Activity-dependent and -independent control of circadian rhythms in mammalian skeletal muscle

I ritmi biologici autonomi permettono agli organismi di coordinare i processi interni con le condizioni ambientali. I mammiferi mostrano diversi tipi di ritmi comportamentali e fisiologici, che sono generati da un orologio molecolare endogeno composto da un “pacemaker” centrale presente all'interno del nucleo soprachiasmatico (SCN) dell'ipotalamo e degli oscillatori autonomi all'interno delle cellule dei tessuti periferici. Studi precedenti hanno indicato che i segnali generati da questo sono essenziali per la coordinazione temporale di molte funzioni tessuto-specifiche. Tuttavia, rimane in gran parte speculativo quale sia ruolo specifico di questo sistema nel muscolo scheletrico, un tessuto periferico in cui avviene la maggior parte del consumo di energia quotidiano. Alcuni studi suggeriscono che sia i fattori neuronali che quelli umorali contribuiscono all'espressione dei geni ritmici nei tessuti periferici e dall'attività locomotoria e che l’innervazione autonoma ed i segnali metabolici regolati dalla disponibilità di cibo sono i probabili mediatori dell'espressione di geni ritmici nel muscolo scheletrico. In questo lavoro di tesi abbiamo studiato il ruolo dell’orologio biologico nel muscolo scheletrico, analizzando selettivamente ogni via di segnale proposta “in vivo” e controllando i profili di espressione dei geni dell'orologio Bmal1, Per1 e Per2. L’osservazione della traslocazione circadiana nucleo-citoplasma e l’attività trascrizionale del fattore NFAT, un sensore dell’attività nervo-dipendente, ci ha permesso di dimostrare che l’espressione dei geni dell’orologio e’ direttamente correlato con l’attività e che l’innervazione non e’ essenziale nella regolazione dell’orologio biologico. Similmente, l’uso di un composto chimico (6-hydroxydopamine) non ci ha permesso di alterare significativamente la fase dei geni dell'orologio. Tuttavia, sottoponendo gli animali a due settimane di programma d'alimentazione limitato abbiamo osservato un significativo spostamento di fase dell’espressione Bmal1 nel muscolo scheletrico e nel fegato, mentre, l’espressione sia di Per1 che di Per2 ha perso la fase di ritmo. Questi risultati indicano chiaramente che la transcritoma circadiano nel muscolo scheletrico comprende sia geni attività-dipendente che indipendente e, che l’oscillazioni dell’orologio circadiano nel muscolo scheletrico dipendono dai fattori metabolici e non dall’attività neuronale.