L’OROLOGIO IPOTALAMICO
RICHIEDE CONTINUI SEGNALI VIP
Il nucleo soprachiasmatico
dell’ipotalamo
svolge la funzione di orologio biologico dell’intero organismo nella
regolazione dei ritmi circadiani (dal latino circa dies, ossia con una
periodicità costante nell’arco di circa ventiquattro ore) inviando alle cellule
bersaglio segnali temporali che ne registrano l’attività secondo precise
cadenze, con conseguenti effetti di modulazione su tutti i processi metabolici
e di segnalazione. E’ stato dimostrato il suo diretto controllo sui cicli sonno/veglia,
e su quelli della temperatura corporea, della concentrazione ematica di molti
ormoni, della secrezione renale, dell’attività motoria e di numerosi altri
parametri fisiologici.
Il nucleo soprachiasmatico è una piccola formazione grigia
situata nell’area ipotalamica contigua al chiasma ottico e caratterizzata da un
tipico dimorfismo sessuale. I suoi neuroni sono distinti in due raggruppamenti
morfo-funzionali: la porzione ventrolaterale, costituita da cellule immunoreattive per il peptide vasoattivo
intestinale (VIP), e quella dorsomediale, immunoreattiva per l’arginin-vasopressina
(AVP).
Una peculiarità, che rende i gruppi
neuronici del nucleo
soprachiasmatico adatti al compito di temporizzatori, è costituita dalla loro
tendenza spontanea a sincronizzarsi. Questa proprietà è ben nota, tuttavia
finora non è stato individuato il meccanismo fisiologico che ne consente l’espressione.
Uno studio, condotto da Maywood E.
S. e collaboratori, fornisce alcune importanti evidenze sul meccanismo
sottostante le proprietà di sincronizzazione e rilevamento dei tempi da parte
dell’orologio circadiano soprachiasmatico (Synchronization and maintenance
of timekeeping in suprachiasmatic circadian clock cells by neuropeptidergic
signaling. Curr. Biol. 16, 599-605, 2006).
In precedenti ricerche era stato
dimostrato un rapporto fra la segnalazione VIP e i ritmi circadiani, per cui il
gruppo di Maywood ha indagato questa associazione studiando l’espressione del
gene period (Per) in topi privi del recettore 2
per il VIP (VIPR2). Nei topi normali l’espressione
di Per è controllata a feed-back da un
meccanismo che determina una periodicità di 24 ore fra i due picchi di
espressione. I ricercatori hanno usato un Per1-transgene contenente un reporter bioluminescente
e, in tempo reale, hanno misurato la quantità di luce emessa dalle sezioni di nucleo soprachiasmatico in coltura nel corso di vari
giorni.
I neuroni provenienti dai topi
mancanti del recettore VIPR2, confrontati con quelli dei topi normali, presentavano una minore
bioluminescenza ed una periodicità imprecisa. La perdita della segnalazione VIP riduceva l’espressione del gene Per e la sincronia mantenuta dall’attività
degli interneuroni della porzione ventrolaterale del nucleo soprachiasmatico.
In successivi esperimenti Maywood
e i suoi collaboratori hanno dimostrato che l’espressione del gene Per e la sincronia dipendono dalla
depolarizzazione. Infatti, sospendendo per un certo numero di giorni la
depolarizzazione, i neuroni progressivamente perdevano la sincronia e i livelli
di espressione di Per diminuivano bruscamente.
Questi dati sembrano indicare
chiaramente che la sincronia “spontanea” dei neuroni del nucleo soprachiasmatico
richiede la costante segnalazione da parte del VIP e, per il mantenimento della
sincronia dell’intero comparto ventromediale, è necessaria la continua
trasmissione di segnali fra interneuroni.
I risultati emergenti da questo
lavoro ci appaiono come un passo in avanti notevole nella comprensione degli
intricati meccanismi che, attraverso un gioco di sincronie, contribuiscono ad
adattare l’organismo all’ambiente.
L’autrice della nota ringrazia Isabella
Floriani per la correzione della bozza.