Di Samuel Mckenzie, BScRevisioned by Dr. Tomislav Meštrović, MD, Ph.D.

Input al SCN

Il SCN riceve due tipi di input: fotico e non fotico. L’input fotico proviene dalle cellule gangliari retiniche intrinsecamente fotosensibili (ipRGC), che proiettano attraverso il tratto retino-talamico tramite sinapsi glutammatergiche ai neuroni del SCN. Questo aiuta a sincronizzare l’orologio circadiano.

L’esposizione alla luce può alterare il ritmo circadiano, che viene definito “spostamento di fase”. Gli spostamenti di fase possono interrompere le normali risposte al ritmo circadiano; per esempio, l’esposizione alla luce durante la notte influenzerà i modelli di sonno attraverso uno spostamento di fase.

L’input non fotico al SCN proviene da altre regioni del cervello e aiuta a modulare il ritmo circadiano. Il SCN contiene vari recettori della serotonina (5-HT). L’input di 5-HT dal rafe del mesencefalo aiuta a modulare la risposta del SCN alla luce regolando gli spostamenti di fase.

Il nucleo intergenicolato (IGL) contiene neuroni che esprimono neuropeptide Y (NPY) e neuroni che esprimono acido gamma aminobutirrico (GABA). L’IGL proietta al SCN attraverso il tracciato genicolo-ipotalamico, e induce spostamenti di fase durante il giorno. La stimolazione del nucleo del rafe mediale e del nucleo del rafe dorsale aumenta il contenuto di serotonina nel SCN e nell’IGL, rispettivamente.

Generazione del SCN e controllo del ritmo circadiano

Il ritmo circadiano generato dal SCN si basa sul feedback negativo ritardato in un ciclo di feedback trascrizionale centrale. I dimeri CLOCK/BMAL1 agiscono nelle regioni promotrici E-box nel cromosoma per promuovere la trascrizione di vari regolatori del ritmo circadiano (geni dell’orologio), come i vari geni Period (PER) e Cryptochrome (CRY). Questo si traduce in un aumento delle proteine PER e CRY.

Dopo un certo ritardo i dimeri PER/CRY si accumulano e cominciano a inibire la trascrizione dei loro stessi geni. PER e CRY sono anche degradati da complessi di ubiquitina ligasi. Questi cambiamenti portano alla diminuzione di PER e CRY, abbassando di conseguenza l’inibizione della loro trascrizione in modo che un nuovo ciclo possa iniziare.

PER è contemporaneamente coinvolto in un ciclo di feedback positivo, in cui REV-ERBα agisce nelle regioni promotrici di RORE per inibire la trascrizione di BMAL. PER si lega a REV-ERBα che permette a BMAL di essere trascritto, permettendo così di trascrivere più PER e CRY.

La regione promotrice E-box è anche responsabile della trascrizione dei geni di controllo dell’orologio (CCG) e i cicli di feedback discussi sono responsabili del ciclo di 24 ore dell’espressione CCG. I CCG controllano vari aspetti dell’omeostasi e del ciclo cellulare.

Tutti i neuroni all’interno del SCN oscillano con fasi diverse, le cellule combinano le uscite per dare un ritmo, che è noto come la rete SCN multi-oscillatore. Le cellule VIP controllano il reset di fase indotto dalla luce nel SCN e forniscono un segnale di accoppiamento per gli oscillatori SCN. Questo aiuta a stabilizzare e sincronizzare i ritmi tra i singoli neuroni SCN. Anche la segnalazione del GABA aiuta a sincronizzare i singoli neuroni SCN.

Effetti del ritmo circadiano sul corpo

Il ritmo circadiano viene trasmesso dal SCN ad altre parti del cervello. Questi segnali a valle agiscono sul sistema neuro-endocrino o sui motoneuroni pre-autonomi dell’ipotalamo, permettendo il verificarsi di una moltitudine di reazioni fisiologiche.

Il SCN proietta alla ghiandola pineale per influenzare la secrezione di melatonina, che può essere ottenuta attraverso le azioni dei VIP che attivano l’adenil ciclasi. Questo aumenta la concentrazione di cAMP, che stimola la N-acetiltransferasi, aumentando il tasso di sintesi della melatonina.

Il rilascio di melatonina è il più alto durante la notte e contribuisce al ciclo sonno/veglia impedendo gli spostamenti di fase, riducendo la latenza dell’inizio del sonno, aumentando il tempo totale del sonno e inibendo l’eccitazione circadiana.

Il cortisolo è secreto dalla ghiandola surrenale e presenta un ritmo circadiano. I livelli di cortisolo sono più bassi durante la notte e raggiungono il picco durante la mattina. Il rilascio di cortisolo è regolato dall’asse ipotalamo-ipofisi-surrene (HPA).

L’HPA riceve input NPY dal SCN, che si traduce nel rilascio di ormoni adrenocorticotropi dalle cellule corticotrofiche nell’ipofisi anteriore, a causa di questo cortisolo viene rilasciato dalla ghiandola surrenale. Il cortisolo ha un ciclo di feedback negativo con l’ipofisi, in cui l’aumento dei livelli di cortisolo agisce per inibire la sua secrezione.

Il ritmo circadiano può anche agire su molti altri aspetti della fisiologia umana – tra cui il metabolismo, la temperatura corporea e vari elementi del sistema immunitario.

In controllo dei processi fisiologici

In conclusione, il SCN controlla molti processi fisiologici con il ritmo è genera. La trascrizione dei geni dell’orologio in risposta al ciclo giorno/notte è fondamentale per tutti i processi interessati dal ritmo circadiano. L’integrazione degli input fotici e non fotici al SCN guidano il ciclo del ritmo.

Ulteriori ricerche sul SCN e sui ritmi circadiani forniranno una migliore e più dettagliata comprensione di come il SCN genera il ritmo circadiano e come altre parti del cervello lo influenzano. Altre ricerche riveleranno anche ulteriori informazioni su come il ritmo circadiano influenza altre parti del cervello nella sua segnalazione a valle.

Altre letture

• Tutti i contenuti del ritmo circadiano
• Ritmo circadiano
• Ritmo circadiano e perdita di peso
• Esposizione artificiale alla luce e ritmo circadiano
• Variazioni di lunghezza del ritmo circadiano – uccelli mattinieri e nottambuli

Citazioni