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Il meccanismo di feedback appena scoperto aiuta a spiegare perché la scarsa qualità del sonno può interferire con la crescita, la riparazione muscolare, il metabolismo dei grassi e le funzioni cerebrali. La comprensione di questo sistema potrebbe aprire la strada a nuove terapie per i disturbi del sonno e le malattie legate al metabolismo e al cervello, tra cui l’Alzheimer e il Parkinson. Crediti: Laboratorio di Yang Dan/UC Berkeley
Una buona notte di sonno non si limita a farti sentire riposato.
Stimola anche il rilascio dell’ormone della crescita, un ormone fondamentale che contribuisce alla formazione di muscoli e ossa, alla combustione dei grassi e a una crescita sana. Ecco perché gli atleti danno tanta importanza a un sonno di qualità per il recupero e perché gli adolescenti hanno bisogno di dormire a sufficienza per raggiungere il loro pieno potenziale in termini di altezza.
È noto da tempo che i livelli dell’ormone della crescita aumentano durante il sonno, soprattutto durante la fase profonda non-REM. Ciò che finora non era chiaro era esattamente come il cervello controllasse questo processo.
Ora, i ricercatori dell’Università della California, Berkeley, hanno scoperto i circuiti cerebrali responsabili della regolazione dell’ormone della crescita durante il sonno. Il loro studio, pubblicato sulla rivista Cell , rivela anche un sistema di feedback finora sconosciuto che contribuisce a mantenere in equilibrio i livelli dell’ormone della crescita.
La scoperta offre nuove prospettive sulla stretta relazione tra sonno e regolazione ormonale. Potrebbe in futuro guidare lo sviluppo di nuove terapie per i disturbi del sonno legati a malattie metaboliche come il diabete, nonché a patologie neurodegenerative come il morbo di Parkinson e il morbo di Alzheimer.
“È noto che il rilascio dell’ormone della crescita è strettamente correlato al sonno, ma finora solo tramite prelievi di sangue e analisi dei livelli di ormone durante il sonno”, ha affermato Xinlu Ding, prima autrice dello studio e ricercatrice post-dottorato presso il Dipartimento di Neuroscienze dell’UC Berkeley e l’Helen Wills Neuroscience Institute. “Noi, invece, registriamo direttamente l’attività neurale nei topi per capire cosa succede. Stiamo creando un circuito neurale di base su cui lavorare in futuro per sviluppare diverse terapie.”
Poiché l’ormone della crescita contribuisce anche a regolare il metabolismo del glucosio e dei grassi, una qualità del sonno costantemente insufficiente può aumentare il rischio di obesità, diabete e malattie cardiovascolari.
Come il cervello controlla l’ormone della crescita durante il sonno
Le cellule nervose che coordinano il rilascio dell’ormone della crescita si trovano in profondità nell’ipotalamo, un’antica regione cerebrale presente in tutti i mammiferi. Tra queste vi sono i neuroni che rilasciano l’ormone della crescita (GHRH), insieme a due diversi tipi di neuroni che producono somatostatina.
Una volta rilasciato, l’ormone della crescita attiva i neuroni del locus coeruleus, una regione del tronco encefalico coinvolta nella vigilanza, nell’attenzione, nel pensiero e nella risposta a nuove esperienze. I problemi che interessano il locus coeruleus sono stati collegati a numerosi disturbi neurologici e psichiatrici.
“Comprendere il circuito neurale del rilascio dell’ormone della crescita potrebbe in futuro indicare la strada a nuove terapie ormonali per migliorare la qualità del sonno o ripristinare il normale equilibrio dell’ormone della crescita”, ha affermato Daniel Silverman, ricercatore post-dottorato presso l’UC Berkeley e coautore dello studio. “Esistono alcune terapie geniche sperimentali che prendono di mira uno specifico tipo di cellula. Questo circuito potrebbe rappresentare un nuovo strumento per cercare di ridurre l’eccitabilità del locus coeruleus, un aspetto finora inesplorato.”
Mappatura del circuito dell’ormone della crescita durante il sonno
Lavorando nel laboratorio di Yang Dan, professore di neuroscienze e biologia molecolare e cellulare all’UC Berkeley, il team di ricerca ha studiato i circuiti cerebrali nei topi posizionando degli elettrodi nel loro cervello e stimolando i neuroni ipotalamici con la luce, registrando contemporaneamente l’attività neurale.
I topi dormono naturalmente a brevi intervalli di pochi minuti, sia di giorno che di notte. Questo schema ha permesso ai ricercatori di osservare ripetutamente le variazioni nell’attività dell’ormone della crescita durante numerosi cicli di sonno e veglia.
Utilizzando tecniche avanzate di tracciamento dei circuiti neurali, il team ha scoperto che i due ormoni peptidici responsabili della regolazione del rilascio dell’ormone della crescita si comportano in modo diverso a seconda della fase del sonno. Il GHRH promuove il rilascio dell’ormone della crescita, mentre la somatostatina lo sopprime.
Durante il sonno REM, sia il GHRH che la somatostatina aumentano, determinando un maggiore rilascio dell’ormone della crescita. Durante il sonno non-REM, invece, i livelli di somatostatina diminuiscono mentre il GHRH aumenta solo moderatamente, creando un diverso schema di regolazione ormonale.
Un meccanismo di feedback che bilancia sonno e veglia
I ricercatori hanno inoltre identificato un meccanismo di feedback precedentemente sconosciuto che coinvolge il locus coeruleus.
Man mano che l’ormone della crescita si accumula gradualmente durante il sonno, stimola il locus coeruleus e favorisce la veglia. Tuttavia, se l’attività del locus coeruleus diventa troppo elevata, inizia inaspettatamente a promuovere la sonnolenza, come riportato da Silverman all’inizio di quest’anno.
“Questo suggerisce che il sonno e l’ormone della crescita formano un sistema strettamente bilanciato: dormire troppo poco riduce il rilascio dell’ormone della crescita, e un eccesso di ormone della crescita può a sua volta spingere il cervello verso la veglia”, ha affermato Silverman. “Il sonno stimola il rilascio dell’ormone della crescita, e l’ormone della crescita regola a sua volta la veglia; questo equilibrio è essenziale per la crescita, la riparazione dei tessuti e la salute metabolica.”
Poiché l’ormone della crescita influenza il locus coeruleus, che svolge un ruolo centrale nel mantenimento della vigilanza durante il giorno, questo sistema recentemente identificato potrebbe influenzare anche l’attenzione e altri aspetti della funzione cognitiva.
“L’ormone della crescita non solo aiuta a sviluppare muscoli e ossa e a ridurre il tessuto adiposo, ma può anche avere benefici cognitivi, favorendo il livello generale di veglia al risveglio”, ha affermato Ding.
La ricerca è stata finanziata dall’Howard Hughes Medical Institute (HHMI), che fino a quest’anno ha sostenuto Dan come ricercatore HHMI, e dal fondo Pivotal Life Sciences Chancellor’s Chair. Dan è titolare della cattedra Pivotal Life Sciences Chancellor’s Chair in Neuroscienze. Tra gli altri coautori figurano Peng Zhong, Bing Li, Chenyan Ma, Lihui Lu, Grace Jiang, Zhe Zhang, Xiaolin Huang, Xun Tu e Zhiyu Melissa Tian dell’Università della California – Berkeley, insieme a Fuu-Jiun Hwang e Jun Ding dell’Università di Stanford.
Punti salienti
•Il rilascio di GH dipendente dal sonno è regolato da distinti neuroni ipotalamici GHRH e SST.
•I neuroni SST nell’ARC sopprimono il rilascio di GH inibendo i neuroni GHRH che sono stimolatori
•I neuroni SST nel PeV sopprimono il rilascio di GH attraverso le loro proiezioni all’eminenza mediana
•Percorso di feedback con GH che aumenta l’eccitabilità dei neuroni del LC e promuove la veglia
Riepilogo
È noto che il sonno promuove la crescita dei tessuti e regola il metabolismo, in parte potenziando il rilascio dell’ormone della crescita (GH), ma il meccanismo circuitale sottostante è sconosciuto. Dimostriamo come il rilascio di GH, che è potenziato sia durante il sonno REM (movimenti oculari rapidi) che durante il sonno non-REM (NREM), sia regolato dall’attività sonno-veglia-dipendente di distinti neuroni ipotalamici che esprimono l’ormone di rilascio del GH (GHRH) e la somatostatina (SST). I neuroni SST nel nucleo arcuato sopprimono il rilascio di GH inibendo i neuroni GHRH vicini che stimolano il rilascio di GH, mentre i neuroni SST periventricolari inibiscono il rilascio di GH proiettando all’eminenza mediana. Il rilascio di GH è associato a forti picchi di attività sia di GHRH che di SST durante il sonno REM, ma a un moderato aumento di GHRH e a una diminuzione dell’attività di SST durante il sonno NREM. Inoltre, abbiamo identificato una via di feedback negativo in cui il GH aumenta l’eccitabilità dei neuroni del locus coeruleus e aumenta la veglia. Questi risultati chiariscono un meccanismo circuitale alla base delle interazioni bidirezionali tra sonno e regolazione ormonale.
Abstract grafico
Immagine Tradotta in Italiano Credito: TheSolver.it
Approfondimenti
Materiale fornito dall’Università della California – Berkeley . Nota: il contenuto potrebbe essere modificato per motivi di stile e lunghezza.
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