I vincitori del Premio Nobel per la Medicina 2017: Jeffrey C. Hall (1945), Michael Rosbash (1944) e Michael W. Young (1949)(Immagine: Nobel Prize Foundation).
Andare a tempo
Quello del ritmo circadiano è un meccanismo chiave per la sopravvivenza degli esseri viventi, perché permette loro di adattarsi ai cambiamenti dell’ambiente. Il termine circadiano deriva dal latino circa e dies (“intorno” e “giorno”) e si riferisce al fatto che molti parametri fisiologici oscillano nel corso della giornata in un intervallo di valori fisiologici. Queste oscillazioni seguono un preciso andamento e si ripetono più o meno uguali ogni 24 ore, come si può osservare nei cicli sonno-veglia, nelle abitudini alimentari, nella produzione di ormoni e nella secrezione di melatonina. Un simile andamento periodico si può riscontrare anche in parametri facilmente misurabili, come la pressione sanguigna o la temperatura corporea. Questo orologio interno dimostra quindi la stretta sinergia tra la vita degli esseri viventi e l’ambiente in cui vivono.Che cosa scandisce il ritmo dell’orologio interno?
Che gli esseri viventi, dalle piante agli animali, siano in grado di adattarsi al ritmo del giorno e della notte è una osservazione di vecchia data. Ma capire come l’orologio biologico interno si possa sincronizzare con quello dell’ambiente è tutta un’altra cosa. A lungo i ricercatori hanno cercato di trovare un nesso, ma senza fortuna. La svolta è arrivata nel 1984 con gli studi degli scienziati vincitori del Nobel: al tempo, Jeffrey Hall e Michael Rosbash lavoravano entrambi alla Brandeis University di Boston, mentre Michael Young stava svolgendo esperimenti analoghi alla Rockefeller University di New York. I loro destini si sono uniti quando, in modo indipendente, hanno scoperto le funzioni di un gene in grado di regolare il ritmo circadiano di D. melanogaster. Il gene, chiamato in modo evocativo period, codifica per una proteina (PER) che viene prodotta in grandi quantità durante le ore di luce ma poi viene degradata durante la notte. Questo andamento di PER è in perfetta sincronia con il ciclo di 24 ore del giorno. Studi successivi hanno poi dimostrato che il gene per è al centro di un ingranaggio molecolare molto più complesso, cui prendono parte anche i geni timeless (tim), doubletime (dbt) e cryptochrome (cry): quest'ultimo codifica per la proteina CRY che è sensibile alla luce e permette quindi di sincronizzare l'orologio interno con il momento della giornata.
Le vie molecolari alla base della regolazione del ritmo circadiano nelle cellule (Immagine: Nobel Prize Foundation).
Risincronizzare l’orologio
Conoscere le basi del ritmo circadiano significa dischiudere uno dei più affascinanti meccanismi con cui gli esseri viventi si adattano all'ambiente e modificano in modo prevedibile il proprio comportamento. Queste scoperte potrebbero aiutare anche a comprendere meglio alcune malattie in cui l’oscillazione giornaliera di parametri fisiologici è alterata. Basta aver fatto un lungo volo intercontinentale e aver provato gli effetti del jet lag per sapere che l’alterazione del ritmo circadiano incide sul nostro benessere. Se però dopo un lungo volo le cose tornano rapidamente nella norma, in alcune malattie il ritmo circadiano potrebbe rimanere continuamente sfasato, con gravi ripercussioni sulla produzione di ormoni oppure sul metabolismo. Guardando al futuro, queste scoperte potrebbero essere utili anche al di fuori dei confini del nostro pianeta: i parametri fisiologici degli astronauti in orbita sono continuamente monitorati, ma per le missioni più audaci - come l’esplorazione di Marte - sarà importante prevedere come il ritmo circadiano umano reagisce a ritmi ambientali diversi da quelli terrestri.
Per chi volesse sapere qualcosa di più sul premio Nobel di quest'anno, sul sito Nobelprize.org è disponibile un file di approfondimento, scaricabile liberamente da questo link.
