L'orologio circadiano è come un'orchestra con molti direttori

31 March 2014

Sei passato al turno di notte ed il peso è salito alle stelle? O ti svegli alle 7 del mattino nei giorni feriali, ma dormi fino a mezzogiorno nei fine settimana, un jet lag sociale che annebbia il tuo Sabato e la Domenica?

La vita scorre su ritmi guidati dagli orologi circadiani, e la rottura di questi cicli è associata a gravi problemi fisici ed emotivi, dice Orie Shafer, assistente professore di biologia molecolare, cellulare e dello sviluppo della Università del Michigan.

Ora, nuove scoperte di Shafer e dello studente di dottorato Zepeng Yao, sfidano le conoscenze prevalenti su come è organizzato il nostro orologio del corpo, e suggeriscono che le interazioni tra i neuroni che regolano i ritmi circadiani sono più complesse di quanto si pensa.

Yao e Shafer hanno esaminato la rete neuronale dell'orologio circadiano nel moscerino della frutta, che è funzionalmente simile a quello dei mammiferi, ma è molto più semplice, ha solo 150 neuroni-orologio. In precedenza, gli scienziati pensavano che un gruppo principale di otto neuroni-orologio agissero come pacemaker [=che dà il ritmo] per i restanti 142 neuroni-orologio (come un conduttore che dirige l'orchestra), imponendo quindi il ritmo all'orologio circadiano del moscerino della frutta. Si ritiene che lo stesso principio sia applicabile ai mammiferi.

Le interazioni tra i neuroni-orologio determinano la forza e la velocità dei ritmi circadiani, dice Yao. Così, quando i ricercatori hanno modificato geneticamente la velocità di battito di un gruppo di soli otto pacemaker principali, hanno potuto esaminare come il conduttore governasse l'orchestra da solo. Essi hanno scoperto che, senza gli stimoli ambientali, l'orchestra non segue il conduttore così strettamente come si pensava.

Può essere rilevante perché:

I ritmi circadiani, e quindi i tempi e i modi del sonno e della veglia, sono fondamentali per mantenere un equilibrio metabolico corretto. I ritmi e i processi metabolici disturbati sono stati collegati al rischio di demenza.

Il sonno, poi, è legato in maniera diretta ai processi patologici dell'Alzheimer, perchè si crede che, proprio durante questo periodo, siano al lavoro i meccanismi che evitano, o provocano, le patologie legate al morbo; come l'eliminazione normale dei residui cellulari che altrimenti si aggregano provocando le placche amiloidi.

Alcuni dei moscerini hanno perso completamente il senso del tempo, e allo stesso tempo altri hanno dimostrato due diversi cicli di sonno: uno seguiva il gruppo di otto neuroni e l'altro seguiva un altro insieme di neuroni. "La scoperta dimostra che l'orchestra non segue tutta un unico conduttore, ma parte di essa segue un conduttore diverso o non ascolta alcunchè", ha detto Shafer.

I risultati suggeriscono che la rete dell'orologio è costituita da molti orologi indipendenti, ognuno dei quali guida i ritmi delle attività, e manca invece un gruppo di neuroni pacemaker principali. Shafer e Yao sospettano che una simile organizzazione sia presente anche nei mammiferi. "Una migliore comprensione dei meccanismi dell'orologio circadiano è fondamentale nel tentativo di mitigare gli effetti avversi associati ai disturbi circadiani", ha detto Yao.

Il disturbo dell'orologio circadiano con il lavoro a turni è associato a diabete, obesità, stress, malattie cardiache, disturbi dell'umore e il cancro, tra gli altri disturbi, dice Yao. L'Agenzia Internazionale per la Ricerca sul Cancro ha classificato come cancerogeno per l'uomo il lavoro a turni, che sconvolge i ritmi circadiani, alla pari delle radiazioni ultraviolette che provocano il cancro.

Fonte: University of Michigan (> English text) - Traduzione di Franco Pellizzari.

Riferimenti: Z. Yao, O. T. Shafer. The Drosophila Circadian Clock Is a Variably Coupled Network of Multiple Peptidergic Units. Science, 2014; 343 (6178): 1516 DOI: 10.1126/science.1251285

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