Ergonomic artificial lighting: study of the chronobiological effects of light radiations on human health

Visible radiation affects the circadian cycle of living organisms. This thesis studied the chronobiological effects of light radiation in vitro on keratinocytes and in vivo on Drosophila melanogaster. The effects of a three-day exposure to blue and red light radiation emitted by LEDs on these two models were compared with a control group kept in the dark. On keratinocytes (HaCaT) cell viability, apoptosis, cell cycle, circadian gene expression and proteomics were analysed. On Drosophila melanogaster the response to thermal stress and paraquat, motility and expression of some clock genes were studied. Light radiation has different biological effects on keratinocytes, due to wavelength, exposure time and intensity. Exposure to 12-hour high-intensity blue light for three days reduced cell proliferation, increased apoptosis, modified the cell cycle, synchronized circadian clocks, altered oxidoreductase class protein levels, and increased intracellular ROS concentration. The same exposure in Drosophila melanogaster decreased recovery time from cold-induced coma, decreased survival to high temperature treatment, increased toxicity to paraquat, increased motility, and induced overexpression of clock genes. In our models, blue light has chronobiological effects. Blue light decreases keratinocyte viability in a time- and intensity-dependent manner. Keratinocytes have autonomous regulation of the circadian cycle probably to address toxic insults (blue light) from the external environment. In insects, a response could be observed after exposure to blue light; clock genes are over-expressed and some circadian rhythmic functions are modified.

La radiazione visibile ha effetti sul ciclo circadiano degli organismi viventi. Questa tesi ha studiato gli effetti cronobiologici della radiazione luminosa in vitro su cheratinociti e in vivo su Drosophila melanogaster. Sono stati studiati gli effetti di una esposizione di tre giorni a radiazione luminosa blu e rossa emessa da LED rispetto ad un gruppo di controllo tenuto al buio. Su cellule di cheratinociti (HaCaT) sono stati studiati: la vitalità cellulare, l'apoptosi, il ciclo cellulare, l'espressione dei geni circadiani e la proteomica. Su Drosophila melanogaster sono state studiate: la risposta a stress termici e al paraquat, la motilità e l'espressione di alcuni geni clock. La radiazione luminosa ha diversi effetti biologici sui cheratinociti, in relazione alla lunghezza d'onda, al tempo di esposizione e all'intensità. Un’esposizione di 12h di luce blu ad alta intensità per tre giorni ha ridotto la proliferazione cellulare, aumentato l'apoptosi, modificato il ciclo cellulare, sincronizzato gli orologi circadiani, alterato i livelli proteici della classe ossidoreduttasi, aumentato la concentrazione di ROS intracellulari. Nei moscerini esposti per tre giorni a luce blu, sono stati osservati una diminuzione del tempo di recupero dal coma indotto dal freddo, una diminuzione della sopravvivenza se sottoposti a trattamento con alta temperatura, un aumento della tossicità al paraquat, un’aumento della motilità e una sovraespressione dei geni clock. Nei nostri modelli la luce blu ha effetti cronobiologici. La luce blu diminuisce la vitalità dei cheratinociti e l’effetto dipende del tempo di esposizione e dall’intensità. I cheratinociti possiedono una regolazione autonoma del ciclo circadiano probabilmente per far fronte a insulti tossici (luce blu) dall'ambiente esterno. Negli insetti è stato possibile osservare una risposta dopo l’esposizione a luce blu; i geni clock risultano overespressi e alcune funzioni ritmiche circadiane sono modificate.