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Perchè il buio ci fa venire sonno e la luce ci sveglia? (31/07/2017)

Sicuramente la luce ed il buio sono fondamentali per la regolazione del ritmo circadiano di sonno e veglia degli esseri umani ed ora sono stati scoperti alcuni meccanismi neurali che ne sono alla base.

Rispetto a quanto avviene negli esemplari selvaggi, la sovraespressione del neuropeptide procinetina 2 (Prok2) si traduce in un aumento dell'espressione del neuropeptide galanina, promotore del sonno, (in bianco) quando i pesci zebra sono tenuti alla luce, ma non quando sono al buio. Le immagini mostrano l'espressione della galanina nell'ipotalaamo anteriore, regione nota per stimolare il sonno nei mammiferi. Credit: Courtesy of the Prober laboratory

Mentre l'influenza della luce sui ritmi circadiani è già stata studiata, poco si sa degli effetti diretti della luce sul sonno: perché tendiamo a svegliarci se viene accesa la luce nel cuore della notte?

Perché il buio fa venire sonno?

Al laboratorio del professore di biologia David Prober, ricercatori del Caltech (California Institute of technology) hanno scoperto almeno una parte della risposta.

Nel cervello c'è una specifica proteina che risponde alla luce ed al buio per mantenere il corretto equilibrio tra sonno e stato di veglia.

David Prober spiega che i ricercatori hanno prima identificato negli occhi i fotorecettori necessari per l'influenza diretta della luce sul sonno e sullo stato di veglia, cercando però anche di comprendere come il cervello utilizza queste informazioni visive per influenzare il sonno.

Come modello di studio per il sonno il laboratorio di Prober ha usato i pesci zebra che sono trasparenti e permettono quindi di vederne i neuroni senza utilizzare tecniche invasive, ed assomigliano agli esseri umani per quanto riguarda i ritmi di sonno e veglia, essendo pesci diurni.

In particolare è stata studiata una proteina nel cervello dei pesci zebra, chiamata procinetina 2 (Prok2).

Sono quindi stati modificati geneticamente dei pesci in modo da sovraprodurre la Prok2 fino ad averne abbondanti quantità.

Rispetto ai pesci normali quelli modificati si addormentavano più facilmente durante il giorno e si svegliavano di notte.

 

Sorprendentemente questo effetto non dipendeva da come era stato ingegnerizzato il normale ciclo sonno/veglia, ma piuttosto dal fatto che le luci fossero accese o spente.

Quindi l'eccesso di Prok2 e del suo recettore sopprime sia il normale effetto risvegliante della luce che quello sedativo del buio.

In seguito sono stati creati altri esemplari modificati secondo modalità diverse e ne sono state osservate le conseguenze.

In alcuni esemplari con recettori della Prk2 modificati, ad esempio, si è osservato che erano più attivi quando le luci erano accese e meno attivi quando le luci erano spente, l'opposto di quanto visto nei pesci con sovraespressione di Prok2 e con recettori Prok2 funzionanti.

A questo punto i ricercatori hanno voluto comprendere in che modo Prok2 modulava gli effetti della luce sul sonno.

Il primo passo è stato quello di verificare se per gli effetti della Prok2 sull'andamento del sonno fossero necessarie altre proteine nel cervello, note per influire sul sonno.

I ricercatori hanno scoperto che l'effetto calmante della sovraespressione di Prok2 in presenza della luce richiedeva la presenza della galanina, una proteina nota per stimolare il sonno.

Hanno anche trovato che la sovraespressione della Prok2 portava un incremento nell'espressione di galanina nell'ipotalamo anteriore, un fondamentale centro di stimolo del sonno nel cervello.

Ma negli animali modificati geneticamente in modo da essere carenti di galanina, la sovraespressione di Prok2 non incrementava il sonno.

Queste scoperte permetteranno ora di approfondire i rapporti tra il ciclo veglia/sonno, la proteina Prok2 e la galanina, che ha ruoli non secondari anche nel metabolismo, nella regolazione del desiderio di grassi ed alcol ed in stati patologici come il Morbo di Alzheimer, la depressione e non solo.

Per saperne di più
Light-dependent regulation of sleep/wake states by prokineticin 2 in zebrafish.
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Galanin
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Aberdeen Centre for Energy Regulation and Obesity
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Marco Dal Negro