Il piccolo moscerino della frutta sta aprendo la strada ad una ricerca rivoluzionaria presso l’ Università di Auckland: il ricercatore Jia Zhao sta usando le minuscole mosche Drosophila melanogaster per la ricerca sull’orologio circadiano.
Astratto
“L’invecchiamento è il processo intrinseco e inevitabile del deterioramento funzionale che alla fine porta alla morte. L’orologio circadiano è il pacemaker endogeno che genera i ritmi quotidiani nella maggior parte degli organismi. Questo orologio è influenzato dal tempo e mostra un disturbo progressivo con l’avanzare dell’età. Questo effetto dell’invecchiamento sull’orologio circadiano è altamente conservato tra gli umani e animali.
L’importanza dell’orologio circadiano per la regolazione del comportamento e della fisiologia e il controllo molecolare di questi ritmi da parte di un insieme di geni dell’orologio sono ben definiti. L’orologio circadiano si deteriora con l’avanzare dell’età, ma il meccanismo sottostante non è chiaro. Lo studio ha registrato l’espressione di due geni chiave dell’orologio inella Drosophila giovane, di mezza età e vecchia, utilizzando linee di luciferasi transgeniche che riportano “periodo e senza tempo” in vivo. I ricercatori hanno segnalato un nuovo marker di morte imminente nell’espressione di TIMELESS. Nei giorni immediatamente precedenti la morte, l’espressione TIMELESS è aumentata ad almeno il 150% dei precedenti valori di acrophase (88,0% di n = 217) e ha perso la ritmicità circadiana, che predice altrettanto bene la morte in mosche di età diverse e in cicli di luce e temperatura. I ricerctori suggeriscono che questa espressione transitoria aberrante del gene dell’orologio sia fondamentale per il meccanismo del disturbo nel comportamento circadiano prima della morte (82,7% di n = 342). Hanno scoperto inoltre che l’espressione di PERIOD nei neuroni dell’orologio centrale è rimasta robusta con l’età, tuttavia PERIOD e TIMELESS negli orologi periferici hanno mostrato una riduzione del livello di espressione e della ritmicità. In conclusione, mentre le mosche invecchiano, l’orologio molecolare declina gradualmente a livello periferico, ma continua a funzionare a livello centrale fino a qualche giorno prima della morte”.
Il ricercatore, che ha svolto il suo lavoro sotto la supervisione del Dr. James Cheeseman e del Professore associato Guy Warman del Dipartimento di Anestesiologia, ha scoperto un marcatore molecolare legato all’orologio biologico che predice accuratamente la morte dell’animale diversi giorni prima che muoia.
( Vedi anche:Il ritmo dei geni: come l’ orologio circadiano regola la struttura della cromatina).
L’articolo, “”Clock gene expression and locomotor activity predict death in the last days of life in Drosophila melanogaster”, è stato appena pubblicato sulla rivista Scientific Reports.
I ricercatori hanno studiato come l’orologio molecolare nel cervello e nei tessuti periferici cambia con l’aumentare dell’età e prima della morte e sono stati in grado di misurare l’espressione in tempo reale dei prodotti dei geni dell’orologio circadiano, PERIOD e TIMELESS, nella Drosophila in tre fasce di età (10, 30 e 50 giorni) per un lungo periodo di tempo.
L’orologio circadiano genera i ritmi quotidiani nella maggior parte degli organismi. Questo orologio è influenzato dal tempo e diminuisce con l’avanzare dell’età.
“Ci interessa l’orologio circadiano che tu ed io e ogni animale abbiamo”, dice il Dottor Cheeseman. “Controlla tutto, dal comportamento alla fisiologia. La principale implicazione in questo studio è che la morte, almeno nelle mosche, può essere prevista in modo affidabile nell’espressione del gene dell’orologio”.
Lo studio ha esaminato specificamente due geni dell’orologio circadiano , PERIOD e TIMELESS (che hanno simili controparti negli umani) e come cambiano nei giorni immediatamente precedenti la morte qundo l’orologio smette di funzionare.
La mosca della frutta è stata scelta per lo studio in quanto ha un breve ciclo di vita e condivide un simile orologio circadiano con gli esseri umani. Sebbene sia stata osservata la prima rottura dell’orologio nel comportamento, nessuno ha testato l’espressione del gene dell’orologio circadiano.
“Possiamo dire quando la mosca della frutta morirà, studiando i marcatori nel gene TIMELESS: quando quel gene inizia ad aumentare e perde la ritmicità nella mosca della frutta, sapete che quella particolare mosca morirà entro quattro giorni. Abbiamo ipotizzato che sia la rottura della comunicazione tra le celle dell’orologio periferico a causare questo evento”, dice il ricercatore.
“Le mosche non devono essere vecchie per mostrare questo schema, è un marcatore presente sia nelle mosche giovani che anziane e se c’è una perdita di questo schema nei geni PERIOD e TIMELESS allora muoiono“.
Il team ha acquisito migliaia di moscerini della frutta e li ha tenuti in normali cicli luce / buio a temperatura costante o cicli di temperatura. La salute degli insetti è stata monitorata quotidianamente e sono stati trasferiti in un lettore di piastre per monitorare il segnale di bioluminescenza (incandescente) dei geni ogni ora per almeno 10 giorni.
Questa mosca fornisce un modello per l’invecchiamento dell’ orologio che più in generale, ha implicazioni per altri animali e esseri umani.
Fonte: Scientific Reports