Come fanno gli animali a sapere che è l'ora di pranzo?

I componenti genetici che regolano i modelli alimentari quotidiani sono stati studiati dalla Tokyo Metropolitan University utilizzando i moscerini della frutta. Si è scoperto che il gene Quasimodo (qsm) allinea l'alimentazione con il ciclo luce/buio. Nell'oscurità costante, questi schemi venivano mantenuti dai geni orologio (clk) e ciclo (cyc), in particolare nei tessuti metabolici. Inoltre, si è scoperto che gli "orologi" delle cellule nervose sono vitali per coordinare i modelli alimentari con i cambiamenti giornalieri della luce. Questa ricerca è significativa per la nostra comprensione dei ritmi circadiani nel comportamento alimentare e potrebbe aiutare nello sviluppo di trattamenti per i disturbi alimentari.

Uno studio condotto da ricercatori della Tokyo Metropolitan University ha utilizzato i moscerini della frutta per ottenere informazioni sulla regolamentazione dei modelli alimentari quotidiani. È stato rivelato che la sincronizzazione dell'alimentazione con il ciclo luce/buio dipende dal gene quasimodo (qsm). Tuttavia, questo gene non funziona nella completa oscurità. In queste condizioni, i cicli di alimentazione e digiuno sono mantenuti dai geni orologio (clk) e ciclo (cyc).

Inoltre, altri "orologi" presenti nelle cellule nervose regolano questi cicli in base ai cambiamenti giorno-notte. Comprendere i meccanismi molecolari che governano i cicli alimentari migliorerà la nostra comprensione del comportamento animale e umano.

È normale che la maggior parte degli animali mangi ogni giorno alla stessa ora. Questa tendenza nasce dalla loro necessità di adattarsi a diversi fattori ambientali come luce, temperatura, disponibilità di cibo e possibilità di predatori, tutti cruciali per la sopravvivenza. Anche la corretta digestione e il metabolismo, e quindi il benessere generale, dipendono da questo.

Nello studio, il team ha scoperto che il qsm regolava l’allineamento ai cicli luce/buio, mentre gli orologi molecolari nei neuroni assumevano questo ruolo nella completa oscurità. I geni clk/cyc, invece, aiutavano a mantenere i cicli di alimentazione/digiuno.

Ma come fanno organismi così diversi a sapere quando mangiare? Un aspetto cruciale è il ritmo circadiano, un ciclo fisiologico quasi quotidiano comune a organismi come animali, piante, batteri e alghe. Funziona come un "orologio principale" che regola il comportamento ritmico. Tuttavia gli animali possiedono anche altri "orologi periferici" che si basano su percorsi biochimici diversi. Questi possono essere ripristinati da elementi esterni come l'alimentazione. Il modo in cui governano le abitudini alimentari degli animali non è chiaro.

Per esplorare questo aspetto, un team guidato dal professore associato Kanae Ando della Tokyo Metropolitan University ha utilizzato i moscerini della frutta, che presentano molte caratteristiche comuni agli animali più complessi, compresi gli esseri umani. Hanno utilizzato un test CAFE, in cui le mosche vengono alimentate tramite un microcapillare per misurare l'assunzione di cibo in momenti diversi. Hanno poi studiato il modo in cui le mosche adattano le loro abitudini alimentari alla luce.

Precedenti studi sulle mosche che si alimentano in un ciclo luce/buio hanno dimostrato che le mosche mangiano di più durante il giorno, anche con mutazioni introdotte nei geni dell'orologio circadiano, periodo (per) e senza tempo (tim). Il team si è concentrato su quasimodo (qsm), un gene che codifica per una proteina sensibile alla luce che controlla l'attivazione dei neuroni dell'orologio. Abbattere qsm ha influenzato i modelli di alimentazione diurna delle mosche. È stato scoperto per la prima volta che l'allineamento dell'alimentazione a un ritmo mediato dalla luce è influenzato dal qsm.

Questo effetto era assente per le mosche che si nutrivano nell'oscurità costante. Qui, le mosche con mutazioni nei geni dell’orologio circadiano hanno avuto i loro schemi di alimentazione quotidiana gravemente interrotti. Tra i geni coinvolti, periodo (per), timeless (tim), ciclo (cyc) e orologio (clk), la perdita di clk e cyc hanno avuto l'impatto più grave. È stato rivelato che clk/cyc è necessario per creare periodi di alimentazione e digiuno, soprattutto nei tessuti metabolici. Ma il modo in cui questi cicli venivano sincronizzati con i giorni era dovuto ai geni dell’orologio molecolare nelle cellule nervose piuttosto che ai tessuti metabolici.

I risultati del team rappresentano la prima comprensione di come i diversi orologi in diverse parti di un organismo regolano i cicli di alimentazione/digiuno e il loro allineamento con i ritmi diurni. Comprendere i meccanismi alla base dei comportamenti alimentari può far luce sul comportamento degli animali e potenzialmente portare allo sviluppo di nuovi trattamenti per i disturbi alimentari.

Questo studio ha ricevuto il sostegno del Farber Institute for Neurosciences e della Thomas Jefferson University, del National Institutes of Health, di una sovvenzione della Takeda Foundation e del TMU Strategic Research Fund.