Premio Nobel per la medicina ad Hall, Rosbash e Young, hanno “scoperto” l’orologio biologico (VIDEO)

Premiati per le loro scoperte di meccanismi molecolari che controllano il ritmo circadiano

[2 ottobre 2017]

Il Nobelförsamlingen vid Karolinska Institutet  ha assegnato il premio Nobel per la fisiologia e la medicina a Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash e Michael W. Young.

Nella sua motivazione il Comitato per il Nobel ricorda che «La vita sulla Terra è adattata alla rotazione del nostro pianeta. Da  molti anni sappiamo che gli organismi viventi, inclusi gli esseri umani, hanno un orologio biologico interno che li aiuta ad anticipare e adattarsi al ritmo regolare della giornata. Ma come funziona effettivamente questo orologio? Jeffrey C. Hall, Michael Rosbash e Michael W. Young sono stati in grado di sbirciare all’interno del nostro orologio biologico e chiarire le sue funzioni interne. Le loro scoperte spiegano come le piante, gli animali e gli esseri umani adattano il loro ritmo biologico in modo che sia sincronizzato con le rivoluzioni della Terra».

I tre nuovi premi Nobel, utilizzando come organismo di modello i moscerini della  frutta, hanno isolato un gene che controlla il normale ritmo biologico quotidiano e  hanno dimostrato che questo gene codifica una proteina che si accumula nella cellula durante la notte, e poi viene degradata durante il giorno. Successivamente, hanno individuato ulteriori componenti proteici di questa meccanismo.

Ora sappiamo che gli orologi biologici funzionano con gli stessi principi nelle cellule di altri organismi multicellulari, compresi gli esseri umani  e che, con una notevole precisione, il nostro orologio interno adatta la nostra fisiologia alle fasi moltoe diverse della giornata. L’orologio regola funzioni critiche come il comportamento, i livelli ormonali, il sonno, la temperatura corporea e il metabolismo.

Stiamo peggio quando c’è un disallineamento temporaneo tra il nostro ambiente esterno e questo orologio biologico interno, ad esempio quando viaggiamo lungo diversi fusi orari e sperimentiamo “jet lag”. A quanto pare, anche il disallineamento cronico tra il nostro stile di vita e il ritmo dettato dal nostro timer interno è legato  ad un aumento del rischio di diverse malattie.

Durante gli anni ’70 Seymour Benzer e il suo allievo Ronald Konopka si chiesero se sarebbe stato possibile identificare i geni che controllano il ritmo circadiano nei moscerini della frutta e dimostrarono che le mutazioni in un gene sconosciuto interrompevano l’orologio circadiano dei moscerini. Chiamarono questo gene period. Ma come può  questo gene influenzare il ritmo circadiano?

I nuovi Premi Nobel, che stavano studiando i moscerini della frutta, puntavano proprio  scoprire come funziona l’orologio. Nel 1984, Jeffrey Hall e Michael Rosbash, che lavorano in stretta collaborazione all’Università Brandeis di Boston e Michael Young alla Rockefeller University di New York, sono riusciti a isolare il gene  period .  Hall e Rosbash hanno poi continuato a scoprire che la PER, la proteina codificata da  period, si accumula durante la notte ed viene degradata durante il giorno. Così, i livelli di proteine ​​PER oscillano su un ciclo di 24 ore, in sincronia con il ritmo circadiano.

Il successivo obiettivo degli scienziati era quello di capire come fossero generate e sostenute queste oscillazioni circadiane.Hall e Rosbash ipotizzavano che la proteina PER bloccasse l’attività del gene  period e che ci fosse un feedback loop inibitore, con la proteina PER  che potrebbe impedire la sua sintesi e quindi regolare in un ciclo continuo il suo  livello.

Ma se il modello era convincente mancavano alcuni pezzi per completare il puzzle: per bloccare l’attività del gene  period, la proteina PER, prodotta nel citoplasma, dovrebbe raggiungere il nucleo cellulare, dove si trova il materiale genetico.  Hall e Rosbash avevano dimostrato che la proteina PER si accumulava nel nucleo durante la notte, ma come ci arrivava? Nel 1994 Young ha scoperto un secondo gene dell’orologio, che è stato chiamato timeless, che codifica la proteina TIM necessaria perché ci sia un normale ritmo circadiano.

Nell  motivazione del Nobel si legge che Young «Nel suo elegante lavoro, ha dimostrato che quando TIM lsi lega a PER, le due proteine ​​sono in grado di penetrare nel nucleo cellulare nel quale hanno bloccato l’attività del gene period per chiudere il feedback loop inibitore».

Questo feedback regolatorio spiegava che questa oscillazione dipende dei livelli cellulari proteici, ma restavano alcune domande su cosa controlla la frequenza delle oscillazion. Young ha identificato un altro gene, il doubletime, che codifica la proteina DBT che ritarda l’accumulo della proteina PER. Questo ha fornito ulteriori informazioni su come una oscillazione sia regolata in modo più corrispondente a un ciclo di 24 ore.

Il Comitato per il Nobel sottolinea che «Le scoperte del paradigma da parte dei laureati hanno stabilito i principi meccanici fondamentali per l’orologio biologico. Durante gli anni successivi sono stati chiariti altri componenti molecolari del meccanismo dell’orologio, spiegando la sua stabilità e la sua funzione. Ad esempio, i laureati di quest’anno hanno identificato ulteriori proteine ​​necessarie per l’attivazione del gene del period , nonché per il meccanismo con il quale la luce può sincronizzare l’orologi. L’orologio biologico è coinvolto in molti aspetti della nostra complessa fisiologia. Ora sappiamo che tutti gli organismi multicellulari, compresi gli esseri umani, utilizzano un meccanismo simile per controllare i ritmi circadiani. Una gran parte dei nostri geni è regolata dall’orologio biologico e, di conseguenza, un ritmo circadiano accuratamente calibrato adatta la nostra fisiologia alle diverse fasi del giorno. Dal qundo sono avvenute le scoperte seminali dei tre laureati, la biologia circadiana si è sviluppata in un campo di ricerca vasto e altamente dinamico, con implicazioni per la nostra salute e il nostro benessere».

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  • Announcement of the Nobel Prize in Physiology or Medicine 2017