Uno sguardo ai meccanismi della mente

Inside Neuroscience

30 luglio 2008 - 5:54 pm

Che ore sono?

Molti dei nostri processi biologici sono regolati da ritmi regolari. Il nostro cuore batte circa 70 volte al minuto,  molti ormoni vengono prodotti dal cervello ad intervalli regolari di 2-3 ore, e così via. Oltre a questi ritmi, spesso chiamati “ultradiani” (cioè che si ripetono più di una volta al giorno) esistono però dei ritmi “circadiani” cioè che si ripetono con cicli di un giorno, che regolano ad esempio il fatto che – normalmente – siamo attivi di giorno e dormiamo di notte. La luce gioca quindi un ruolo estremamente importante nel controllare queste funzioni.
Una delle aree che si ritengono essere più importanti per il controllo dei ritmi circadiani è il nucleo soprachiasmatico (SCN), una regione cerebrale che riceve afferenze anche dalla retina ed è quindi in grado di processare le informazioni sull’orario attuale (giorno/notte).
Oggi vi parlerò di un interessante studio pubblicato qualche anno fa su Nature, nel quale si analizzava il ruolo di due geni importanti per il mantenimento di questi ritmi, chiamati cry1 e cry2.
La scoperta dei geni cry è già di per se molto interessante. Sono stati infatti scoperti come omologhi di geni che codificano per i criptocromi, pigmenti sensibili alla luce blu presenti in alcune piante e responsabili di processi quali la fioritura in determinati periodi dell’anno. Ma a cosa servono in un mammifero?
Lo studio di van der Horst e colleghi analizza il comportamento di topi knockout (KO) per questi geni, ossia topi a cui sono stati rimossi questi determinati geni. Quando confrontati con animali normali, infatti, i topi knockout per i geni cry presentano ovvie anomalie.

Ritmi circadiani di topi wt vs Cry1/2 KO

L’immagine qui sopra mostra l’attività di topi normali e KO per i geni cry. Le barrette nere indicano l’attività motoria dei topi, lo sfondo bianco indica luce e grigio indica buio. I topi normali (pannello a) sono animali notturni e come tali mostrano attività motoria di notte e non di giorno. L’attività motoria ha un periodo di circa 24 ore. Come si può notare dalla parte bassa del pannello a, anche mettendo i topi in condizioni di buio costante, il ritmo circadiano rimane inalterato.
I topi KO per cry1, (pannello b) invece, mostrano un periodo più breve (di 22.5 ore). Questo viene evidenziato solo quando vengono messi in condizioni di buio costante, mentre in presenza di cicli luce/buio normali (12h/12h) si comportano normalmente. Notare come la periodicità rimanga, ne viene solo alterata la lunghezza.
Opposta situazione avviene nei KO per cry2 (pannello c), che invece hanno un periodo più lungo (24.6 ore) e quindi in condizioni di buio completo sono sfasati pian piano “in avanti”. In presenza di singoli KO, tuttavia, una delle due proteine potrebbe compensare, almeno in parte per l’altra.
Quando vennero invece analizzati i doppi KO (che quindi mancano sia di cry1 che di cry2), si notarono due interessanti fenomeni. Innanzitutto i topi avevano ancora una marcata attività circadiana in condizioni di luce/buio (pannello f), indicando che altri sistemi, oltre a cry1/2 possono modulare questi processi. In oltre, in condizioni di buio totale, invece, si ottiene un’immediata perdita di questo ritmo, e l’attività motoria diventa irregolare. I pannelli d ed e, mostrano situazioni intermedie in cui viene mantenuta solo una copia di cry1 o di cry2.
Questi risultati, nel complesso, indicano che il corretto bilanciamento dell’attività di questi due geni è necessario per ottenere un corretto ritmo circadiano.
Ritmi circadiani di topi wt vs Cry1/2 KO
Infine, a conferma di quanto appena detto, si può osservare che quando si fa passare un topo normale (pannello a) tra due diversi regimi di luce/buio, si nota solo un lento adattamento dell’attività motoria al nuovo “pattern”. I KO per cry1/2, invece, mostrano un immediato cambiamento nell’attività (pannelli c e d).
Molta strada è stata fatta negli ultimi anni per comprendere questi fenomeni, ma c’è ancora molto da studiare e l’argomento è sicuramente affascinante.
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