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Regolazione del sonno: l’onda arriva sul canale giusto, ma solo via redox

I ricercatori dell’Università di Oxford hanno scoperto un processo cerebrale comune al sonno e all’invecchiamento, nella ricerca che potrebbe aprire la strada a nuovi trattamenti per l’insonnia. Scrivendo sulla rivista Nature, gli scienziati riportano come lo stress ossidativo porti al sonno. Si ritiene anche che lo stress ossidativo sia una ragione per cui invecchiamo e una causa di malattie degenerative. I ricercatori dicono che la scoperta ci avvicina alla comprensione della funzione ancora misteriosa del sonno e offre nuove speranze per il trattamento dei disturbi del sonno. Può anche spiegare perché, come si sospetta, la mancanza cronica di sonno accorcia la vita. Il professor Gero Miesenböck, direttore del Centro per i Circuiti Neurali e Comportamento dell’Università di Oxford, che ha guidato il team, ha spiegato: “Non è un caso che i serbatoi di ossigeno portino etichette di pericolo di esplosione: la combustione incontrollata è pericolosa. Gli animali, inclusi gli umani, affrontano un rischio simile quando usano l’ossigeno che respirano per convertire il cibo in energia: la combustione non perfettamente contenuta conduce allo stress ossidativo nella cellula. Si ritiene che questa sia una causa dell’invecchiamento e un colpevole per le malattie degenerative nei nostri ultimi anni. La nostra nuova ricerca mostra che lo stress ossidativo attiva anche i neuroni che controllano se andiamo a dormire”

Il team ha studiato la regolazione del sonno nella Drosophila o moscerino della frutta – l’animale che ha fornito anche la prima visione dell’orologio circadiano circa 50 anni fa. Ogni mosca ha un set speciale di neuroni del controllo del sonno (dBF), cellule cerebrali che si trovano anche in altri animali e si ritiene esistano nelle persone. In una ricerca precedente (2016), il team del professor Miesenböck ha scoperto che questi neuroni del controllo del sonno agiscono come un interruttore on-off: se i neuroni sono elettricamente attivi, la mosca è addormentata; quando sono silenziosi, la mosca è sveglia. Quindi il team ha deciso di cercare i segnali che attivano i neuroni del controllo del sonno. Sapevano dai lavori precedenti che una differenza principale tra il sonno e la veglia è la quantità di corrente elettrica che scorre attraverso due canali ionici, chiamati Shaker e Sandman. I canali ionici generano e controllano gli impulsi elettrici attraverso i quali le cellule cerebrali comunicano. Durante il sonno, la maggior parte della corrente passa attraverso Shaker. Questo ha trasformato la domanda grande e intrattabile “Perché dormiamo?” in un problema concreto, risolvibile. “Cosa fa fluire la corrente elettrica attraverso l’agitatore?” Il team ha trovato la risposta in un componente del canale Shaker stesso. In questo meccanismo regolatore c’entra la produzione di energia cellulare.

Questa è competenza dei mitocondri, le centrali energetiche che regolarmente bruciano intermedi del metabolismo del glucosio. Le cellule cerebrali quando necessitano del riposo notturno cambiano il metabolismo perché variano anche il consumo di glucosio. I mitocondri sono anche la principale sorgente di stress ossidativo cellulare, i famosi radicali liberi ossidanti (ROS). I ricercatori hanno provato che la perdita di sonno aumenta le specie ROS mitocondriali nei neuroni dFB, che registrano questo aumento convertendo Iperkinetic, una subunità di Shaker, nella forma legata al NADP+. L’ossidazione del cofattore rallenta l’inattivazione della corrente di tipo A e aumenta la frequenza dei potenziali d’azione, promuovendo così il sonno. Il metabolismo energetico, lo stress ossidativo e il sonno tre processi implicati indipendentemente nella durata della vita, l’invecchiamento e le malattie degenerative sono quindi meccanicamente connessi. Tra l’altro non è un caso che il NADP sia coinvolto in questi fenomeni, inclusa la longevità. Il suo derivato de-fosforilato (NAD) è il cofattore di una classe di enzimi chiamati sirtuine (SIRTs), che negli ultimi vent’anni hanno destato interesse fra i ricercatori dato che sono state scoperte intervenire nei fenomeni di invecchiamento cellulare e di trasformazione tumorale.

L’autrice principale Anissa Kempf, PhD, ha spiegato in modo semplice: “Sospesa sotto la parte elettricamente conduttiva di Shaker c’è un’altra parte, come la gondola sotto una mongolfiera. Un passeggero nella gondola, la piccola molecola NADPH, si muove avanti e indietro tra due stati chimici: questo regola la corrente dello Shaker. Lo stato di NADPH, a sua volta, riflette il grado di stress ossidativo che la cellula ha sperimentato. L’insonnia causa lo stress ossidativo, e questo guida la conversione chimica”. Secondo il professor Miesenböck, i farmaci che cambiano la chimica del NADPH legato a Shaker allo stesso modo potrebbero essere un nuovo potente tipo di sonnifero: ” I disturbi del sonno sono molto comuni e i sonniferi sono tra i farmaci più comunemente prescritti. Ma i farmaci esistenti comportano rischi di confusione, dimenticanza e dipendenza. Puntare sul meccanismo che abbiamo scoperto potrebbe evitare effetti collaterali di farmaci comunemente impiegati, come le benzodiazepine. I substrati o inibitori del canale del potassio che alterano il rapporto tra NADPH legato a NADP+ e quindi la registrazione del debito del sonno o del tempo di veglia, rappresentano dei prototipi di potenziali farmaci regolatori del sonno”.

  • A cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.

Pubblicazioni scientifiche

Kempf A, Song SM, Talbot CB, Miesenböck G. Nature. 2019 Mar 20.

Pimentel M, Donlea JM et al. Nature. 2016 Aug; 536(7616):333-337.

Donlea JM, Pimentel D, Miesenböck G.  Neuron. 2014; 81:860–872. 

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Dott. Gianfrancesco Cormaci
Dott. Gianfrancesco Cormaci
Laurea in Medicina e Chirurgia nel 1998, specialista in Biochimica Clinica dal 2002, ha conseguito dottorato in Neurobiologia nel 2006. Ex-ricercatore, ha trascorso 5 anni negli USA alle dipendenze dell' NIH/NIDA e poi della Johns Hopkins University. Guardia medica presso la casa di Cura Sant'Agata a Catania. In libera professione, si occupa di Medicina Preventiva personalizzata e intolleranze alimentari. Detentore di un brevetto per la fabbricazione di sfarinati gluten-free a partire da regolare farina di grano. Responsabile della sezione R&D della CoFood s.r.l. per la ricerca e sviluppo di nuovi prodotti alimentari, inclusi quelli a fini medici speciali.

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