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La sincronizzazione tra l’orologio circadiano centrale e gli orologi circadiani dei tessuti ne preserva il funzionamento e previene l’invecchiamento

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  Due articoli di ricerca complementari, pubblicati contemporaneamente sulle riviste Science e Cell Stem Cell da un team di scienziati dell’UPF e dell’IRB Barcellona, ​​rivelano che gli orologi circadiani centrali e periferici si coordinano per regolare l’attività quotidiana della pelle e dei muscoli.
• La coordinazione tra i due orologi (centrale e periferico) garantisce il 50% delle funzioni circadiane dei tessuti, compresi i processi vitali come il ciclo cellulare, la riparazione del DNA, l’attività mitocondriale e il metabolismo.
• La sincronizzazione tra l’orologio cerebrale centrale e quelli periferici previene l’invecchiamento muscolare prematuro e migliora la funzione muscolare, suggerendo nuove strategie per affrontare il declino legato all’età attraverso la modulazione del ritmo circadiano.

Scoperti negli anni ’70, gli orologi circadiani sono essenziali per la regolazione del tempo biologico nella maggior parte delle cellule del corpo umano. Questi meccanismi interni adattano i processi biologici a un ciclo di 24 ore, consentendo la sincronizzazione delle funzioni cellulari con le variazioni quotidiane dell’ambiente. I ritmi circadiani, coordinati da un orologio centrale nel cervello che comunica con gli orologi di diversi tessuti periferici, influenzano molte funzioni, dal nostro ritmo del sonno alla nostra capacità di metabolizzare il cibo.

Un team guidato dal dottor Salvador Aznar Benitah , ricercatore ICREA presso l’IRB Barcellona, ​​e dalla dott.ssa Pura Muñoz-Cánoves , ricercatrice ICREA presso il Dipartimento di Medicina e Scienze della Vita dell’Università Pompeu Fabra (UPF), ha descritto come la sincronizzazione tra l’orologio centrale e gli orologi periferici dei muscoli e della pelle svolge un ruolo fondamentale nel garantire il corretto funzionamento di questi tessuti, oltre a prevenire i processi degenerativi associati all’invecchiamento.

I risultati di questo lavoro sono stati pubblicati in due articoli su riviste di grande impatto. A questo proposito, la ricerca sulla sincronizzazione tra l’orologio centrale e quello periferico appare su Science , mentre il lavoro sulla coordinazione tra l’orologio centrale e l’orologio periferico della pelle è uscito su Cell Stem Cell . Entrambi gli studi rivelano i meccanismi comuni che sottolineano l’importanza di questa coordinazione per sostenere la funzionalità ottimale dei muscoli e della pelle.

Il lavoro descrive anche il notevole grado di autonomia degli orologi periferici, che possono mantenere cicli di 24 ore e gestire circa il 15% delle funzioni circadiane in assenza dell’orologio centrale.
 “È affascinante vedere come la sincronizzazione tra il cervello e gli orologi circadiani periferici svolga un ruolo fondamentale nella salute della pelle e dei muscoli, mentre gli orologi periferici da soli sono autonomi nello svolgimento delle funzioni tissutali più basilari”, afferma il dottor Aznar Benitah , capo del Laboratorio di cellule staminali e cancro dell’IRB Barcellona.

“Il nostro studio rivela che è necessaria un’interazione minima tra due soli orologi tissutali (uno centrale e l’altro periferico) per mantenere il funzionamento ottimale di tessuti come muscoli e pelle ed evitarne il deterioramento e l’invecchiamento. Ora, il passo successivo è identificare i fattori di segnalazione coinvolti in questa interazione, con in mente potenziali applicazioni terapeutiche”, spiega il dottor Muñoz-Cánoves , professore UPF che ora è ricercatore principale presso Altos Labs (San Diego, Stati Uniti).

La coordinazione con l’orologio periferico del muscolo mantiene la funzione muscolare e previene l’invecchiamento precoce

Lo studio pubblicato su Science sulla comunicazione tra cervello e muscoli ha confermato che la coordinazione tra l’orologio centrale e quello periferico è fondamentale per mantenere la funzione muscolare quotidiana e prevenire l’invecchiamento precoce di questo tessuto. Il ripristino del ritmo circadiano riduce la perdita di massa e forza muscolare, migliorando così le funzioni motorie deteriorate in modelli murini sperimentali.

I risultati dello studio hanno inoltre dimostrato che l’alimentazione a tempo limitato (TRF), che prevede di mangiare solo nella fase attiva della giornata, può sostituire parzialmente l’orologio centrale e migliorare l’autonomia dell’orologio muscolare. Ancora più rilevante è che questo ripristino del ritmo circadiano attraverso la TRF può mitigare la perdita muscolare, il deterioramento delle funzioni metaboliche e motorie e la perdita di forza muscolare nei topi anziani.

Questi risultati hanno implicazioni significative per lo sviluppo di terapie per l’invecchiamento muscolare e il miglioramento delle prestazioni fisiche in età avanzata. Dott. Arun Kumar e Mireia Vaca Dempere , entrambi dell’UPF, sono i primi autori di questo studio, che ha ricevuto anche il contributo dei dott. Eusebio Perdiguero e Antonio Serrano , precedentemente all’UPF e ora presso Altos Labs.

L’orologio periferico della pelle integra e modula i segnali cerebrali

Nello studio pubblicato su Cell Stem Cell , l’equipe ha dimostrato che l’orologio circadiano della pelle è fondamentale nel coordinare la fisiologia quotidiana di questo tessuto. Integrando i segnali cerebrali e talvolta modificandoli, questa coordinazione garantisce il corretto funzionamento della pelle.

Una scoperta sorprendente è stata che, in assenza dell’orologio periferico, l’orologio corporeo centrale mantiene il ritmo circadiano della pelle ma funziona in modo opposto al solito (vale a dire, secondo un programma opposto). I ricercatori, ad esempio, hanno osservato che la replicazione del DNA, se regolata solo dall’orologio centrale, avverrebbe durante il giorno, quando la pelle è esposta alla luce ultravioletta, il che aumenterebbe il rischio di accumulo di mutazioni. 

Questo fenomeno evidenzia l’importanza dell’orologio periferico, che non solo riceve segnali dall’orologio centrale – che coordina i ritmi dell’intero organismo – ma adatta anche questi segnali alle esigenze specifiche del tessuto in cui si trova (nel caso di cellule staminali della pelle, picchi di replicazione del DNA dopo l’esposizione alla luce ultravioletta durante il giorno).

Il Dr. Thomas Mortimer , ricercatore post-dottorato presso l’IRB Barcellona, ​​e il Dr. Patrick-Simon Welz , dell’Istituto di ricerca dell’Hospital del Mar, hanno diretto questo progetto, insieme ai Drs. Aznar Benitah e Muñoz-Cánoves .

I risultati dei due studi nascono dalla collaborazione internazionale con ricercatori dell’Università della California e dell’Università del Texas Health a San Antonio (entrambe negli Usa), dell’Università di Lubecca in Germania, del Karolinska Institute in Svezia, dell’Humanitas University in Italia e Altos Labs San Diego Institute of Science negli Stati Uniti. Il progetto è stato sostenuto dai finanziamenti del Consiglio Europeo della Ricerca, del programma UE H2020, del Ministero della Scienza, dell’Innovazione e dell’Università, del Governo della Catalogna, della Fondazione Lilliane Bettencourt, della Fondazione “la Caixa”, della Fondazione Marató de TV3, del BBVA Fondazione e la Fondazione Novo Nordisk.

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