I ritmi biologici ‘disturbati’ da danni a tessuti e geni

I cicli naturali di luce-buio e della temperatura sincronizzano i ritmi circadiani, più comunemente conosciuti come orologio biologico. Tuttavia, secondo una nuova ricerca finanziata dell’Unione europea, per essere sincronizzati dalla temperatura, i neuroni orologio – situati nel cervello – hanno bisogno di stimoli provenienti dai tessuti periferici. I risultati, pubblicati nella rivista Neuron, mettono in evidenza alcune differenze nella sincronizzazione dell’orologio cerebrale della mosca della frutta Drosophila determanita dai cicli luce-buio e della temperatura.

Le scoperte sono il risultato del progetto EUCLOCK (“Entrainment of the circadian clock”), finanziato dall’UE con 12,3 milioni di euro nell’ambito dell’area tematica “Scienze della vita, genomica e biotecnologie per la salute” del Sesto programma quadro (6° PQ).

Secondo i ricercatori britannici e tedeschi che hanno partecipato al progetto, l’orologio circadiano controlla una serie di processi biologici utili agli organismi. Anche se questi orologi sono autosufficienti e funzionano in condizioni permanenti, essi sono sincronizzati con l’ambiente attraverso dei fattori naturali “Zeitgeber” (dal tedesco “che dà il tempo”), tra cui i cicli luce-oscurità e della temperatura.

“Gli orologi circadiani regolano molti processi biologici che avvengono in momenti vantaggiosi per l’organismo”, ha detto il dottor Ralf Stenewsky del Queen Mary College presso l’Università di Londra, nel Regno Unito. “Anche se molto si sa su come i clicli naturali di luce-buio sincronizzano l’orologio circadiano degli organismi – dalle mosche fino ai mammiferi – poco è conosciuto sui meccanismi legati alla temperatura”, ha aggiunto il relatore senior dello studio.

Fino ad oggi, i ricercatori non erano riusciti a chiarire quali cellule o strutture avevano la capacità di individuare i cicli giornalieri della temperatura. Una mancanza di informazioni era anche alla base del mistero di come i segnali dei cicli della temperatura raggiungessero l’orologio cerebrale, hanno detto i ricercatori.

In uno studio del passato il dottor Stanewsky e i suoi colleghi erano riusciti ad individuare due mutazioni nella mosca della frutta che impedivano la sincronizzazione secondo la temperatura. Essi hanno scoperto un gene difettoso – “nocte” – nelle msoche che mostravano una sincronizzazione luce-buio normale, ma una sincornizzazione molecolare e comportamentale anormale relativa alla temperatura.

In questo recente studio, il team ha scoperto che mentre i cicli luce-buio erano sincronizzati nei cervelli delle mosche isolate, i cicli della temperatura non lo erano. Essi hanno ipotizzato che affinché possa avvenire la sincronizzazione basata sulla temperatura, le informazioni inviate dai tessuti periferici devono essere ricevute dai neuroni dell’orologio circadiano del cervello. I ricercatori hanno constatato come la sincronizzazione legata alla temperatura era anche impedita dall’alterazione del gene difettoso nocte nelle cellule periferiche.

Lo studio ha mostrato che “La riduzione della funzione del gene nocte negli organi cordotonali (i più importanti organi sensori delle mosche) cambia la loro struttura e funzione, interferendo notevolmente sulla sincronizzazione legata alla temperature del comportamento”.

I ricercatori hanno rivelato che altre mutazioni che influiscono sulla funzione degli organi cordotonali impediscono anche la sincronizzazione legata alla temperatura. Ciò dimostra la centralità del ruolo del gene nocte in questi processi e l’importanza degli organi cordotonali come strutture sensoriali, in particolare come recettori della temperatura nei cicli circadiani.

“Il nostro lavoro rivela differenze meccanicistiche sorprendenti e importanti tra la sincronizzazione luce-buio e quella legata alla temperatura, e aumenta la nostra conoscenza su come avviene il riavvio dell’orologio in natura”, ha spiegato il dottor Stanewsky. “Questo studio dimostra, ancora una volta, il potere della genetica d’avanguradia nell’individuare nuovi fattori e meccanismi. Osservando semplicemente la sequenza del DNA di nocte, nessuno avrebbe potuto prevedere la funzione di questo genen o degli organi cordotonali nella sincronizzazione legata alla temperatura.”

Hanno partecipato allo studio anche i ricercatori dell’Istituto di zoologia dell’Università di Regensburg, in Germania.

Per maggiori informazioni, visitare:

Neuron:
http://www.cell.com/neuron/

EUCLOCK:
http://www.euclock.org/