Il digiuno non causa solo la potenziale perdita di peso. Un recente studio del National Research Council di Pisa e dell’Università della California (“Brain histone beta-hydroxybutyrylation couples metabolism with gene expression“), pubblicato su Cellular and Molecular Life Sciences, mostra in esperimenti di laboratorio un importante impatto generato dagli stimoli metabolici sul tessuto cerebrale a livello molecolare.
Il digiuno, dunque, sarebbe responsabile dell’alterazione dell’espressione genica della corteccia cerebrale, in particolare di alcuni corpi chetonici, che influiscono a loro volta in misura maggiore sul ritmo circadiano.
Background
Partiamo dal fatto che l’assenza di cibo rappresenta uno stimolo stressante per l’organismo che deve, comunque, continuare a rispondere alle richieste energetiche di un gran numero di tessuti. Richieste che vengono in condizioni di normalità in gran parte soddisfatte dal glucosio, in questo caso deficitario; pertanto, strategicamente, l’organismo comincia a produrre corpi chetonici come fonte energetica alternativa.
Forti di questo fatto, l’attenzione dei ricercatori italo-americani si è concentrata sul corpo chetonico beta-idrossibutirrato (BHB), poco noto e sul quale le conoscenze sono scarse, in passato ritenuto substrato per produrre energia, oggi una potenziale molecola di segnalazione per la regolazione della trascrizione genica. Su tale ipotesi sono stati avviati studi di laboratorio su topi sottoposti a digiuno di 48 ore, una sfida metabolica chetogenica, con l’intento di misurare i livelli di lisina beta-idrossibutirilazione (K-bhb) nelle proteine estratte dalla corteccia cerebrale. Quest’ultima ritenuta una sede su cui possono maggiormente impattare il metabolismo, con esiti anche importanti. Non solo, utilizzando alcune tecniche di spettrometria di massa ad alta risoluzione sono state rilevate le concentrazioni di K-bhb anche nel fegato, dove questo composto viene prodotto per la maggior parte, e nel plasma dove viene rilasciato.
È stato così possibile osservare che il digiuno ha favorito il miglioramento il K-bhb in una varietà di proteine, incluso l’istone H3, mentre esperimenti ChIP-seq (chromatin immunoprecipitation sequncing), una metodica che sfrutta la Next generation Sequencing per mappare i punti di legame delle proteine sul genoma, farebbero osservare che la beta-idrossibutirrilazione K9 di H3 (H3K9-bhb) era significativamente arricchita dal digiuno su più di 8000 loci di DNA. Ciò significa che le cellule cerebrali sono in grado di utilizzare il BHB non solo come substrato, ma anche come donatore chimico, causando dunque alterazioni nella struttura di alcune proteine nel nucleo delle cellule che sono in contatto con il DNA.
Trascrizioni specifiche
Procedendo nell’analisi si è evidenziato che una delle annotazioni funzionali in cui di sono verificati i maggiori cambiamenti nell’espressione genica, risultando più arricchite sia a livello epigenetico sia trascrizionale, è stata quella dei ritmi circadiani. Si è scoperto che l’oscillazione diurna di trascrizioni specifiche era modulata dal digiuno in tempi zeitgeber (quest’ultimo indica un fattore esogeno in grado di modificare la fase di una oscillazione biologica endogena e, quindi, di sincronizzare l’orologio biologico che la genera con l’ambiente esterno) distinti sia nella corteccia sia nel nucleo soprachiasmatico, così come una variabilità di cambiamenti dell’attività locomotoria influenzata nelle caratteristiche giornaliere durante la rialimentazione dopo 48 ore di digiuno. I cambiamenti del ritmo circadiano sembrano mantenersi anche dopo la reintroduzione del cibo.
In conclusione
I dati di laboratorio sembrerebbero suggerire che il digiuno incide notevolmente sul paesaggio trascrizionale ed epigenetico della corteccia cerebrale e che il BHB agisce come una potente molecola epigenetica nel cervello attraverso il rimodellamento diretto e specifico dei segni istonici nelle cellule del tessuto neurale. Secondo gli autori tali informazioni, eventualmente confermate da ulteriori studi, potrebbero essere impiegate nella futura pratica clinica come una possibile opzione terapeutica, alternativa, nel trattamento di disturbi del neurosviluppo o neuropsichiatrici.
Fonte:
- Cornuti S, Chen S, Lupori L, Finamore F, Carli F, Samad M, Fenizia S, Caldarelli M, Damiani F, Raimondi F, Mazziotti R, Magnan C, Rocchiccioli S, Gastaldelli A, Baldi P, Tognini P. Brain histone beta-hydroxybutyrylation couples metabolism with gene expression. Cell Mol Life Sci. 2023 Jan 6;80(1):28.
