Un orologio biologico centrale e ritmi naturali per ogni organo

Orologio biologico, cronobiologia, piano di trattamento metronomico ... I medici sono da tempo interessati ai ritmi naturali del corpo dei loro pazienti per adattare meglio i trattamenti. Ma mancavano punti di riferimento. Un team di Inserm mostra che il funzionamento degli organi del corpo segue un ritmo particolare durante le 24 ore, un ritmo che è anche diverso a seconda degli organi. Un atlante è in preparazione per migliorare l'efficacia dei trattamenti e ridurne gli effetti avversi.

Un team di ricercatori Inserm, guidato da Howard Cooper (Inserm Unit 1208 "Stem Cell and Brain Institute"), ha presentato lavori che dimostrano che gli organi del corpo non funzionano allo stesso modo a seconda dell'ora del giorno e che questo ritmo di funzionamento è anche diverso a seconda degli organi.
Questi risultati sono stati pubblicati sulla rivista scienza mostrare quanto sia importante considerare meglio l'orologio biologico di ciascun organo, al fine di somministrare i farmaci al momento giusto per migliorare sia la loro efficacia che la loro tolleranza.
Il suo team fornisce anche per la prima volta una mappatura precisa dell'espressione (attività) dei geni, organo per organo e in base all'ora del giorno. Una somma di lavoro, iniziata dieci anni fa, che ha richiesto due anni di analisi. I ricercatori stanno ora preparando un atlante cronobiologico dell'attività genetica che sarà disponibile per l'intera comunità scientifica.

Ogni organo ha il suo orologio biologico

I geni sono piccole sequenze di codice genetico sui cromosomi, all'interno dei nuclei delle cellule, che vengono utilizzati per codificare per produrre proteine ​​e molecole diverse (proprio come un programma di codice per svolgere una funzione). Sulla base di questo lavoro, sembra che circa i due terzi dei geni che codificano per la proteina avrebbero un'attività ciclica nel corso di 24 ore, con picchi di attività al mattino e alla sera presto.
Tuttavia, questa attività genica varia notevolmente da un organo all'altro, confermando che, oltre al core clock interno, ogni organo ha il proprio clock. Un team Inserm lo dimostra per la prima volta in un primate diurno, più vicino all'uomo di insetti e topi e fornisce una mappatura spazio-temporale senza precedenti dell '"espressione circadiana dei geni" per tutti gli organi . Questo lavoro segna un importante passo avanti nel campo della "cronobiologia".

Primo studio sui primati

Fino ad allora, studi progettati per esplorare il ritmo circadiano in diversi organi sono stati condotti principalmente su modelli di insetti, come Drosophila, e specie notturne di piccoli animali, in particolare il topo.
Poiché l'orologio circadiano è principalmente sincronizzato dal ciclo di luce diurna e notturna, si sarebbe tentato di invertire il ciclo del mouse per ottenere dati sugli animali diurni. Ma i roditori non sono solo sfasati rispetto agli umani, ma hanno anche un modo di vivere molto diverso: un sonno frammentato giorno e notte, contro un sonno più consolidato durante la notte per mammiferi diurni come l'uomo, o una dieta permanente durante la fase di risveglio di notte mentre gli uomini consumano pasti regolarmente distribuiti. Tutti questi fattori contribuiscono anche alla sincronizzazione dell'orologio biologico.
Era quindi essenziale lavorare in specie più vicine all'uomo.

Un'analisi di 25.000 geni di primati diurni

A tale scopo, i ricercatori hanno analizzato, in primati non umani, gli RNA (sequenze speculari dei geni utilizzati nella produzione di proteine) di oltre 25000 geni di 64 organi e tessuti, ogni due ore e per ventiquattro ore. quattro ore. Sono stati sottoposti a screening gli organi principali, nonché diverse regioni del cervello.
In totale, i ricercatori hanno analizzato 768 campioni. Un lavoro colossale è iniziato dieci anni fa e ha richiesto due anni di analisi. Per ciascuno di questi campioni prelevati in organi diversi e in momenti diversi del ciclo nycthemeral, hanno cercato, quantificato e identificato l'RNA presente nelle cellule. Questi RNA diventano quindi proteine ​​o rimangono nello stato di RNA con proprietà regolatorie su altre molecole. Questo si chiama "trascrittoma".

L'80% dei geni impostati sull'orologio biologico ha funzioni essenziali

Prima scoperta importante, i ricercatori hanno mostrato che l'80% dei geni che hanno un codice di attività ciclico per le proteine ​​responsabili delle funzioni essenziali nelle cellule, come lo smaltimento dei rifiuti, la replicazione e la riparazione del DNA, il metabolismo ...
Ma esiste una grande diversità di "trascrittomi", vale a dire tutto l'RNA presente nelle cellule dei diversi campioni, durante le 24 ore.

Due picchi di attività nel corso della giornata

Il numero di geni che hanno un'attività ciclica varia anche in numero in base agli organi (circa 3.000 nella tiroide o nella corteccia prefrontale rispetto a soli 200 nel midollo osseo) e nel tipo: meno dell'1% dei geni "ritmici" in un i tessuti sono presenti anche in altri tessuti.
Perfino i tredici geni noti all'orologio biologico, che gli autori si aspettavano di trovare ciclicamente in tutti i campioni, alla fine non sono tutti presenti: non nelle stesse quantità o non nello stesso momento.
Gli unici punti in comune tra questi 64 tessuti analizzati per i diversi organi sono infine i picchi ben definiti dell'attività genetica durante il giorno: tarda mattinata e prima serata. Il primo, il più importante, si verifica tra le 6 e le 8 ore dopo il risveglio con oltre 11.000 geni espressi in quel momento nel corpo. E il secondo, meno intenso, vede circa 5.000 geni in azione nei tessuti. Quindi, le cellule sono quasi a riposo durante la notte, specialmente durante la prima parte della notte.

Molte implicazioni per il trattamento

Questi risultati hanno sorpreso gli autori per l'entità della ritmicità del funzionamento degli organi primati non umani: le possibili applicazioni sono molto ampie.
"Due terzi dei geni di codifica altamente ritmici sono molto più di quanto ci aspettassimo", afferma Cooper. "Ma soprattutto, l'82% di essi codifica per farmaci mirati alle proteine ​​o sono bersagli terapeutici per trattamenti futuri."
Ciò dimostra quanto sia importante considerare l'orologio biologico per somministrare i farmaci al momento giusto della giornata per migliorare l'efficienza e ridurre gli effetti collaterali.

Alcuni gruppi di ricerca stanno lavorando su questi temi di "cronobiologia", in particolare nell'area del cancro (ad es. Schemi di trattamento "metronomico"), ma Howard Cooper vuole andare molto oltre. Ecco perché il suo team sta sviluppando un vero atlante, sotto forma di un database ricercabile, per consentire agli scienziati di tutto il mondo di conoscere finalmente il profilo di espressione di ciascun gene nei diversi organi del corpo entro 24 ore. .

Video: NUOVE FRONTIERE DELLA BIOLOGIA: I RITMI CIRCADIANI 147 (Novembre 2019).