Il premio Nobel 2017 per la Medicina è stato assegnato a Jeffrey Hall, Michael Rosbash e Michael Young per le loro scoperte sui meccanismi molecolari che controllano il ritmo circadiano. Dal latino circa e dies (giorno) i ritmi circadiani sono dei veri e proprio orologi biologici interni che permettono agli organismi di anticipare i ritmi giorno/notte dell’ambiente esterno e di ottimizzare la propria fisiologia e comportamento in relazione ad essi. Le ricerche di Hall, Rosbash e Young sono state condotte utilizzando il moscerino della frutta Drosophila melanogaster, ma i ritmi circadiani sono evolutivamente molto conservati, dagli organismi unicellulari all’uomo.

Le basi genetico-molecolari dei ritmi circadiani

Uno degli esperimenti più noti che pose le basi per l’esistenza di orologi molecolari interni fu condotto da Jean Jacques d’Ortous de Marain nel 1729, partendo dall’osservazione che le foglie delle piante di mimosa si aprono durante il giorno e si chiudono la notte. Mettendo le piante in una condizione costante di buio l’astronomo osservò che le foglie non modificavano il loro comportamento, che era quindi coordinato con il ritmo del giorno e della notte ma non dipendente da esso. Studi successivi agli inizi del ‘900 dimostrarono che queste “periodicità” erano ereditarie e diedero vita a una comunità di “cronobiologi” alla ricerca dei “geni-orologio”. Il moscerino mutante con ritmi alterati fu identificato da Benzer e Konopka, ed il locus genico corrispondente definito period. Ma fu solo negli anni 80 che Hall, Rosbash e Young clonarono e sequenziarono il gene, e soprattutto compresero i meccanismi molecolari alla base del meccanismo. I livelli della proteina PER codificata dal gene period hanno fluttuazioni periodiche: sono alti durante la notte, seguendo l’attivazione del gene, e bassi durante il giorno, quando la proteina viene degradata. Hall e Rosbash riuscirono a comprendere che questo fattore va incontro ad una auto-regolazione negativa, e quindi che alti livelli spengono il gene corrispondente, dando così luogo ad una periodicità di espressione. Per far questo, la proteina PER deve entrare nel nucleo della cellula, e Young identificò il fattore TIM - anch’esso periodicamente espresso - che si associa a PER e ne permette la trasolcazione al nucleo. Oggi molti altri fattori che contribuiscono allo stabilirsi dei ritmi circadiani sono stati identificati e caratterizzati in diversi organismi.

Cronobiologia e salute

Gli orologi circadiani hanno un grande impatto sulla nostra fisiologia, per esempio aiutano a regolare il sonno, il rilascio di ormoni, l’alimentazione, la pressione senguigna e la temperatura corporea. Alcuni farmaci hanno una maggiore efficacia se somministrati in un particolare momento del giorno, mentre il disallineamento cronico tra stile di vita e orologio biologico interno sembra associato con maggior rischio per diverse malattie, quali in cancro, malattie neurodegenerative, disordini metaboloici e infiammazione. Le scoperte di Hall, Rosbash e Young hanno dato vita ad un campo di ricerca che sicuramente influenzerà sempre più ambiti quali il benessere e la salute umana.