Il ritmo circadiano è fondamentale, in salute e in malattia

Il ritmo circadiano è un ciclo di 24 ore che fa parte dell’orologio interno del nostro corpo e guida tutti quei cambiamenti (fisici, mentali e comportamentali) che permettono all’organismo di adattarsi alle variazioni dell’ambiente esterno. Ne abbiamo parlato qui.

Uno dei ritmi circadiani più importanti e conosciuti è il ciclo sonno-veglia, correlato al segnale ambientale luce-oscurità; altri esempi sono il comportamento alimentare, la temperatura corporea, i livelli ormonali.
A livello molecolare, i ritmi circadiani sono regolati da una serie di geni e da un sistema ciclico di feedback che coinvolge la trascrizione e la sintesi proteica delle cellule.

Mirco Martino è al Karolinska Institutet di Stoccolma per studiare i meccanismi cellulari che controllano il nostro ritmo circadiano.

Nome: Mirco Martino
Età: 30 anni
Nato a: Taranto
Vivo a: Stoccolma (Svezia)
Dottorato (in corso): medicina (Stoccolma)
Ricerca: Ritmo circadiano e architettura 3D della cromatina, a livello fisiologico e patologico
Istituto: Department of Oncology-Pathology, Karolinska Institutet (Stoccolma)
Interessi: sono capo scout, cucinare, karate, tennis, stare con gli amici
Di Stoccolma mi piace: la natura incontaminata, i colori dell’atmosfera
Di Stoccolma non mi piace: la lingua, è difficile integrarsi nella cultura svedese
Pensiero: Lascia il mondo migliore di come l’hai trovato. Guida da te la tua canoa. (Baden Powel)

Quanto è importante il ritmo circadiano per la salute del nostro corpo?

Il ritmo circadiano influenza tutti gli aspetti della nostra vita e c’è una vera e propria sincronizzazione tra attività interne e input esterni. È molto importante che tutto sia allineato perché alterazioni nel ritmo circadiano possono essere correlate a patologie. Ci sono studi che dimostrano come i lavoratori notturni hanno un rischio maggiore di sviluppare malattie come diabete, obesità, sindromi metaboliche e malattie cardiovascolari.

Questo succede perché il ritmo sonno-veglia e il ciclo luce-buio non sono più sincronizzati. Normalmente, la sera il corpo si prepara e adatta il suo comportamento alla condizione di oscurità; se lavoriamo, teniamo la luce accesa o mangiamo, i segnali che arrivano dall’esterno sono opposti rispetto a quelli interni e i processi di regolazione si sbilanciano.

Dobbiamo dire addio allo spuntino di mezzanotte?

Mangiare di notte non fa bene perché stiamo dando ad alcuni apparati, come quello digerente, input tipici del giorno e alteriamo il loro equilibrio.

A questo proposito è stato fatto un interessante studio sui topi: su quattro gruppi, a due è stata data una dieta ricca in grassi e agli altri due una dieta salutare normale. Tra i topi con la stessa dieta, a un gruppo è stato lasciato sempre il cibo a disposizione e all’altro il cibo veniva dato a determinate ore e solo di giorno. Si è visto che un’alimentazione a orari precisi del giorno, anche se ricca in grassi, aveva effetti molto più positivi sull’organismo rispetto alla stessa dieta data ad libitum.

A livello molecolare, quali sono gli effetti del ritmo circadiano?

Ogni cellula del nostro organismo ha un proprio ritmo circadiano. Chiaramente, poi ogni organo o tessuto è sensibile a segnali esterni diversi.

Come facciano i ritmi circadiani di organi diversi a comunicare e sincronizzarsi tra loro è ancora poco chiaro. La teoria attualmente più un voga paragona il corpo a un’orchestra in cui ciascun ritmo circadiano può essere indipendente e funzionare come singolo musicista ma anche sincronizzarsi armoniosamente con gli altri elementi. Il maestro d’orchestra è il nucleo superchiasmatico del nostro cervello, elemento sensibile alla luce e perciò principale connessione con il mondo esterno. Il maestro d’orchestra crea la perfetta armonia tra i vari musicisti (o organi del nostro corpo).

Qualche anno fa, il gruppo di ricerca di cui faccio parte ha scoperto una cosa molto interessante sui meccanismi molecolari dei ritmi circadiani. Si è visto che alcuni geni coinvolti nel ritmo circadiano non sono fissi all’interno del nucleo, ma la loro posizione cambia in base al ciclo del giorno. Quando sono attivi e devono funzionare, si posizionano al centro del nucleo; quando sono spenti, si spostano alla periferia del nucleo e vengono disattivati.

Come avviene questo movimento?

Ancora non sappiamo i dettagli del fenomeno. Lo spostamento è stato visto facendo delle specie di fotografie istantanee alle cellule ogni 4 ore e valutiamo la probabilità di localizzare i geni in un determinato punto. Una parte della mia attuale ricerca è concentrata sul creare un video di questo spostamento per vedere esattamente come si muove un gene in una certa cellula nell’arco delle 24 ore. Per ottenere questa visualizzazione in real time uso la tecnica CRISPR un po’ modificata in modo da associare ai geni di interesse un segnale fluorescente che può essere seguito al microscopio.

Poi sarebbe interessante capire come e perché si muovono. Finora abbiamo scoperto che due particolari proteine CTCF e PARP1 sono indispensabili per questo movimento.

Quali sono le prospettive future del tuo lavoro?

Ho diversi progetti in piedi. Da dati preliminari sembra che CTCF e PARP1 abbiano le stesse funzioni dei più famosi orologi interni CLOCK, Cry, Per e BMAL1. Vorrei studiare più approfonditamente il ruolo di CTCF e PARP1 per capire se alcune patologie possono essere associate a un loro intervento nel ritmo circadiano al posto di CLOCK, Cry, Per e BMAL1.

Un altro progetto riguarda il gene gating, il fenomeno per cui i geni che stanno per essere trascritti si avvicinano ai pori nucleari e ciò facilita la rapida esportazione dell’mRNA nascente. Nelle cellule tumorali, ci sono dei cosiddetti super-enhancer in grado di accelerare l’esportazione dei neotrascritti e portare a un aumento di mRNA nel citoplasma. In particolare, questo meccanismo è stato dimostrato per l’mRNA di myc, oncogene importante nello sviluppo dei tumori. Vorrei studiare il gene gating mediato da questi super-enhancer e la possibile relazione con il ritmo circadiano.

Mettendo assieme i dati di tutti questi progetti si potrebbe capire qualcosa di più sul funzionamento dei ritmi circadiani. E magari scoprire se il malfunzionamento degli orologi biologici ha un effetto a livello patologico che è possibile bloccare per ripristinare la condizione fisiologica.

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