Sappiamo che il calcio fa bene alle nostre ossa, ma potrebbe anche essere la chiave per un buon sonno. I ricercatori del RIKEN Quantitative Biology Center (QBiC) e dell’Università di Tokyo in Giappone hanno svelato una nuova teoria su come funziona il sonno. Pubblicato sulla rivista Neuron, il lavoro mostra come il sonno a onde lente dipende dall’attività del calcio all’interno dei neuroni.

“Anche se il sonno è una funzione fisiologica fondamentale, il suo meccanismo è ancora un mistero”, secondo il direttore del gruppo e autore corrispondente Hiroki Ueda.

Un team di ricerca multidisciplinare guidato da Ueda ha utilizzato una varietà di tecniche scientifiche, tra cui la modellazione computazionale e lo studio di topi knockout, per cercare il meccanismo fondamentale alla base del sonno. Il professor Ueda è un medico di formazione, ma come ricercatore che indaga sui disturbi del sonno, favorisce un approccio ampio e profondo che si basa ugualmente sulla modellazione in silico, in vitro e in vivo. Spiega: “Poiché il nostro studio presenta una nuova teoria del sonno, avevamo bisogno di sostenerla con diverse metodologie.”

In silico, il team ha creato un modello neurale computazionale per prevedere quali correnti all’interno di un neurone sono critiche per mantenere il tipo di attività neurale associato al sonno a onde lente.

Fumiya Tatsuki, co-autore e studente universitario all’Università di Tokyo spiega: “Il nostro modello ha fatto quattro previsioni, che ci hanno fornito quattro punti di partenza per cercare i geni critici coinvolti nel sonno. Ogni previsione è stata testata e dimostrata corretta in esperimenti con topi knockout o tramite inibizione farmacologica, e alla fine siamo stati in grado di identificare sette geni che lavorano nello stesso percorso legato al calcio per controllare la durata del sonno”.

Ventuno topi knockout sono stati creati utilizzando la tecnologia CRISPR recentemente sviluppata, che il team di Ueda ha perfezionato in un sistema in vitro altamente accurato ed efficiente, chiamato triple CRISPR. I risultati pubblicati all’inizio di quest’anno hanno indicato un tasso di successo vicino al 100%. Inoltre, il co-autore Genshiro Sunagawa ha sviluppato un sistema automatico di monitoraggio del sonno per questo studio che si è rivelato prezioso per la raccolta continua dei dati comportamentali necessari.

Sulla base dei modelli informatici, della tripla tecnologia CRISPR e del nuovo sistema di monitoraggio del sonno, i topi KO privi di geni target sono stati osservati in vivo per i cambiamenti nella durata del sonno. Identificando i topi con modelli di sonno anormali, il team è stato in grado di individuare sette geni che erano critici per aumentare o diminuire la durata del sonno.

Tutti e sette i geni permettono cambiamenti dipendenti dal calcio nei neuroni che li rendono resistenti a diventare attivi – un processo chiamato iperpolarizzazione. Come previsto dal modello, la down-regolazione di sei di questi geni ha ridotto la durata del sonno nei topi KO e la down-regolazione del gene finale ha portato a periodi più lunghi di sonno.

Come spiega Shoi Shi, co-first author e studente laureato presso l’Università di Tokyo, “Il nostro documento ha rivelato che il sonno è regolato da vie legate al calcio. Una sorpresa è stata che, contrariamente alle teorie attuali, l’inibizione dei recettori NMDA ha evocato direttamente l’eccitazione neuronale, che ha contribuito a ridurre il sonno”.

Nota Ueda, “questi risultati dovrebbero contribuire alla comprensione e al trattamento dei disturbi del sonno e delle malattie neurologiche che sono state associate ad essi. Oltre a diventare nuovi obiettivi molecolari per i farmaci per il sonno, i geni che abbiamo identificato potrebbero anche diventare obiettivi per farmaci che trattano alcuni disturbi psichiatrici che si verificano con la disfunzione del sonno.”

Sunagawa avverte che molto lavoro è ancora necessario. “Anche se il nostro studio rivela un meccanismo di regolazione del sonno, i dettagli molecolari del meccanismo sono ancora sconosciuti, così come la reale relazione tra disfunzione del sonno e disturbi psichiatrici”.