PRIN 2008- Ruolo del sistema ipocretinergico nel controllo cardiovascolare termoregolatorio durante la veglia e il sonno”, prot. 2008FY7K9S.

Obiettivo della ricerca eseguita è stato studiare il ruolo svolto dal sistema ipocretinergico (HCRT) ipotalamico nel controllo cardiovascolare termoregolatorio durante il ciclo veglia-sonno. Numerose evidenze sperimentali suggeriscono un coinvolgimento del sistema HCRT nell'integrazione, a livello ipotalamico, del controllo del ciclo veglia-sonno con la regolazione della temperatura corporea e della funzione cardiovascolare. Un danno specifico al sistema HCRT sembra essere alla base della narcolessia, una rara patologia umana caratterizzata da un'alterazione del normale ritmo veglia-sonno e da un difettoso controllo della vasomozione cutanea, che appare essere uno dei fattori alla base dell'eccessiva sonnolenza diurna tipica dei pazienti narcolettici. Inoltre, dati recenti ottenuti nell'animale mantenuto in condizioni di anestesia generale, hanno enfatizzato il ruolo centrale dei neuroni HCRT nel controllo della funzione termogenetica a livello del tessuto adiposo bruno. L'attività sperimentale è stata condotta in diversi modelli animali nei quali sono state prodotte manipolazioni genetiche o chimiche del sistema HCRT: (i) topi transgenici HCRT-Ataxina-3, nei quali, in seguito ad una degenerazione post-natale dei neuroni ipocretinergici, questi risultano praticamente assenti a partire dalla quindicesima settimana di vita; (ii) topi knock-out per il gene di HCRT, congenitamente privi di peptidi HCRT. Sia i topi transgenici HCRT-Ataxina-3 che i topi knock-out per il gene HCRT sviluppano un fenotipo narcolettico; (iii) ratti in cui si è proceduto alla manipolazione transitoria, ma prolungata nel tempo, dell'attività dei neuroni HCRT dell'ipotalamo laterale attraverso la microiniezione locale ripetuta dell'agonista dei recettori GABA-A muscimolo e la somministrazione dell'antagonista dei recettori GABA-A GABAzina. In questo modello si è proceduto anche a valutare gli effetti autonomici e comportamentali indotti dall'attivazione colinergica dei neuroni dell'ipotalamo laterale mediante somministrazione locale dell'agonista colinergico carbacolo. Nei modelli murini il controllo cardiovascolare termoregolatorio stato-dipendente è stato studiato registrando in continuo le variazioni di pressione arteriosa e frequenza cardiaca durante le fasi del ciclo veglia-sonno e durante le transizioni di stato, determinate in funzione dell'attività elettroencefalografica. Poiché è noto che le regolazioni fisiologiche cambiano nelle diverse fasi del ciclo veglia-sonno, l'analisi stato-dipendente del controllo cardiovascolare termoregolatorio ha permesso di rivelare le anomalie del controllo cardiovascolare specifiche per ogni stato comportamentale. Inoltre, dato che HCRT è un peptide che esalta l'attività di veglia, l'analisi stato dipendente dei risultati ha coonsentito di separare lo specifico ruolo svolto dall'HCRT nel controllo cardiovascolare termoregolatorio da quello associato alla sua attività di promozione della veglia (che determina aumento della pressione arteriosa e della frequenza cardica e vasocostrizione periferica). Lo studio ha analizzato il ruolo dell'HCRT nella risposta vegetativa termoregolatoria in condizioni di stress termico causato da esposizione a bassa temperatura ambientale, che sembra essere la condizione fisiologicamente più appropriata per indurre una risposta termoregolatoria in grado, tra l'altro, di interferire con l'espressione del ciclo veglia-sonno. Ciò ha permesso di verificare l'effetto di questa modificazione ambientale sull'espressione del fenotipo narcolettico. Gli esperimenti condotti sul ratto hanno permesso di valutare se la soppressione dell'attività dell'ipotalamo laterale fosse in grado di promuovere la comparsa del sonno, così come apparentemente accade nelle fasi di esordio della narcolessia, anche in condizioni ambientali (bassa temperatura ambientale) sfavorevoli al sonno. Sono stati esaminati anche gli effetti di tale inibizione sulla funzione termogenetica e sulla vasomozione periferica e, grazie al monitoraggio in continuo della pressione arteriosa, sulla funzione autonomica cardiovascolare che sottende le modificazioni circolatorie adattative alle esigenze termoregolatorie. E' tuttora in fase di completamento lo studio degli effetti dell'attivazione dell'ipotalamo laterale mediante somministrazione dell'antagonista dei recettori GABA-A GABAzina (di cui si riportano i dati preliminari), per verificare il ruolo di tale area nella promozione della veglia e nell'attivazione dei processi metabolici e cardiovascolari, e degli effetti autonomici e comportamentali indotti dall'attivazione colinergica dei neuroni dell'ipotalamo laterale mediante somministrazione locale dell'agonista colinergico carbacolo. Il ruolo di tale afferenza colinergica nel modulare le diverse funzioni dei neuroni HCRT non è ancora noto, ma potrebbe essere estremamente rilevante nell'ipotesi che essa sia in grado di modulare solo una sottopopolazione dei neuroni HCRT, influenzando pertanto solo una parte delle molte funzioni dei neuroni HCRT. Nel complesso, questo progetto di ricerca aveva l'obiettivo di apportare un contributo al chiarimento di un importante problema di neurofisiologia integrativa, che concerne la modalità di integrazione dei meccanismi di regolazione ipotalamica del controllo dell'omeostasi energetica, della funzione vegetativa cardiovascolare, della termoregolazione e del ciclo veglia-sonno. Poiché HCRT sembra avere un ruolo centrale nel coordinare questi meccanismi strettamente interdipendenti, lo studio combinato di modelli animali con una compromissione su base genetica del sistema HCRT, e di animali sottoposti manipolazione chimica mirata del sistema HCRT sono risultati appropriati a tale scopo.