Drosophila y encontraron un potenciador de 69 pb aguas arriba del gen. Esta secuencia potenciadora contenía una caja E (CACGTG), que se determinó que era necesaria para un alto nivel de transcripción. [7] Como las cajas E suelen estar unidas por proteínas que contienen un motivo estructural proteico básico hélice-bucle-hélice (bHLH) , la presencia de una caja E en per llevó a la hipótesis de que las proteínas implicadas en los ritmos circadianos pueden contener una Dominio bHLH. Esto resultó ser vital para establecer la función de la proteína CLOCK previamente descubierta , que se sabía que desempeñaba un papel en los ritmos circadianos y que también contenía un dominio bHLH. Este descubrimiento también ayudó a la identificación de las proteínas BMAL1 y CYCLE como actores críticos en los ritmos circadianos de los sistemas circadianos de mamíferos y Drosophila , respectivamente. [7]
Mientras enseñaba en la Universidad de Houston , Hardin, junto con sus colegas científicos Balaji Krishnan y Stuart Dryer, investigaron los ritmos circadianos del olfato en Drosophila . Experimentos anteriores habían demostrado que las antenas de Drosophila presentan ritmos circadianos. Sin embargo, se desconocía el mecanismo de los ritmos circadianos en las antenas. Para determinar el mecanismo de los ritmos en las antenas, Hardin y su equipo mantuvieron moscas de tipo salvaje y mutantes, per 01 y tim 01 , en ciclos de luz y oscuridad (LD) de 12:12 y midieron el olfato en las antenas con un electroantenograma (EAG). , que mide la salida promedio de una antena de insecto a su cerebro para un olor determinado, durante un período de 24 horas. Sólo las moscas de tipo salvaje demostraron ritmicidad en la actividad eléctrica, lo que indicaba que los ritmos circadianos estaban presentes en la respuesta olfativa. [8] Por el contrario, los mutantes no mostraron actividad cíclica. Por lo tanto, el equipo de Hardin descubrió que los ritmos circadianos controlan la respuesta olfativa en las antenas de Drosophila y sus resultados finalmente se publicaron en Nature . [9]
En 1999, Hardin, junto con Nick Glossop y Lisa Lyons, realizaron una investigación sobre el papel específico de Clk en los circuitos de retroalimentación entrelazados presentes en los osciladores circadianos de Drosophila . Anteriormente se sabía que cinco genes ( per , tim , dbt , Clk y cyc ) controlaban los ritmos circadianos en Drosophila . El mecanismo de regulación pertim se conocía en ese momento, aunque aún no se conocía la regulación Clk . [10]
Hardin y su equipo llevaron a cabo una serie de experimentos para identificar los dos circuitos de retroalimentación entrelazados en el mecanismo circadiano de Drosophila . Esto significa que el bucle de retroalimentación per - tim se conecta al bucle de retroalimentación Clk - cyc , de modo que un bucle tiene un efecto sobre el otro y viceversa. Midieron los niveles de ARNm de Clk de tipo salvaje y mutante para identificar cualquier cambio en los niveles de transcripción. Observaron que el complejo PER-TIM suprime la transcripción. Plantearon la hipótesis de que el represor Clk era el propio complejo CLK-CYC o un represor activado por CLK-CYC. Observaron que la presencia de CLK y CYC activos daba como resultado la represión de Clk , mientras que los mutantes per arrítmicos exhibían niveles bajos de Clk . Esta evidencia los llevó a proponer el siguiente modelo con respecto a dos circuitos de retroalimentación entrelazados: [11] [12]
En 2003, el equipo de Hardin descubrió el segundo circuito de retroalimentación asociado con el reloj circadiano. vrille (vri) y Par Domain Protein 1 ( Pdp1 ) codifican factores de transcripción relacionados cuya expresión se activa directamente mediante dCLOCK/CYCLE. Muestran que las proteínas VRI y PDP1 se retroalimentan y regulan directamente la expresión de dClock . Así, VRI y PDP1, junto con el propio dClock , constituyen un segundo circuito de retroalimentación en el reloj de Drosophila que proporciona expresión rítmica de dClock , y probablemente de otros genes, para generar ritmos circadianos precisos. [13]
La investigación actual de Hardin se centra en la función del reloj circadiano en Drosophila melanogaster . [19] Uno de los principales temas de investigación de Hardin es comprender el mecanismo detrás de los ritmos circadianos en la fisiología del olfato y el gusto . Su investigación también se centra en comprender el papel de los mecanismos reguladores postraduccionales en el circuito de retroalimentación que marca un ritmo de 24 horas. Por último, su laboratorio ha estado trabajando para identificar si los bucles entrelazados del mecanismo de retroalimentación funcionan como un oscilador circadiano o una salida de reloj. [1] Su artículo más reciente analiza la conservación del circuito de retroalimentación de la transcripción no solo en Drosophila, sino también en otras especies animales. [20]