Il ruolo della regolazione epigenetica nel ciclo sonno-veglia: meccanismi molecolari, geni e fattori ambientali

Time is marked by circadian rhythms, on a 24-hour scale, which are based on a complex molecular mechanism. The preferred times of sleep and wakefulness vary in each individual and are indicated with the term chronotype, or daytime preference. The circadian system is mainly organized according to a hierarchical organization of molecular clocks that coordinate with each other with the aim of optimizing the body's adaptation according to the time of day, anticipating environmental changes and responding with a coordinated temporal segregation of numerous biochemical processes in order to make them more efficient. The main genes of the molecular mechanism of the regulation of the sleep-wake cycle are called "clock genes", but as anticipated, the rhythms of the tissues are also marked by inputs from the outside world such as light. These genes undergo epigenetic regulation of their expression through three processes: DNA methylation; histone modifications; and non-coding RNAs. All DNA modifications that occur as a result of these epigenetic mechanisms form the epigenome. The epigenome varies between cells and generations since epigenetic modifications are dynamic and sensitive to their environment and plays a fundamental role in both the regulation of gene expression and the storage of memory. It is not only different genes that influence sleep regulation, but also various environmental factors such as light, sleep hours, nutrition and physical activity. Incorrect exposure to light, an unbalanced diet, physical activity at inconvenient times of the day lead to the desynchronization of circadian rhythms. Loss or interruption of sleep, such as due to career choices, the use of stimulants, or health problems such as stress or other disorders, affects the epigenome resulting in behavioral effects such as heart disease, stroke, high blood pressure, obesity, decreased alertness, and a consequent increased risk of accidents (Benazzi S, 2021).

Il tempo è scandito dai ritmi circadiani, su scala di 24 ore, i quali si basano su un complesso meccanismo molecolare. I tempi preferiti di sonno e di veglia variano in ogni individuo e vengono indicati con il termine cronotipo, o preferenza diurna. Il sistema circadiano è organizzato principalmente secondo un’organizzazione gerarchica di orologi molecolari che si coordinano tra di loro con lo scopo di ottimizzare l’adattamento dell’organismo in base al momento della giornata, anticipando i cambiamenti ambientali e rispondendo con una coordinata segregazione temporale di numerosi processi biochimici al fine di renderli maggiormente efficienti. I geni principali del meccanismo molecolare della regolazione del ciclo sonno-veglia sono detti “clock genes”, ma come anticipato i ritmi dei tessuti vengono scanditi anche da input provenienti dal mondo esterno come la luce. Questi geni subiscono una regolazione epigenetica della loro espressione attraverso tre processi: la metilazione del DNA; le modifiche degli istoni; e gli RNA non codificanti. Tutte le modificazioni del DNA che si verificano in seguito a questi meccanismi epigenetici formano l’epigenoma. L’epigenoma varia tra le cellule e le generazioni a causa del fatto che le modifiche epigenetiche sono dinamiche e sensibili al loro ambiente e svolge un ruolo fondamentale sia nella regolazione dell’espressione genica, sia nell’archiviazione della memoria. Non sono solo diversi geni ad influire nella regolazione del sonno, ma anche diversi fattori ambientali come la luce, le ore di sonno, l’alimentazione e l’attività fisica. La scorretta esposizione alla luce, un’alimentazione poco equilibrata, un’attività fisica in momenti sconvenienti della giornata comportano la desincronizzazione dei ritmi circadiani. La perdita o l’interruzione di sonno, dovuta ad esempio a scelte lavorative, all’uso di stimolanti o a problemi di salute come stress o altri disturbi, influisce sull’epigenoma con conseguenti effetti comportamentali come malattie cardiache, ictus, ipertensione, obesità, diminuzione della vigilanza e conseguente aumento del rischio di incidenti (Benazzi S, 2021).