I ritmi circadiani aiutano l'organismo a restare allineato all'ora locale e dipendono dal nucleo soprachiasmatico (SCN), il pacemaker circadiano centrale. Un gruppo interdisciplinare della Washington University in St. Louis, con a capo il Professor Erik Herzog e il research scientist KL Nikhil, ha pubblicato su Proceedings of the National Academy of Sciences un nuovo approccio per mappare la comunicazione tra neuroni dell'SCN. Il metodo, chiamato MITE (Mutual Information and Transfer Entropy) e pronunciato "mighty", analizza le relazioni informazionali tra cellule.
Partendo da registrazioni di settimane di espressione genica con risoluzione cellulare, il team ha ricostruito più di 25 million connections tra oltre 8,000 cellule in 17 topi, con un'accuratezza superiore al 95%. Le mappe rivelano che, sebbene l'SCN del topo contenga circa 20,000 neuroni, solo un piccolo sottoinsieme di cellule altamente connesse — gli hub — è fondamentale per mantenere la sincronizzazione dell'intera rete.
Gli autori hanno distinto cinque tipi funzionali di cellule e hanno osservato ruoli diversi di trasmissione e ricezione temporale. Con modelli computazionali, la rimozione mirata degli hub ha causato il crollo della sincronizzazione, a supporto dell'idea che questi neuroni siano critici per la misurazione del tempo. I ricercatori intendono ora capire come gli hub esercitano la loro influenza e se interventi mirati possano regolare il timing dell'SCN, con potenziali ricadute per lavoratori a turni, il disturbo affettivo stagionale e altri problemi circadiani.
- Hub: poche cellule molto connesse che trasmettono segnali di sincronizzazione, tra cui neuroni VIP.
- Cellule ponte: indirizzano segnali dagli hub ad altre parti della rete.
- Cellule sink: ricevono segnali convergenti e possono inviare temporizzazione al resto dell'organismo.
Parole difficili
- nucleo soprachiasmatico — piccola regione del cervello che regola ritmi
- pacemaker circadiano centrale — struttura che coordina il ritmo giornaliero
- espressione genica — produzione di proteine da informazioni del DNA
- hub — cellula molto connessa che coordina segnali
- sincronizzazione — allineamento temporale di attività tra cellule
- modello computazionale — simulazioni al computer per studiare reti cellularimodelli computazionali
- cellula ponte — cellula che trasmette segnali dagli hubCellule ponte
- cellula sink — cellula che riceve segnali e li distribuisceCellule sink
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Domande di discussione
- Quali informazioni aggiuntive servono per capire come gli hub esercitano la loro influenza sull'SCN?
- In che modo interventi mirati sugli hub potrebbero migliorare la vita dei lavoratori a turni o chi soffre di disturbi circadiani?
- Quali benefici e rischi vedi nell'usare modelli computazionali per progettare interventi sul timer biologico?
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