Lunedì la comunità cronobiologica ha ricevuto uno dei più alti riconoscimenti: il Premio Nobel per la fisiologia o la medicina è stato assegnato a tre americani per le loro scoperte su come gli orologi interni e i ritmi biologici regolano la vita umana.

Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash e Michael W. Young hanno ricevuto il premio “per le loro scoperte sui meccanismi molecolari che controllano il ritmo circadiano”, ha dichiarato la Fondazione Nobel. Il lavoro del trio spiega come piante, animali ed esseri umani adattino i loro ritmi biologici in sincronia con le rotazioni della Terra.

Identificati i geni dell’orologio interno

Secondo la sintesi della scoperta, l’Assemblea dei Nobel al Karolinska Institutet:

“Utilizzando i moscerini della frutta come organismo modello, i premi Nobel di quest’anno hanno isolato un gene che controlla il normale ritmo biologico quotidiano. Hanno dimostrato che questo gene codifica una proteina che si accumula nella cellula durante la notte e viene poi degradata durante il giorno. Successivamente, hanno identificato altri componenti proteici di questo macchinario, svelando il meccanismo che regola l’autosostentamento dell’orologio all’interno della cellula. Ora sappiamo che gli orologi biologici funzionano secondo gli stessi principi nelle cellule di altri organismi multicellulari, compresi gli esseri umani.

“Con squisita precisione, il nostro orologio interno adatta la nostra fisiologia alle diverse fasi del giorno. L’orologio regola funzioni critiche come il comportamento, i livelli ormonali, il sonno, la temperatura corporea e il metabolismo”.

Le origini nel 18° secolo

Quando l’astronomo Jacques d’Ortous de Mairan studiò le piante di mimosa nel^XVIII secolo, scoprì che le foglie della pianta si aprono verso il sole durante il giorno e si chiudono al tramonto, scoprendo così che le piante hanno un proprio orologio biologico. Ciò ha portato a scoprire che anche gli esseri umani e gli animali hanno un orologio biologico e fluttuazioni fisiologiche giornaliere. Questo adattamento quotidiano è chiamato ritmo circadiano.

L’orologio interno controlla una serie di funzioni corporee

I premi Nobel di quest’anno hanno cercato di capire come funziona effettivamente questo orologio interno. Hall e Rosbash avevano già isolato il gene del periodo nel 1984, scoprendo poi che PER (la proteina codificata dal periodo) si accumulava durante la notte e si degradava durante il giorno, dimostrando che i livelli della proteina PER oscillano su un ciclo di 24 ore in sincronia con il ritmo circadiano. Young ha poi scoperto un secondo gene orologio, chiamato timeless, che codifica la proteina TIM, necessaria per un normale ritmo circadiano. In questo modo Young ha dimostrato che quando TIM si lega a PER, le proteine entrano nel nucleo della cellula e bloccano il gene del periodo. Questo ciclo di retroazione ha fatto luce sulle modalità di oscillazione delle proteine cellulari. In seguito Young ha identificato il gene del doppio tempo (DBT) che ritarda l’accumulo della proteina PER.

Grazie a queste scoperte, i ricercatori hanno appreso che tutti gli organismi multicellulari, compreso l’uomo, utilizzano meccanismi simili per controllare i ritmi circadiani. Durante le diverse fasi della giornata, l’organismo è predisposto per processi diversi. Ad esempio, il cortisolo viene rilasciato alle 6 del mattino, alle 9 si è molto vigili e la migliore coordinazione si ha a mezzogiorno, intorno alle 15, con tempi di reazione più rapidi. La temperatura corporea più alta è intorno alle 18, la pressione sanguigna più alta si verifica la sera, seguita dalla secrezione di melatonina intorno alle 22. Il sonno più profondo del ciclo si verifica dopo la mezzanotte, seguito dalla temperatura corporea più bassa intorno alle 3 del mattino e poi il ciclo ricomincia.