Immagine: queste immagini mostrano l’espressione di galanin nell’ipotalamo anteriore, una regione del cervello conosciuta per favorire il sonno nei mammiferi.
Mentre molto si sa su come la luce colpisce i ritmi circadiani, poco si sa circa gli effetti diretti della luce sul sonno: perché si tende a svegliarsi se le luci sono accese nel bel mezzo della notte? Perché il buio ci fa dormire?
I ricercatori del laboratorio del Professore di Biologia David Prober presso il Caltech hanno almeno in parte trovato una risposta a questi interrogativi: una specifica proteina nel cervello risponde alla luce e al buio per impostare il giusto equilibrio tra il sonno e la veglia.
Lo studio è stato pubblicato online dalla rivista Neuron, il 22 giugno 2017.
“I ricercatori avevano precedentemente identificato i fotorecettori negli occhi come necessari per l’effetto diretto della luce sulla veglia e sul sonno”, dice Prober. “Ma abbiamo voluto capire come il cervello utilizza queste informazioni visive per influenzare il sonno”.
Il laboratorio di Prober ha utilizzato lo zebrafish come organismo modello per lo studio del sonno. Questi animali sono otticamente trasparenti e consentono l’imaging non invasiva dei neuroni ed hanno anche un modello di sonno / veglia diurno come quello degli esseri umani. Per studiare come il loro sonno risponde alla luce, Wendy Chen, un ex studente laureato del laboratorio di Prober, ha condotto studi che hanno esaminato una particolare proteina nel cervello dello zebrafish chiamata prokineticin 2 (Prok2).
Chen ha geneticamente modificato lo zebrafish affinchè iperesprimesse Prok2, con conseguente abbondanza della proteina prokineticin 2 ed ha trovato che a differenza di zebrafish normali, questi animali avevano più probabilità di addormentarsi durante il giorno e di svegliarsi durante la notte. Sorprendentemente, gli effetti sonno/ veglia non dipendevano dal normale ciclo circadiano del pesce ingegnerizzato, ma solo dal fatto che le luci erano accese o spente nel loro ambiente. Queste osservazioni suggeriscono che un eccesso di Prok2 sopprime sia il naturale effetto di risveglio della luce che l’effetto sedativo del buio.
Chen ha poi generato zebrafish con forme mutate di Prok2 e del suo recettore ed ha scoperto che gli zebrafish con un recettore mutato di Prok2 erano più attivi quando le luci erano accese e meno attivo quando le luci erano spente, il contrario di ciò che i ricercatori aveva osservato negli animali che sovraesprimevano Prok2 e aveva recettori funzionali Prok2.
“Gli animali diurni come lo zebrafish passano la maggior parte del loro tempo dormendo di notte e restando svegli durante il giorno. Fanno anche dei sonnellini durante il giorno e di tanto in tanto si svegliano di notte, in modo simile a molti esseri umani”, dice Prober. “I risultati di questo studio suggeriscono che i livelli di Prok2 giocano un ruolo critico nel definire il giusto equilibrio tra il sonno e la veglia sia durante il giorno che durante la notte“.
Successivamente, i ricercatori hanno cercato di scoprire come la forma mutante di Prok2 modula gli effetti della luce sul sonno.
A tal fine, i ricercatori hanno deciso di verificare se altre proteine nel cervello che sono note per influenzare il sonno, erano necessarie per gli effetti di Prok2 sul comportamento del sonno. Essi hanno scoperto che l’effetto sedativo della sovraespressione di Prok2 in presenza della luce richiede galanin, una proteina nota per favorire il sonno. Inoltre i ricercatori hanno scoperto anche che la sovraespressione di Prok2 aumenta il livello di espressione di galanin nell’ipotalamo anteriore, un centro chiave del cervello che favorisce il sonno. Negli animali che sono stati progettati per essere privi di galanin, la sovraespressione di Prok2 non ha aumentato il sonno.
Questi risultati forniscono le prime intuizioni su come la luce può interagire con il cervello per influenzare il sonno e forniscono una base per gli scienziati per cominciare ad esplorare i geni e neuroni che sono alla base del fenomeno. Tuttavia, è necessario un ulteriore lavoro per spiegare pienamente come la luce e buio influenzano direttamente il sonno e la veglia e per determinare se Prok2 ha una funzione simile negli esseri umani. Se i risultati di questo studio saranno replicati negli esseri umani, potrebbero portare allo sviluppo di nuovi farmaci per la promozione del sonno o della veglia.
Fonte: Neuron
