Ogni organismo vivente ha scritte nei propri geni le istruzioni per costruire e far funzionare un orologio. Non si pensi però a un quadrante con lancette o cifre digitali. Il nostro orologio biologico è fatto di geni, molecole e proteine, che si esprimono nelle cellule di diversi organi.
Nel XVIII secolo, l'astronomo Jean Jacques d'Ortous de Mairan notò che le foglie delle piante di mimosa si aprivano di giorno e si chiudevano di notte. Il comportamento si credeva fosse dovuto al variare delle condizioni ambientali. De Mairan decise allora di lasciare le piante al buio: sorprendentemente le foglie continuavano ad aprirsi e chiudersi con la stessa regolarità come se fossero guidate da un orologio interno.
Michael Young, negli anni '80, alla Rockfeller University, stava studiando il gene period del moscerino della frutta, Drosophila melanogaster. Questo gene, situato sul cromosoma X, codificava per una proteina, per, che si accumulava durante la notte nelle cellule del moscerino. Raggiunto un valore soglia, per informava il gene di fermarne la produzione e durante il giorno, in presenza di luce, la proteina veniva degradata, per poi ricominciare ad accumularsi di notte. Il corretto funzionamento di questo meccanismo di feedback faceva compiere al moscerino cicli di sonno-veglia regolari, di 24 ore.
Young stava studiando però altri moscerini, portatori di altre due versioni mutate del gene: ad una erano associati cicli di 29 ore, all'altra cicli di 19 ore. In un articolo pubblicato su Nature nel 1984 Michael Young riuscì a dimostrare che ripristinando la funzione del gene si poteva ripristinare il corretto ciclo circadiano del moscerino. Un gene direttamente responsabile di un comportamento veniva individuato e sequenziato: era una svolta epocale per tutta la genetica, la neurobiologia e la cronobiologia.
Nello stesso anno altri due ricercatori raggiungevano i medesimi risultati: Jeffrey C. Hall e Michael Rosbash, della Brandeis University, nel Massachusetts. Si sapeva dunque che esisteva un gene responsabile di un preciso comportamento, ma non si conosceva ancora il meccanismo di funzionamento. Qualche anno più tardi Michael Young aggiunse i tasselli mancanti al mosaico: identificò un altro gene coinvolto nel processo regolativo, timeless, e successivamente un altro ancora, doubletime.
Nel 2017 l'Accademia reale svedese delle scienze ha insignito i tre studiosi del Premio Nobel per la medicina e la fisiologia. In una cerimonia tenutasi in Aula Magna al Bo, l'università di Padova ha conferito, per la prima volta nella sua storia, il dottorato di ricerca ad honorem in bioscienze a Michael Young, che ha tenuto la sua Nobel lecture a seguire.
Michael W. Young, premio Nobel 2017 per la medicina e la fisiologia, spiega il funzionamento degli orologi biologici che regolano i ritmi circadiani degli organismi e discute dei disturbi che possono insorgere dalla loro desincornizzazione
Oggi sappiamo che l'orologio che regola il ciclo sonno veglia è solo uno di tanti orologi biologici che cadenzano l'espressione genica di moltissime funzioni implicate nel metabolismo, nel comportamento alimentare, nella regolazione della pressione sanguigna e della temperatura corporea.
“Questi sono tra gli orologi più antichi mai comparsi sulla Terra” spiega il premio Nobel in questa intervista. “Per quello che sappiamo oggi, tutti gli orologi nel regno animale, vegetale e dei funghi, sono fatti di geni che codificano per proteine autoinibitorie, ovvero che auto-regolano la propria produzione in un ciclo retroattivo”. Gli stessi geni che Michael Young ha descritto in Drosophila sono presenti anche nell'uomo e in gran parte del regno animale, seppur con qualche modificazione. Si dice che sono geni molto conservati, ovvero che una volta evoluti la selezione naturale in centinaia di migliaia di anni non li ha modificati di molto quando venivano trasferiti da una generazione all'altra, da una specie all'altra. Andavano bene così com'erano, perché d'altronde sono adattamenti che consentono di sincronizzare gli organismi con i ritmi del pianeta Terra, in cui il sole sorge e tramonta in 24 ore e le cui stagioni si alternano in 12 mesi. È un simile principio regolativo infatti (stagionale e non circadiano) quello che dice agli uccelli migratori quando intraprendere i loro viaggi intercontinentali. Il cambiamento climatico è oggi la più seria minaccia a questa sincronia tra geni e ambiente.
Cerimonia di consegna del dottorato ad honorem a Michael W. Young, premio Nobel per la medicina e la fisiologia nel 2017
La maggiore minaccia al nostro orologio circadiano è invece lo stress di una vita quotidiana frenetica. Ci siamo inventati molti modi per maltrattare i nostri orologi biologici: lo stordimento del jet lag è l'effetto più noto.
Negli ultimi anni Michael Young sta studiando le basi genetiche del Delayed sleep phase disorder, un disturbo del sonno che ormai colpisce il 5% della popolazione statunitense, che va a letto sempre più tardi. La deprivazione di sonno e l'alterazione del ciclo sonno-veglia sono associati a numerosi disturbi: metabolici, psichiatrici, immunitari e dell'umore: “Studiando le mutazioni deleterie possiamo scoprire se queste sono associate ad altri tipi di patologie”.
Nato nel 1949 a Miami in Florida, Michael Warren Young si è laureato all'università del Texas, Austin, nel 1971. Dopo una internship estiva, ha ottenuto lì il dottorato in genetica, conseguito nel 1975. Ha proseguito i suoi studi post dottorali alla Scuola di medicina di Stanford, dove ha appreso le tecniche di biologia molecolare che gli hanno permesso di lavorare sui moscerini della frutta protagonisti del lavoro del 1984. Dal 1978 è entrato nella Rockfeller University a New York. È membro della National Academy of Sciences e nel 2004 è stato nominato vice presidente degli affari accademici alla Rockfeller University, dove oggi continua a lavorare.
