Un nuovo twist sulla genetica del sonno

Nel numero attuale di PLOS Genetics c'è un affascinante articolo sul ruolo del gene Gnas nella regolazione del sonno REM e NREM. L'articolo è di un gruppo internazionale che comprende gruppi con sede presso il Dipartimento di Neuroscienze e Tecnologie del cervello, Istituto Italiano di Tecnologia, Genova, Italia; l'Unità di Genetica dei mammiferi del Consiglio di ricerca medica, Harwell, Regno Unito, e il Dipartimento di Biologia e Fisiologia Integrativa, Università del Minnesota, Minneapolis, Minnesota, Stati Uniti d'America.

Gli autori (Lassi G, Ball ST, Maggi S, Colonna G, Nieus T, et al. (2012) La perdita di Gnas Imprinting influisce in modo diverso sul sonno e la cognizione REM / NREM nei topi PLoS Genet 8 (5): e1002706. 10.1371 / journal.pgen.1002706) riportano che gli stati di sonno REM e NREM sono modulati in modo differenziale dal gene impresso materno stampato Gnas.

Normalmente i topi, come molti altri mammiferi, inclusi noi, esibiscono l'imprinting del locus Gnas.

Cos'è l'imprinting? Attualmente, circa 100 trascritti nel genoma dei mammiferi, e un numero di RNA non codificanti, sono noti per essere geni di imprinting. Un segno epigenetico, che si verifica durante la gametogenesi e che coinvolge la metilazione del DNA dei domini ricchi di CpG e l'alterazione della cromatina, porta a una distorsione nell'espressione genica tra geni imprigionati per via ereditaria materna e paterna. Quindi un gene impresso è espresso a seconda del genitore di origine; cioè se è trasmesso dalla linea materna o paterna.

Questo fatto è estremamente importante per una teoria dell'evoluzione degli stati del sonno nei mammiferi in quanto vi sono alcuni modelli evolutivi esplicitamente definiti dell'imprinting genomico. Il più famoso di questi è il modello di conflitto genetico di David Haig.

Per semplificare enormemente un modello molto complesso, la teoria del conflitto dell'imprinting suggerisce che l'imprinting si sia evoluto a causa del conflitto negli interessi riproduttivi tra i sessi. I geni maternamente espressi tendono a down-regolare e conservare le risorse energetiche di un organismo, mentre i geni espressi paternamente tendono ad opporsi agli effetti dei geni espressi maternamente.

Ora Gnas (il locus in questione in questo articolo) codifica per la subunità G-protein stimolante che facilita la produzione di AMP ciclico e altri processi metabolici legati all'energia. Ma gli autori hanno progettato un modello di topo che mostra la perdita di impronta degli Gnas. Hanno poi misurato il sonno e i processi di apprendimento comportamentale in questi topi. Il sonno è stato misurato con elettrodi impiantati e la risposta comportamentale è stata misurata con l'apprendimento automatico all'avanguardia ei paradigmi di condizionamento della paura per i topi.

La scoperta di base riportata nel documento era che i topi che avevano perso l'imprinting degli Gnas mostravano indici anormalmente aumentati di sonno NREM e dimunition anomalo dell'attività REM.

Gli autori offrono l'idea ragionevole che il sonno funzioni in parte per aiutare a regolare l'omeostasi energetica ed è per questo che gli stati di sonno possono essere influenzati così profondamente dall'espressione di un gene come gli Gnas.

Sembra quindi che le fisiologie dello stato di sonno siano state portate, almeno in parte, sotto il controllo di geni impressi.

Ma ora quell'idea e il fatto portano implicazioni potenzialmente importanti per la scienza del sonno e i disturbi del sonno.

Se le funzioni del sonno possono essere influenzate da forze di conflitto genetico, è probabile che vedremo alcuni fenomeni bizzarri associati al sonno, proprio come facciamo in altre arene in cui il conflitto genetico regna (ad esempio, i comportamenti sessuali). Inoltre, molti disturbi del sonno potrebbero essere profondamente influenzati da meccanismi genetici che non obbediscono alle regole dell'ereditarietà mendeliana classica.

È interessante notare che, come è stato spesso sottolineato, la sindrome di Prader-Willi (PWS) e la sindrome di Angelman (AS) mostrano profili imprinting opposti e opposti fenotipi del sonno. La PWS è associata ad eccessiva sonnolenza e anomalie del sonno REM come periodi REM di inizio del sonno, frammentazione REM, intrusione di REM nel sonno dello stadio 2 e latenze brevi a REM. Viceversa, AS è associato a riduzioni del sonno.

La carta Lassi et al rappresenta un potenziale passo avanti nella comprensione di questi complessi disturbi del sonno e del comportamento.

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