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Redox Potential as an Interface between Sleep homeostasis and Circadian Rhythms

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Livelli di energia collegano i meccanismi di controllo del sonno

Il sonno, o la sua privazione, può determinare il livello della prestazione cognitiva collegata agli incidenti nonché all'aumentato rischio di gravi problemi di salute. I collegamenti tra livelli energetici delle cellule, trascrizione genica e ritmi del sonno potrebbero fornire risposte ai disturbi del sonno e agli effetti negativi della sua privazione.

Salute

I momenti e la qualità del sonno sono determinati da un processo omeostatico che compensa la mancanza di sonno e da un ciclo circadiano per determinare l'orario della giornata in cui dovremmo dormire. Gli effetti di disallineamenti anche minimi tra questi due processi, come per esempio nel jet lag, indicano che il controllo del sonno è una caratteristica molto importante per la prestazione cognitiva e la qualità della vita. Precedenti studi dei membri del progetto Redoxsleepcircadian ("Redox potential as an interface between sleep homeostasis and circadian rhythms"), finanziato dall'UE, hanno suggerito che sebbene si ritenga che i due cicli operino indipendentemente, i due principali geni-orologio lavorano insieme per la regolazione omeostatica del sonno e per generare il ritmo circadiano. Come se non bastasse, sia CLOCK che NPAS2, i più importanti geni-orologio, dipendono dal potenziale redox nelle cellule, suggerendo che i due meccanismi del sonno siano collegati attraverso il metabolismo cellulare. Lo scopo del progetto Redoxsleepcircadian, recentemente concluso, era comprendere i processi cellulari che determinano le nostre prestazioni durante la giornata e la qualità del sonno. Inducendo ritmi circadiani in un tipo di cellula del tessuto connettivo, i fibroblasti, gli scienziati del sonno hanno potuto determinare se ciò inducesse anche cambiamenti redox. Le modifiche del potenziale redox sono state registrate nei fibroblasti vivi utilizzando sonde genetiche redox insieme a un sistema di visualizzazione time-lapse. Ogni aumento di attività trascrizionale nei geni-orologio Per1 e Per2 durante la privazione del sonno potrebbe indicare deficit di energia nella veglia prolungata. Per 1 e Per 2 sono controllati direttamente da CLOCK e NPAS2. I risultati hanno indicato che Per2 regola i meccanismi indotti dall'attività e quelli circadiani, centrali per la regolazione dei periodi di sonno e veglia. Inoltre il feedback molecolare alla base della generazione dei ritmi circadiani, è stato in grado di regolare i fabbisogni della necessità omeostatica di sonno. Parallelamente il team del progetto si è concentrato anche sul Per2 nei topi. È stato osservato che questo gene del sonno aumenta la sua espressione nel roditore dopo privazione del sonno (SD - sleep deprivation). Gli scienziati hanno dimostrato che tutti i topi in vita aumentavano i livelli di produzione della proteina Per2 con differenti dinamiche nel cervello. Ciò si verificava particolarmente nella corteccia cerebrale, nel fegato e nei reni. È interessante come periodi prolungati senza sonno influissero sull'espressione dell'RNA del Per2 tramite meccanismi circadiani e non circadiani che avevano sempre come risultato l'aumento della proteina Per2. Ciò suggerisce che non ci sia separazione tra i due cicli. Alla recente conclusione del progetto, Redoxsleepcircadian stava studiando più a fondo il ruolo del principale regolatore del ritmo circadiano, il nucleo soprachiasmatico (SCN), una minuscola regione sulla linea mediana del cervello. Il SCN, che regola molte attività neuronali e ormonali, è un elemento fondamentale nella relazione tra i geni-orologio, il sonno e la veglia. La capacità di controllare i ritmi del sonno potrebbe significare una tanto atteso sollievo per i pazienti affetti da disturbi del sonno. Anche il jet lag e il disorientamento dovuto al lavoro su turni per molti lavoratori in tutto il mondo potrebbero diventare ricordi del passato.

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