I cambiamenti ciclici del giorno e della notte fanno sì che gli animali presentino ritmi nel comportamento (orari specifici di sonno e attività), nei processi fisiologici (pressione sanguigna, livelli di ormoni nel sangue, ecc.), nonché cambiamenti diurni a livello cellulare (cambiamenti nella comunicazione tra le cellule, cambiamenti nella forma delle cellule) e molecolare (livelli di produzione di proteine specifiche). Tutti questi ritmi negli organismi viventi sono regolati da orologi biologici, che si trovano nel cervello e in numerosi tessuti periferici. Tali oscillatori possono essere sincronizzati da condizioni esterne (intensità della luce, temperatura, disponibilità di cibo), ma possono persistere per lunghi periodi di tempo in condizioni costanti, ad esempio nel buio totale. Le cellule oscillatorie sono caratterizzate dall'espressione di diversi geni orologio, i cui livelli cambiano ciclicamente nel corso della giornata. Il meccanismo dell'orologio endogeno è controllato dalla luce attraverso la proteina criptocromo (CRY), che è un fotorecettore della luce blu. La dott.ssa Milena Damulewicz del Dipartimento di Biologia Cellulare e Imaging dell'Università Jagellonica sta conducendo una ricerca sulla regolazione dei ritmi circadiani nel sistema visivo. Il modello migliore per queste ricerche è il moscerino della frutta, drosophila melanogaster, in cui il meccanismo dell'orologio è ben compreso e, allo stesso tempo, simile a quello descritto nei mammiferi, grazie al quale i risultati ottenuti negli studi sugli insetti ci permettono di comprendere meglio i meccanismi di regolazione dei processi circadiani nell'uomo. In una collaborazione a lungo termine con la professoressa Gabriella Mazzotta dell'Università degli Studi di Padova, sono state descritte nuove funzioni di CRY nella regolazione della plasticità sinaptica e nei processi comportamentali come il sonno. Tra l'altro, è stato dimostrato che nel sistema visivo la proteina CRY può formare complessi con la proteina presinaptica BRP, in modo da essere degradata. Questo processo avviene durante il giorno, quando la CRY viene attivata dalla luce. Le variazioni dei livelli di proteina BRP durante il giorno influenzano il numero e le dimensioni delle sinapsi ai terminali dei fotorecettori retinici, che a loro volta consentono una regolazione precisa del livello di percezione e trasmissione degli stimoli visivi alle parti più profonde del cervello. Di conseguenza, regolando l'attività dei neuroni orologio nel corso della giornata, la proteina CRY influenza l'attività e i livelli di sonno degli insetti. Questo risultato dimostra quanto sia importante il ruolo della luce nella regolazione dei processi fisiologici e comportamentali. Le conoscenze acquisite sull'influenza della luce sulle funzioni cerebrali sono molto importanti, in quanto suggeriscono che un'eccessiva esposizione alla luce può causare non solo disturbi del sonno, ma anche normali processi visivi. La collaborazione italo-polacca in questa ricerca è stata possibile grazie alle sovvenzioni del National Science Centre e alla borsa di studio Bekker NAWA.
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