- I ricercatori della School of Medicine dell’Università di Pittsburgh affermano di aver scoperto prove di modelli di 12 ore di funzione genica nel cervello umano.
- I ricercatori hanno notato che alcuni di questi cicli erano assenti o modificati nel cervello delle persone affette da schizofrenia che erano morte.
- Mentre le interruzioni dei ritmi biologici di 24 ore sono comuni tra gli individui con diagnosi di schizofrenia, si sa poco sui cicli più brevi di attività genica nel cervello.
In un nuovo studio, pubblicato sulla rivista Biologia PLOSi ricercatori stanno evidenziando come le persone con diagnosi di schizofrenia subiscano comunemente interruzioni in vari ritmi biologici di 24 ore.
Questi includono i modelli sonno/veglia, la secrezione ormonale e il funzionamento dei geni nella corteccia prefrontale.
Tuttavia, gli scienziati non comprendono ancora appieno come funzionano i geni nel cervello quando si tratta di cicli più brevi del tipico ciclo sonno-veglia di 24 ore.
Questo è vero sia per le persone con schizofrenia che per le persone senza la condizione di salute mentale.
Il nuovo studio ha coinvolto un’analisi dell’ora della morte per studiare i ritmi di 12 ore dell’attività genica all’interno dei cervelli post mortem poiché i livelli di trascrizione genica non possono essere misurati nei cervelli vivi.
Esaminando la corteccia prefrontale per l’attività del gene ciclico
I ricercatori si sono concentrati specificamente sulla parte del cervello chiamata corteccia prefrontale dorsolaterale.
Quest’area del cervello è collegata a sintomi cognitivi e altre irregolarità nei ritmi di espressione genica noti per verificarsi nella schizofrenia.
Il team afferma di aver scoperto diversi geni in quest’area del cervello che mostrano modelli di attività di 12 ore.
In particolare, l’attività genica associata alla creazione di connessioni tra i neuroni è stata massima nel pomeriggio e alla sera.
I livelli di attività dei geni legati alla funzione mitocondriale, che è responsabile della fornitura di energia cellulare, erano più alti al mattino e alla sera.
I ricercatori hanno scoperto che il cervello post-mortem delle persone affette da schizofrenia aveva meno geni che seguono i cicli di attività di 12 ore e quelli associati alle connessioni neurali erano del tutto assenti.
Inoltre, sebbene i geni collegati ai mitocondri continuassero ad avere un ritmo di 12 ore, la loro attività non raggiungeva il suo punto più alto nei tempi abituali.
Ritmi circadiani nell’espressione genica e attività genica ciclica di 12 ore
I ricercatori affermano di aver scoperto che il cervello umano mostra non solo ritmi circadiani (24 ore) nell’espressione genica, ma anche ritmi di 12 ore in diversi geni che svolgono un ruolo fondamentale nella funzione cellulare e nel mantenimento strutturale neuronale.
Le persone con schizofrenia sembrano perdere molti di questi ritmi di espressione genica e c’è una notevole alterazione nella tempistica dei ritmi nelle trascrizioni relative ai mitocondri.
Questo spostamento nella tempistica potrebbe comportare una funzione mitocondriale subottimale quando l’energia cellulare è più necessaria.
Madeline Scott, PhD, autrice principale dello studio e ricercatrice presso l’Università di Pittsburgh, ha spiegato i risultati chiave a Notizie mediche oggiaffermando che “questo studio ha misurato i cambiamenti dell’espressione genica in un periodo di 24 ore nel cervello umano e ha determinato in che modo i cambiamenti in questi schemi sono diversi nelle persone con schizofrenia”.
“In questo studio ci siamo concentrati sulla corteccia prefrontale dorsolaterale (DLPFC), una regione del cervello importante per la funzione esecutiva (i processi mentali che consentono di pianificare, focalizzare l’attenzione, ricordare le istruzioni e destreggiarsi tra più compiti con successo)”, ha detto.
È importante sottolineare che abbiamo scoperto che i geni associati alla funzione mitocondriale (la fonte di energia per le cellule) avevano ritmi di 12 ore in cui la loro espressione raggiungeva il picco due volte al giorno e che questi geni normalmente raggiungevano il picco di espressione intorno alle 9:00 e alle 21:00 Nei soggetti con schizofrenia, mentre nel complesso abbiamo trovato meno geni con ritmi di 12 ore, i geni associati ai mitocondri avevano ancora ritmi di 12 ore ma ora raggiungevano il picco di espressione alle 15:00/am
Madeline Scott, Università di Pittsburgh
Scott ha osservato che “nel complesso, riteniamo che questi risultati suggeriscano che l’accesso all’energia, attraverso l’espressione di geni correlati ai mitocondri, abbia un ritmo di 12 ore, con un picco nei momenti di” transizione “, quando è probabile che le persone passino dal sonno alla veglia, e svegliarsi per dormire, quando questa regione del cervello potrebbe aver bisogno di accedere alla maggior parte dell’energia.
“Tuttavia, i soggetti con schizofrenia hanno tempi non ottimali dell’espressione genica correlata ai mitocondri (~ 3 PM/AM). Ciò suggerisce due cose: primo, non hanno accesso alle risorse energetiche in momenti importanti della giornata per le funzioni cerebrali; e due, che le risorse energetiche sono fuori fase rispetto ad altri sistemi ritmici, come il sistema immunitario”, ha aggiunto.
Consuelo Walss-Bass, PhD, professoressa di psichiatria e scienze comportamentali presso UTHealth Houston che non è stata coinvolta in questa ricerca, ha detto Notizie mediche oggi che “questo studio ha utilizzato il tessuto cerebrale post mortem umano per studiare le alterazioni nei modelli di sonno nei pazienti con schizofrenia, misurate dai cambiamenti nell’espressione genica a periodi di 12 ore”.
“Questo è uno studio molto eccitante perché è il primo a mostrare alterazioni nei ritmi di dodici ore, che sono importanti per una funzione cerebrale ottimale”, ha detto Walss-Bass.
Cosa significa questo per le persone affette da schizofrenia?
Scott ha sottolineato che “questo studio specifico mostra che gli individui con schizofrenia hanno ritmi molecolari sbagliati e smussati in una regione del cervello implicata nei sintomi cognitivi della malattia”.
Esistono pochissimi trattamenti per questi sintomi, quindi un’ulteriore comprensione delle loro basi biologiche è essenziale mentre il campo cerca opzioni più efficaci. Inoltre, questa ricerca suggerisce che la tempistica giornaliera dei trattamenti sarà importante in modo che questi ritmi possano essere correttamente allineati ai momenti appropriati della giornata.
Madeline Scott, Università di Pittsburgh
Walss-Bass concorda, affermando che “l’importanza di mantenere schemi di sonno adeguati per una salute ottimale è ora ampiamente riconosciuta e le alterazioni dei ritmi circadiani nei disturbi della salute mentale sono state precedentemente dimostrate, ma questo è il primo studio a mostrare alterazioni del ritmo di 12 ore in geni coinvolti in importanti percorsi biologici come la produzione di energia e il mantenimento della struttura cerebrale.
Questi risultati sono importanti per comprendere i meccanismi della schizofrenia e potrebbero portare allo sviluppo di nuovi trattamenti per questo disturbo. Nel complesso, lo studio sottolinea l’importanza di utilizzare il tessuto cerebrale umano per scoprire i complessi meccanismi alla base della schizofrenia.
Consuelo Walss-Bass, UT Health Houston
In futuro, ulteriori studi dovranno determinare se questi ritmi anomali siano responsabili delle anomalie comportamentali associate alla schizofrenia o se siano causati da farmaci, uso di nicotina o disturbi del sonno.