Il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina 2017

Il Premio Nobel per la Fisiologia o la Medicina è stato assegnato quest’anno a Jeffrey C. Hall (72 anni, University of Maine, USA), Michael Rosbash (73 anni, Brandeis University, USA) e Michael W. Young (68 anni, Rockefeller University, USA), per “le loro scoperte dei meccanismi molecolari che controllano il ritmo circadiano”.

Al fine di sopravvivere alle diverse condizioni ambientali dovute all’alternanza giorno/notte, la maggior parte degli esseri viventi ha sviluppato il cosiddetto ritmo circadiano, una serie di risposte fisiologiche messe in atto in base all’oscillante quantità di luce. Presente addirittura nei batteri, questo esempio estremo di adattamento evolutivo è regolato nelle forme di vita più avanzate da vere e proprie strutture anatomiche che fungono da orologio biologico.

L’esistenza del ritmo circadiano era già nota da tempo, come mostrato dagli studi sulle mimose di Jean Jacques d’Ortous de Mairan nel 1729; tuttavia, solo l’enorme progresso scientifico dell’ultimo secolo ha consentito di spiegare i suoi meccanismi in dettaglio. Il lavoro dei nuovi Nobel ha svelato le basi genetiche del ritmo sfruttando l’animale preferito della Biologia molecolare, la Drosophila melanogaster (moscerino della frutta).

Partendo dalla scoperta di Benzer e Konopka di un gene, in seguito chiamato period, che sembrava essere associato ad anomalie temporali nella schiusa allo stadio pupale della Drosophila, i laboratori di Rosbash e Hall determinarono che nel cervello del moscerino i livelli della proteina codificata da period, PER, oscillano nell’arco di 24 ore, con un picco notturno preceduto da quello del suo mRNA (molecola che, trascritta su base del DNA, viene poi “tradotta” nella proteina). Inoltre, l’aggiunta di PER normale ristabilisce il ritmo ciclico del mRNA in moscerini che esprimono una PER mutata e un’assenza della ciclicità del mRNA.

Queste osservazioni portarono al modello di feedback negativo autoregolatorio, secondo il quale PER inibisce la sintesi del proprio mRNA e quindi se stessa. Successivamente, Young scoprì un secondo gene, timeless (“senza tempo”), la cui proteina TIM evita la degradazione di PER e, similmente a questa, reprime la trascrizione del proprio gene. Una serie di scoperte successive chiuse il cerchio della questione, con i geni clock e cycle che promuovono la trascrizione di period e timeless e vengono a loro volta inibiti da PER e TIM, portando infine al modello definitivo e ormai accettato di Transcription-Translation Feedback Loop (TTFL).

Il TTFL è valido a livello cellulare per una vasta gamma di organismi, dalle piante agli esseri umani, dotati di proteine omologhe a quelle della Drosophila. In particolare, il metronomo che regola il ritmo circadiano negli uomini, il nucleo soprachiasmatico dell’ipotalamo, sincronizza gli orologi cellulari ricevendo direttamente dalla retina informazioni sulla luce. Così questa piccola regione dell’encefalo, con una precisione che potrebbe fare invidia a Immanuel Kant, regola nell’arco di 24 ore il livello ematico di ormoni, la temperatura corporea e altre variabili fondamentali per la sopravvivenza.

Le scoperte di Hall, Rosbash e Young assumono una sempre maggiore importanza alla luce dei cambiamenti ritmici nello stile di vita moderno, che spesso si discosta in maniera non salutare dalle nostre necessità biologiche. Invertendo infatti notte e giorno e “rompendo” l’orologio le variabili risultano sconvolte, con conseguenze anche gravi: è questo il caso del cortisolo, l’ormone dello stress, che rimanendo cronicamente elevato danneggia l’apparato cardiocircolatorio a lungo termine. A discapito degli studenti universitari in sessione d’esami, è ora dunque di riportare le lancette indietro.