Ritmi da Nobel: come funzionano i ritmi circadiani?

ATTUALITÀ – Ha fatto il giro del web la foto assonnata di Michael Rosbash quando gli è giunta la notizia dall’altra parte del mondo, di aver vinto il prestigioso premio Nobel per la medicina. “Sembra che il ritmo biologico del neo premiato sia stato disturbato dalla notizia!” scherza l’account twitter dell’Accademia Svedese.

It seems that 2017 Medicine Laureate Michael Rosbash’s daily biological rhythm has been disturbed by the news – stay tuned for interview! pic.twitter.com/AZ4qaByc59

— The Nobel Prize (@NobelPrize) October 2, 2017

L’elemento ironico sta nel fatto che le ricerche dei neo vincitore vertono proprio sullo studio dei ritmi circadiani (ritmo caratterizzato da un periodo di circa 24 ore). Si tratta dei meccanismi che regolano l’orologio biologico, che si mantiene sincronizzato con il ciclo naturale – per esempio del giorno e della notte – grazie a stimoli naturali come la temperatura e la luce e a stimoli sociali come mangiare o coricarsi sempre a determinati orari.

Nel corso dei decenni gli scienziati hanno chiarito sempre di più il ruolo dei ritmi circadiani nella salute del nostro organismo. Il nostro personale orologio circadiano infatti anticipa e adatta la nostra fisiologia alle diverse fasi della giornata, aiutando a regolare il sonno, il comportamento alimentare, il rilascio degli ormoni, la pressione sanguigna e la temperatura corporea.
Quando c’è una disallineazione temporanea tra il nostro ambiente esterno e questo orologio biologico interno – per esempio quando viaggiamo in diverse zone temporali e sperimentiamo jet lag – il nostro benessere ne risente. Ci sono inoltre indicazioni che lo sfasamento cronico tra il nostro stile di vita e il ritmo dettato dal nostro timer interno è associato a un aumento del rischio per diverse malattie.

Il contributo di Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash e Michael W. Young è stato quello di aver spiegato i principali meccanismi di questi fenomeni, noti sin dal XVIII secolo, chiarendo le funzioni interne dell’orologio biologico. In particolare le loro scoperte sono servite a capire come le piante, gli animali e gli esseri umani adattano il loro ritmo biologico in modo che sia sincronizzato con le rivoluzioni della Terra.

E – da genetisti – lo hanno fatto usando la genetica. Hanno infatti isolato un gene che controlla il normale ritmo biologico quotidiano, dimostrando che codifica una proteina che si accumula nella cellula durante la notte, per poi essere dispersa durante il giorno.

La cronobiologia – la branca che studia questi fenomeni – esiste da oltre 40 anni. Già negli anni Settanta del secolo scorso Seymour Benzer e il suo allievo Ronald Konopka provarono a indagare la possibilità di identificare i geni che controllano il ritmo circadiano nelle mosche della frutta. I due scienziati riuscirono a dimostrare che le mutazioni in un gene sconosciuto interrompevano l’orologio circadiano delle mosche. Ma come questo gene agisse in questi animali rimaneva ancora una domanda aperta.

Fino al 1984, quando Jeffrey Hall e Michael Rosbash, che lavoravano insieme all’Università Brandeis di Boston, e Michael Young presso l’Università di Rockefeller a New York, sono finalmente riusciti a isolare il gene in questione, che chiamarono period. I ricercatori hanno scoperto che PER, la proteina codificata da questo gene, si accumulava nel nucleo della cellula durante la notte per poi essere dispersa durante il giorno. In questo modo, i livelli di proteine PER oscillano su un ciclo di 24 ore, in sincronia – appunto – con il ritmo circadiano.

Ora la nuova domanda a cui gli scienziati dovevano rispondere è: se la proteina PER si accumula nel nucleo della cellula durante la notte, da dove arriva? A rispondere è stato proprio Michael Young nel 1994, scoprendo un secondo gene che codifica questa volta la proteina TIM necessaria per un normale ritmo circadiano. Quando TIM si lega a PER, le due proteine insieme sono in grado di entrare nel nucleo cellulare.
Inoltre, sempre Michael Young ha identificato un altro gene, che codifica una terza proteina, DBT, che ritarda l’accumulo della proteina PER. In altre parole, l’identificazione di queste proteine ha fornito informazioni sull’origine di questa oscillazione e di come sia strettamente corrispondente a un ciclo di 24 ore.

Gli altri premi Nobel del 2017:

Premio Nobel per la Fisica alle onde gravitazionali

Premio Nobel per la Chimica alla microscopia crioelettronica

Premio Nobel per la Letteratura a Kazuo Ishiguro

Premio Nobel per la Pace all’abolizione delle armi nucleari

Premio Nobel per l’Economia all’economia comportamentale

@CristinaDaRold

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