La dinamica del glutammato cerebrale cambia fotoperiodicamente in base al gene dell'orologio circadiano e media la risposta cellulare dei neuroni che promuovono l'ovodeposizione. Credito:2022, Masaharu Hasebe e Sakiko Shiga, La dinamica del glutammato dipendente dal gene dell'orologio nel cervello del bean bug regola la riproduzione fotoperiodica, PLOS Biology
Il corpo dell'organismo non solo ha un orologio biologico in grado di leggere l'ora del giorno, ma può anche indicare l'ora dell'anno. Ricercatori dal Giappone hanno scoperto che una piccola molecola capace potrebbe essere alla base del meccanismo mediante il quale l'orologio biologico tiene traccia delle stagioni.
In uno studio recentemente pubblicato su PLOS Biology , i ricercatori dell'Università di Osaka rivelano che la segnalazione del glutammato è responsabile della regolazione stagionale della riproduzione nelle cimici dei fagioli da parte dei geni coinvolti nel mantenimento del ritmo circadiano.
Il ritmo circadiano è guidato da un orologio biologico che controlla i processi corporei in base all'ora del giorno. Un processo correlato è la sensibilità al fotoperiodo, o regolazione stagionale, in cui i processi corporei sono regolati su base stagionale in base alla durata del periodo diurno e notturno.
"Studi precedenti hanno dimostrato che i geni dell'orologio circadiano sono coinvolti non solo nella regolazione dei processi quotidiani, ma anche nella regolazione degli eventi stagionali, come la riproduzione negli insetti", afferma Masaharu Hasebe, primo autore dello studio. "Tuttavia, il meccanismo che governa questa interazione non era chiaro."
Per affrontare questo problema, i ricercatori si sono concentrati sul glutammato, un neurotrasmettitore coinvolto nella trasmissione di un'ampia varietà di segnali nel cervello di molti animali, dagli invertebrati ai mammiferi. Utilizzando le cimici dei fagioli, un modello conveniente dei ritmi stagionali legati all'orologio circadiano, è stato valutato un livello di glutammato cerebrale in diverse condizioni fotoperiodiche legate al ciclo riproduttivo stagionale e in risposta all'interferenza con i geni dell'orologio circadiano.
I livelli di glutammato cerebrale sono significativamente alti nei giorni brevi. Credito:2022, Masaharu Hasebe e Sakiko Shiga, La dinamica del glutammato dipendente dal gene dell'orologio nel cervello del bean bug regola la riproduzione fotoperiodica, PLOS Biology
"I risultati sono stati molto chiari", spiega Sakiko Shiga, autore senior dello studio. "I livelli di glutammato extracellulare nell'intero cervello erano significativamente più alti in condizioni di giorno corto che in condizioni di giorno lungo e l'abbattimento del periodo del gene dell'orologio ha abolito questa differenza".
La riduzione o l'aumento diretto dei livelli di glutammato nei cervelli delle cimici dei fagioli ha anche ridotto i cambiamenti stagionali nello stato riproduttivo. Inoltre, la riduzione o l'aumento dei livelli di glutammato ha interrotto le risposte fotoperiodiche dei neuroni della pars intercerebralis, che in genere cambiano la loro attività neurale stagionalmente e promuovono la deposizione delle uova.
"I nostri risultati mostrano che le dinamiche extracellulari del glutammato sono regolate dai geni dell'orologio e svolgono un ruolo essenziale nel controllo fotoperiodico della riproduzione", afferma Hasebe.
Dato che il glutammato è ampiamente utilizzato per la neurotrasmissione negli animali, dagli insetti ai mammiferi, i risultati di questo studio hanno implicazioni che vanno oltre la biologia dei fagioli. È possibile che ulteriori studi che indaghino su questo legame meccanicistico recentemente scoperto tra l'orologio circadiano e la regolazione del fotoperiodo possano migliorare la nostra comprensione dell'adattamento stagionale in un'ampia gamma di animali.
L'articolo, "La dinamica del glutammato dipendente dal gene dell'orologio nel cervello dell'insetto dei fagioli regola la riproduzione fotoperiodica" è stato pubblicato su PLOS Biology . + Esplora ulteriormente
