La proteína 2 del dominio PAS neuronal (NPAS2), también conocida como miembro de la proteína PAS 4 (MOP4), es una proteína factor de transcripción que en los humanos está codificada por el gen NPAS2 . [5] [6] NPAS2 es análogo a CLOCK y ambos son proteínas clave involucradas en el mantenimiento de los ritmos circadianos en los mamíferos. [7] En el cerebro , NPAS2 funciona como generador y mantenedor de los ritmos circadianos de los mamíferos . Más específicamente, NPAS2 es un activador de la transcripción y traducción del reloj central y de los genes controlados por el reloj a través de su papel en un circuito de retroalimentación negativa en el núcleo supraquiasmático (SCN), la región del cerebro responsable del control de los ritmos circadianos. [8]
El gen Npas2 de mamíferos y ratones fue secuenciado y caracterizado por primera vez en 1997 en el laboratorio del Dr. Steven McKnight y publicado por Yu-Dong Zhou et al. [9] [10] Se aislaron y secuenciaron los ADNc del gen que codifican las formas humana y de ratón de NPAS2. Se utilizaron ensayos de transferencia de ARN para demostrar la presencia selectiva del gen en los tejidos del cerebro y la médula espinal de ratones. La hibridación in situ indicó que el patrón de distribución del ARNm de Npas2 en el cerebro del ratón es amplio y complejo, y en gran medida no se superpone con el de Npas1 . [10]
Utilizando inmunohistoquímica de testículos humanos, Ramasamy et al. (2015) encontraron la presencia de la proteína NPAS2 tanto en células germinales dentro de los túbulos de los testículos como en el espacio intersticial de las células de Leydig . [10]
El gen Npas2 reside en el cromosoma 2 en la banda q13. [10] El gen tiene 176.679 bases de largo y contiene 25 exones. [11] La proteína NPAS2 humana de 824 aminoácidos prevista comparte una identidad de secuencia del 87 % con la Npas2 de ratón . [10]
Se ha descubierto que el gen Npas2 reside en el cromosoma 1 en 17,98 centimorgans y tiene 169.505 bases de largo. [12]
La proteína NPAS2 es miembro de la familia del factor de transcripción básico hélice-bucle-hélice (bHLH)-PAS y se expresa en el SCN . NPAS2 es una proteína que contiene un dominio PAS , que se une a otras proteínas a través de sus propios dominios de unión proteína-proteína (PAS). Al igual que su parálogo, CLOCK (otra proteína que contiene un dominio PAS), la proteína NPAS2 puede dimerizarse con la proteína BMAL1 y participar en un bucle de retroalimentación negativa de transcripción/traducción (TTFL) para activar la transcripción de los genes del reloj central Per y Cry de los mamíferos . [8] Se ha demostrado que NPAS2 forma un heterodímero con BMAL1 tanto en el cerebro como en líneas celulares, lo que sugiere su similitud en su función con la proteína CLOCK en este TTFL.
La compensación es una característica clave de los TTFL que regulan los ritmos circadianos. BMAL1 compensa CLOCK en el sentido de que si CLOCK está ausente, BMAL1 se regulará positivamente para mantener los ritmos circadianos de los mamíferos. Se ha demostrado que NPAS2 es análoga a la función de CLOCK en ratones con deficiencia de CLOCK. [8] En ratones con inactivación de reloj , NPAS2 está regulado positivamente para mantener los ritmos intactos. [8] Los ratones mutantes Npas2 , que no expresan la proteína NPAS2 funcional, aún mantienen ritmos circadianos robustos en la locomoción. Sin embargo, al igual que los ratones con deficiencia de CLOCK en el TTFL CLOCK/BMAL1, los ratones mutantes Npas2 ( en el TTFL NPAS2/BMAL1) todavía tienen pequeños defectos en sus ritmos circadianos, como un período circadiano acortado y una respuesta alterada a los cambios en la luz típica. -ciclo oscuro. [8] Además, los ratones knockout para Npas2 muestran alteraciones del sueño y tienen una expresión disminuida de mPer2 en el cerebro anterior . [13] Los ratones sin alelos funcionales de Clock y Npas2 se volvieron arrítmicos una vez colocados en oscuridad constante, lo que sugiere que ambos genes tienen funciones superpuestas en el mantenimiento de los ritmos circadianos. Tanto en ratones de tipo salvaje como en ratones knockout para Clock , la expresión de Npas2 se observa en los mismos niveles, lo que confirma que Npas2 desempeña un papel en el mantenimiento de estos ritmos en ausencia de Clock . [8]
Npas2 se expresa en todas partes de la periferia del cuerpo. Se ha prestado especial atención a su función en los tejidos hepáticos , y su ARNm está regulado positivamente en ratones con mutación Clock . Sin embargo, los estudios han demostrado que Npas2 por sí solo no puede mantener los ritmos circadianos en los tejidos periféricos en ausencia de la proteína CLOCK, a diferencia del SCN. [8] Una teoría para explicar esta observación es que las neuronas en el cerebro se caracterizan por el acoplamiento intercelular y, por lo tanto, pueden responder a deficiencias en las proteínas clave del reloj en las neuronas cercanas para mantener los ritmos. Sin embargo , en tejidos periféricos como el hígado y el pulmón , la falta de acoplamiento intercelular no permite que se produzca este mecanismo compensatorio. Una segunda teoría de por qué NPAS2 puede mantener ritmos en SCN con deficiencia de CLOCK pero no en tejidos periféricos con deficiencia de CLOCK, es que existe un factor desconocido adicional en el SCN que no está presente en los tejidos periféricos. [8]
Se ha demostrado que los ratones con deficiencia de NPAS2 tienen déficits de memoria a largo plazo , lo que sugiere que la proteína puede desempeñar un papel clave en la adquisición de dichos recuerdos. Esta teoría se probó insertando un gen indicador (lacZ) que resultó en la producción de una proteína NPAS2 que carecía del dominio bHLH. Luego, a estos ratones se les realizaron varias pruebas, incluida la tarea de miedo contextual y con señales , y mostraron déficits de memoria a largo plazo en ambas tareas. [14]
Se ha demostrado que NPAS2 interactúa con:
Los genotipos de Npas2 se pueden determinar a través de muestras de tejido de las que se extrae y analiza el ADN genómico. El ensayo se realiza en condiciones de PCR y puede usarse para determinar mutaciones y polimorfismos específicos . [19]
Cada vez hay más pruebas que sugieren que la proteína NPAS2 y otros genes circadianos están implicados en la tumorigénesis y el crecimiento tumoral, posiblemente a través de su control de las vías biológicas relacionadas con el cáncer. Se ha demostrado que un polimorfismo sin sentido en NPAS2 (Ala394Thr) está asociado con el riesgo de tumores humanos, incluido el cáncer de mama. [19] Estos hallazgos proporcionan evidencia que sugiere un posible papel del gen circadiano Npas2 en el pronóstico del cáncer. Estos resultados se han confirmado tanto en cáncer de mama como en cáncer colorrectal. [20]
La investigación actual ha revelado una asociación entre el trastorno afectivo estacional (SAD) y el trastorno del estado de ánimo general relacionado con los polimorfismos NPAS2, ARNTL y CLOCK . Estos genes pueden influir en las variaciones estacionales a través de factores metabólicos como el peso corporal y el apetito. [21] [22]
Asociado con una conexión con los trastornos del estado de ánimo, se ha descubierto que NPAS2 está involucrado con la degradación de la dopamina. Esto fue sugerido por primera vez por la observación de que los componentes del reloj BMAL1 y NPAS2 activaban transcripcionalmente un indicador de luciferasa impulsado por el promotor de la monoaminooxidasa A ( MAOA ) murina de forma circadiana. [23] Esto sugirió que estos dos componentes del reloj (BMAL1 y NPAS2) regulaban directamente la transcripción de MAOA . [23] Hallazgos posteriores descubrieron una regulación transcripcional positiva de BMAL1/NPAS2 por PER2. En ratones que carecían de PER2, los niveles de ARNm de MAOA y de proteína MAOA disminuyeron. Por lo tanto, se redujo la degradación de la dopamina y aumentaron los niveles de dopamina en el núcleo accumbens . Estos hallazgos indican que la degradación de las monoaminas está regulada por el reloj circadiano. Es muy probable que la regulación de las monoaminas mediada por el reloj descrita sea relevante para los seres humanos, porque los polimorfismos de un solo nucleótido en Per2 , Bmal1 y Npas2 se asocian de forma aditiva con el trastorno afectivo estacional o la depresión invernal. [24]
Este artículo incorpora texto de la Biblioteca Nacional de Medicina de Estados Unidos , que se encuentra en el dominio público .