14.02.2005
La melatonina governa gli steroidi negli uccelli
Induce l'espressione dell'ormone cerebrale che inibisce la gonadotropina 

La melatonina, un ormone noto per regolare il sonno, potrebbe anche controllare certi aspetti della riproduzione in alcune specie di uccelli. Lo sostiene uno studio pubblicato sulla rivista "Proceedings of the National Academy of Sciences".
La produzione di steroidi sessuali (estrogeno, progesterone e testosterone) è favorita dall'ormone che stimola il rilascio di gonadotropina ed è indirettamente inibita da un ciclo di feedback negativo nel quale gli steroidi sessuali limitano la loro stessa produzione. Kazuyoshi Tsutsui dell'Università di Hiroshima e colleghi hanno indagato sul ruolo della melatonina nell'espressione di un ormone cerebrale chiamato GnIH (ormone inibitore della gonadotropina).
I ricercatori hanno manipolato i livelli di melatonina negli uccelli, rimuovendo le fonti di questa sostanza. In assenza di melatonina, l'espressione di GnIH è calata. Restaurando la melatonina in questi animali, anche i livelli di GnIH tornavano normali. Inoltre, l'espressione di GnIH aumentava quando gli uccelli erano esposti a brevi fotoperiodi diurni, composti da 8 ore di luce e da 16 ore di oscurità al giorno. Questi risultati suggeriscono che la melatonina ha la capacità, in precedenza sconosciuta, di regolare gli ormoni che governano la maturazione e il comportamento sessuale, e che i cambiamenti stagionali nei livelli di melatonina possono influenzare gli schemi di accoppiamento. Inoltre, la scoperta suggerisce che anche altri sistemi di sostanze chimiche cerebrali potrebbero essere influenzate dalla melatonina allo stesso modo.

Takayoshi Ubuka, George E. Bentley, Kazuyoshi Ukena, John C. Wingfield, Kazuyoshi Tsutsui, "Melatonin induces the expression of gonadotropin-inhibitory hormone in the avian brain". Proceedings of the National Academy of Sciences (2005).



La temperatura del cervello influenza l’orologio biologico
Il ritmo circadiano è gestito dalle cellule del nucleo soprachiasmatico 

Secondo una teoria proposta da Erik Herzog, docente di biologia dell’Università di Washington di St. Louis, il miglior modo di superare il jet lag sarebbe quello di modificare la temperatura del proprio cervello. Herzog ha infatti scoperto che l’orologio biologico dei topi risponde direttamente ai cambiamenti di temperatura dei neuroni.
Gli orologi biologici, che regolano il ritmo circadiano, sono presenti in quasi tutti gli organismi viventi. Nei mammiferi, compresi gli esseri umani, sono responsabili per esempio dei cicli di attenzione e dei livelli ormonali nell’arco delle 24 ore. Il “pannello di controllo” di questi ritmi giornalieri è costituito dal nucleo soprachiasmatico (NSC), situato nell’ipotalamo e normalmente sincronizzato al tempo locale per mezzo di segnali luminosi trasportati dai nervi ottici.
Herzog ha lavorato direttamente con cellule del NSC di topi in vitro. “Abbiamo scoperto - afferma il ricercatore - che possiamo modificare molto rapidamente la fase dell’orologio biologico, spostando la sua sincronizzazione verso un nuovo fuso orario”. I risultati della ricerca, finanziata dal National Institute of Mental Health (NIMH) degli Stati Uniti, sono stati pubblicati sulla rivista “Journal of Neurophysiology”.
La scoperta potrebbe avere significative implicazioni future. Se la temperatura del cervello potesse essere controllata, i viaggiatori potrebbero dire addio ai disagi dovuti al jet lag. Secondo Herzog, la temperatura del cervello è relativamente indipendente dalla temperatura ambientale, ma può essere modificata dall’attività fisica, dalla febbre, o da farmaci come aspirina e melatonina, già usata per ridurre gli effetti del jet lag.



02.05.2000
I segreti biochimici dell'orologio biologico
Uno studio su criceti portatori di una anomalia genetica e le sue ripercussioni in campo umano

Dalla Northwestern University a «Science» del 21 aprile una scoperta rivelatrice sui meccanismi che regolano i ritmi circadiani. Un gruppo di ricerca esperto in fisiologia e neurobiologia ha identificato un enzima che riveste un ruolo chiave nel funzionamento del cosiddetto orologio biologico. Sicuramente in quello del criceto dorato ma, secondo gli scienziati, probabilmente anche nell'uomo. Nei mammiferi il ciclo temporale che regola l'alternarsi di sonno e veglia come di altre funzioni e attività, dipende da reazioni biochimiche che hanno luogo all'interno delle cellule e che assumono un andamento ciclico grazie a un complesso programma a feedback. Sono delle proteine nucleari attivate ad avviare il processo: le CLOCK-BMAL1 «accendono» dei geni responsabili della produzione di altre proteine che si accumulano nel citoplasma fino a un livello limite che fa scattare il feedback negativo sulle CLOCK-BMAL1; la sintesi proteica quindi si arresta e la concentrazione citoplasmatica delle proteine prodotte decresce via via; l'effetto inibitorio da esse esercitato viene meno e così il ciclo può ricominciare. Il tutto richiede esattamente 24 ore, la durata di un ciclo sonno-veglia. La scoperta della funzione di un particolare enzima, la casein-chinasi I epsilon (CKIe), in questo processo è venuta dallo studio di un'anomalia genetica che nei criceti della specie «Mesocricetus auratus» porta a un accorciamento della durata del ritmo circadiano. I criceti portatori di questa mutazione nella forma eterozigote hanno un ciclo di 22 ore, mentre gli omozigoti hanno un ciclo di 20 ore. Lo studio genetico dei ceppi mutanti ha permesso di localizzare il difetto genico sui cromosomi: esattamente in corrispondenza del gene che codifica per la casein-chinasi I. La regione cromosomica del CKIe del criceto dorato presenta somiglianze con tratti del cromosoma 15 del topo e del cromosoma 22 dell'uomo. Una normale attività enzimatica regola probabilmente il sistema di controllo a feedback in modo tale da far durare il ciclo 24 ore. L'analisi funzionale ha evidenziato infatti che l'enzima interagisce con le proteine citoplasmatiche che fanno «ripartire» l'orologio. Secondo i ricercatori, queste informazioni potrebbero avere grande importanza in campo umano per la comprensione di alcune alterazioni dei ritmi circadiani, come il jet-leg, le anomalie del ciclo sonno-veglia, o i disturbi del tono dell'umore ad andamento periodico.



06.04.2001
Orologi cerebrali
I ricercatori hanno anche dimostrato che negli animali esiste un rapporto fra la lunghezza del ciclo circadiano e il picco di attività dell'animale 

Studiando alcuni topi il cui cervello contiene un gruppo di neuroni che producono cicli circadiani normali e più lunghi del normale, un gruppo di ricercatori ha iniziato a capire come queste cellule sincronizzino il loro comportamento per controllare l'orologio biologico del corpo. Questi esperimenti rappresentano l'inizio di una nuova linea di ricerca, che procede oltre la scoperta dei geni che producono l'equipaggiamento necessario al funzionamento dell'orologio biologico per esplorare come le cellule del cervello interagiscono per generare i ritmi circadiani.
La maggior parte degli orologi biologici opera su un ciclo di 24 ore che governa varie funzioni dell'organismo, come il sonno e la temperatura corporea. Nei mammiferi, la maggior parte dei componenti dell'orologio circadiano risiede in alcuni neuroni del nucleo suprachiasmatico del cervello, in componenti molecolari dell'orologio vengono ricaricati ogni giorno dagli effetti della luce e di altri stimoli.
In un articolo pubblicato su «Cell», due ricercatori dello Howard Hughes Medical Institute hanno riferito di aver creato oltre 200 topi distinti i cui nuclei suprachiasmatici hanno rapporti diversi di neuroni circadiani normali e mutanti, con periodi fino a 29 ore. Da precedenti studi, si sapeva che le cellule possono produrre un'oscillazione circadiana in modo autonomo, anche in provetta e, inoltre, che la mutazione dell'orologio riduce l'ampiezza e allunga il ciclo dei singoli neuroni.
Mentre in alcuni topi sono state le cellule più numerose a determinare il ritmo, in altri in cui le proporzioni erano intermedie anche il ciclo di attività è risultato tale, generalmente fra le 25 e le 27 ore. Poiché il ciclo è risultato in ogni caso stabile e coerente, questo significa che le cellule devono avere trovato un modo di sincronizzarsi tra di loro.
Non solo, i ricercatori hanno anche dimostrato che negli animali esiste un rapporto fra la lunghezza del ciclo e il picco di attività dell'animale. In pratica, gli animali con il ciclo più lungo, anche nelle ore di veglia, risultano meno attivi degli altri.



 14.01.2001
Identificato il gene dei ritmi circadiani
Il risultato è il primo passo per lo sviluppo di nuovi farmaci regolatori 

I ricercatori dell'Università dello Utah di Salt Lake City hanno identificato il primo gene implicato nella definizione dei ritmi circadiani umani.
La vita dell’uomo, come quella degli altri esseri viventi, è scandita da un orologio interno, caratterizzato da una periodicità di circa ventiquattro ore. Tale orologio sovrintende a molte attività dell’organismo, come l’alternarsi del sonno e della veglia o il consumo dei pasti, ed è regolato sia da fattori ambientali sia fisiologici.
L’individuazione del gene responsabile dei ritmi circadiani è avvenuta già nei moscerini della frutta, nei topi e in altre specie. Gli umani sembrano avere geni equivalenti, ma finora non c’è stata una prova diretta che tali geni possano aiutare realmente a mantenere i ritmi dell’orologio fisiologico.
Spesso il miglior modo di trovare un gene è di indagare su un disturbo, una tecnica adottata anche dal gruppo dell'Università dello Utah, guidato da Ying-Hui Fu. Fu, infatti, ha esaminato una estesa famiglia che soffre di una raro disturbo chiamato «sindrome di fase di sonno avanzata famigliare» che ogni giorno sposta in avanti di quattro ore il momento del sonno.
Dalle analisi del DNA dei membri della famiglia, i ricercatori hanno potuto individuare nel tratto finale del cromosoma 2 il sito più probabile per il gene difettoso.
Il risultato – riportato dal sito di «Science» – è che la maggior parte dei membri della famiglia afflitti dal disturbo ha una mutazione in un gene chiamato hPer2. Tale difetto non si presenta invece in nessun membro sano della famiglia.
«Si tratta – ha commentato Joseph Takahashi, genetista presso la Northwestern University di Evanston, nell’Illinois – del primo esempio di un gene dell’orologio circadiano di un uomo. La scoperta è di enorme importanza.»
Come primo passo verso lo sviluppo di farmaci che possano rallentare o accelerare l’orologio, Fu e i suoi colleghi stanno ora cercando molecole che interagiscano con la proteina costruita dalla hPer2.