Il detto “c’è una stagione per tutto” è molto usato e attualmente una nuova ricerca mostra che è calzante anche a livello molecolare! Uno studio del Salk Institute, in California, pubblicato sulla rivista Science, ha rilevato che l’attività di circa l’80 percento dei geni segue un ritmo giorno-notte in molti tipi di tessuti e regioni del cervello.
I ritmi circadiani dei geni
Mentre gli scienziati sanno da tempo che molti tessuti seguono questi cicli, detti ritmi circadiani, questo è lo studio più completo che collega queste tempistiche alla trascrizione genica (il processo di copiare il DNA nell’RNA per guidare l’assemblaggio delle proteine).
“Questa è la prima volta che viene stabilita una mappa di riferimento dell’espressione genica quotidiana“, dice Satchidananda Panda, professore nel Laboratorio di biologia regolatoria di Salk e autore senior del giornale. “E ‘un quadro per capire come la disregolazione circadiana possa concorrere a causare molti disturbi fisici e mentali, con un enorme impatto sulla comprensione dei meccanismi o l’ottimizzazione delle cure“.
Utilizzando il sequenziamento dell’RNA, il team di ricerca ha monitorato l’espressione genica in dozzine di diversi tessuti primati non umani ogni 2 ore per 24 ore. Il team ha scoperto che ogni tessuto conteneva geni espressi a diversi livelli in base all’ora del giorno. Tuttavia, il numero di questi geni “ritmici” variava in base al tipo di tessuto: da circa 200 nei linfonodi pineali, mesenterici, midollo osseo e altri tessuti a più di 3.000 nella corteccia prefrontale, nella tiroide, nel muscolo gluteo etc.. Inoltre, i geni che sono stati espressi più spesso tendevano a mostrare più ritmicità o variabilità nel tempo.
Dei 25.000 geni nel genoma dei primati, quasi 11.000 erano espressi in tutti i tessuti. Di quelli (che per lo più governano le funzioni cellulari di routine, come la riparazione del DNA e il metabolismo energetico), il 96,6 percento erano particolarmente ritmici in almeno un tessuto, variando drasticamente durante il campionamento.
Nella maggior parte dei tessuti, la trascrizione genica ha raggiunto il picco al mattino presto e nel tardo pomeriggio e si è calmata la sera dopo cena, prima di andare a dormire. Con l’81,7 per cento dei geni codificanti proteine, che sperimentano un effetto ritmico, questo meccanismo di temporizzazione è molto più diffuso di quanto si sospettasse in precedenza.
Discussione dei risultati e implicazioni cliniche
“Questi risultati forniscono nuove intuizioni che potrebbero influenzare il modo in cui la ricerca scientifica viene convalidata. Ad esempio, gli scienziati che cercano di replicare il lavoro precedente possono prestare maggiore attenzione a quando sono stati condotti specifici esami“, dice l’autore co-senior della carta Howard Cooper. Oltre a fornire nuove informazioni su nuovi metodi di ricerca, questo meccanismo di sincronizzazione molecolare potrebbe anche avere un impatto sull’efficacia dei farmaci. In futuro, i medici potranno fornire ai pazienti istruzioni più dettagliate su quanto spesso e in quale momento della giornata assumere determinati farmaci.
“Dimostriamo che oltre l’80% dei target di farmaci approvati dalla FDA sono ritmici in almeno un tessuto“, dice Ludovic Mure, ricercatore dello staff di Salk.
L’atlante dell’espressione genica del team Salk potrebbe anche aiutare gli scienziati a chiarire come gli stili di vita che prevedono una disregolazione dei riti circadiani possano influire sulla salute umana. Questo potrebbe applicarsi ai lavoratori in turni o a chiunque si allontani regolarmente dal ciclo giorno-notte.
“Questo è un elenco di come i geni sono espressi differenzialmente in diversi organi e questo ci fornirà un quadro per capire se il lavoro a turni e altre interruzioni cambiano il modo in cui i geni sono espressi“, ha detto Panda. “Per la precedente ricerca sul ritmo circadiano, non avevamo un riferimento, quindi è come avere un genoma di riferimento umano.”
