SALUTEULISSE

Un orologio biologico

SALUTE – Ritmi circadiani. Sicuramente ne avrete sentito parlare un paio di settimane fa in occasione del ritorno all’ora solare. Tutti, o quasi tutti, i telegiornali hanno trasmesso servizi in cui venivano dati consigli per “aiutare il proprio organismo ad adattarsi al cambio di orario e all’arrivo del buio invernale”. Il nostro organismo ha infatti un sistema di regolazione interno che funziona proprio come un orologio, lo stesso sistema che causa i problemi di jet-lag.

Brian Crane e colleghi hanno studiato la struttura di una delle proteine chiave che regola la risposta alla luce, proprio come un interruttore in grado di attivare la risposta agli stimoli luminosi e l’alternanza buio-luce. Capire come funzionano questi processi è importante perché hanno un ruolo significativo in patologie come l’Alzheimer e le loro alterazioni possono avere effetti sulla salute, ad esempio favorendo la progressione tumorale, i disturbi del sonno e patologie psichiatriche.

Mentre i meccanismi circadiani sono complessi e difficili da studiare negli esseri umani, molti dei loro componenti chiave sono conservati anche a livello di specie diverse, come la Drosophila, che serve come organismo modello per capirne la regolazione.  La proteina comparsa sulle pagine dell’ultimo numero di Nature, chiamata criptocromo (dCRY), svolge un ruolo chiave negli orologi circadiani, che raccoglie gli stimoli della luce naturale e permette all’organismo di regolare il proprio ritmo su un ciclo di 24 ore.

Gli orologi circadiani sono di fondamentale importanza per la fisiologia di organismi evolutivamente molto diversi come cianobatteri e gli esseri umani. Tutti gli attuali modelli molecolari che spiegano il fenomeno si basano sul loop di trascrizione-traduzione a livello cellulare, e cioè su come la cellula regola la produzione di proteine in specifici momenti.

Nella Drosophila il meccanismo principale attualmente conosciuto, coinvolge quattro tipi di proteine​​. Due proteine ​​negative agiscono come inibitori, sopprimendo altre due proteine che hanno invece un ruolo positivo. Senza questa soppressione, le proteine ​​”stimolanti” attiverebbero costantemente i geni che innescano eventi di segnalazione e in ultima analisi, il controllo del ritmo diurno dell’organismo. La proteina dCRY agisce proprio come controllore di questo meccanismo. In presenza della luce, dCRY entra in azione e si lega alle proteine inibitorie causandone la degradazione, facendo ripartire l’orologio biologico.
Per la prima volta oggi conosciamo la struttura tridimensionale di dCRY. Studi precedenti hanno dimostrato che le proteine ​​dCRY, e quindi i ritmi circadiani, perdono la loro funzione quando la porzione C-terminale viene rimossa (cioè la parte finale della sequenza che costituisce la proteina). Proprio con l’identificazione struttura 3D, i ricercatori hanno scoperto che è proprio la parte C-terminale della proteina a legarsi alle proteine repressorie e che il cambiamento della struttura che le rende attive è provocato dal legame con un’altra piccola molecola chiamata Flavin.
I criptocromi sono importanti anche perché sono evolutivamente legati agli enzimi chiamato fotoliasi, che utilizzano la luce per riparare i danni al DNA causati dalle radiazioni ultraviolette della luce del sole.

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