La genetica dei ritmi circadiani è stata ben studiata negli ultimi anni, ma si sa molto meno di altri tipi di geni che hanno un ruolo nel sonno, in particolare quelli che regolano la quantità di sonno richiesta dal nostro corpo.

Ora, studiando una famiglia con diversi membri che richiedono un sonno significativamente inferiore alla media, un team di ricercatori ha identificato un nuovo gene che credono abbia un impatto diretto su quanto una persona dorme e hanno riferito le loro scoperte il 28 agosto sulla rivista Neuron.

"È straordinario che sappiamo così poco del sonno, dato che la persona media vi trascorre un terzo della propria vita", afferma Louis Ptáček, neurologo dell'Università della California di San Francisco (UCSF), e uno dei due autori senior dello studio. "Questa ricerca è una nuova frontiera entusiasmante che ci permette di sezionare la complessità dei circuiti nel cervello e i diversi tipi di neuroni che contribuiscono al sonno e alla veglia".

La famiglia il cui DNA ha portato all'identificazione di questo gene è una delle tante che Ptáček e il genetista dell'UCSF Ying-Hui Fu, l'altro autore senior dello studio, stanno studiando, e comprende diversi membri che funzionano normalmente con solo sei ore di sonno. Il gene, ADRB1, è stato identificato usando studi di collegamento genetico e sequenziamento dell'intero esoma, che ha rivelato una variante nuova e molto rara.

Il primo passo per decifrare il ruolo della variante genetica prevedeva lo studio della sua proteina in provetta.

"Volevamo determinare se queste mutazioni causano alterazioni funzionali rispetto al tipo normale", afferma Fu. "Abbiamo scoperto che questo gene codifica il recettore ß1-adrenergico e che la versione mutante della proteina è molto meno stabile, alterando la funzione del recettore. Ciò ha suggerito che probabilmente avrebbe avuto conseguenze funzionali nel cervello".

I ricercatori hanno quindi condotto una serie di esperimenti su topi portatori di una versione mutata del gene. Hanno scoperto che questi topi dormivano in media 55 minuti in meno rispetto ai topi normali. (Gli esseri umani con il gene dormono due ore in meno della media). Ulteriori analisi hanno mostrato che il gene era espresso ad alti livelli nei ponti (di Varolio) dorsali, una parte del tronco encefalico coinvolta nelle attività subcoscienti come la respirazione, i movimenti oculari e il sonno.

Inoltre, hanno scoperto che i neuroni ADRB1 normali in questa regione erano più attivi non solo durante la veglia, ma anche durante il sonno REM (movimento rapido degli occhi). Tuttavia, erano silenziosi durante il sonno non REM. Inoltre, hanno scoperto che i neuroni mutanti erano più attivi dei neuroni normali, probabilmente contribuendo al comportamento del sonno breve.

"Un altro modo in cui abbiamo confermato il ruolo della proteina è stato attraverso l'optogenetica", spiega Fu. "Quando abbiamo usato la luce per attivare i neuroni ADRB1, i topi si sono immediatamente svegliati dal sonno".

Ptáček riconosce alcune limitazioni nell'uso dei topi per studiare il sonno. Uno di questi è che i topi esibiscono schemi di sonno diversi rispetto agli umani, incluso, ad esempio, dormire con uno schema frammentato, piuttosto che in un singolo periodo continuo.

"Ma è difficile studiare il sonno anche nell'uomo, perché il sonno è un comportamento, oltre che una funzione della biologia", afferma. "Beviamo caffè e restiamo alzati fino a tardi e facciamo altre cose che vanno contro le nostre naturali tendenze biologiche".

I ricercatori hanno in programma di studiare la funzione della proteina ADRB1 in altre parti del cervello. Stanno anche cercando altre famiglie per ulteriori geni che probabilmente saranno importanti.

"Il sonno è complicato", osserva Ptáček. "Non pensiamo che ci sia un gene o una regione del cervello che sta dicendo ai nostri corpi di dormire o svegliarsi. Questa è solo una delle molte parti".

Fu aggiunge che il lavoro potrebbe eventualmente avere applicazioni per lo sviluppo di nuovi tipi di farmaci per controllare il sonno e la veglia:

"Dormire è una delle cose più importanti che facciamo. Non dormire a sufficienza è legato ad un aumento dell'incidenza di molte condizioni, compresi cancro, disturbi autoimmuni, malattie cardiovascolari e Alzheimer".