Le cellule del corpo parlano tra loro dell'invecchiamento | Rivista Quanti

L’invecchiamento può sembrare un processo non regolato: con il passare del tempo, le nostre cellule e i nostri corpi inevitabilmente accumulano ammaccature e ammaccature che causano disfunzioni, fallimenti e, infine, la morte. Tuttavia, nel 1993, una scoperta ribaltò questa interpretazione degli eventi. I ricercatori hanno scoperto una mutazione in un singolo gene che ha raddoppiato la durata della vita di un verme; il lavoro successivo ha dimostrato che i geni correlati, tutti coinvolti nella risposta all’insulina, sono regolatori chiave dell’invecchiamento in una serie di animali, dai vermi e dalle mosche agli esseri umani. La scoperta ha suggerito che l’invecchiamento non è un processo casuale – anzi, geni specifici lo regolano – e ha aperto la porta a ulteriori ricerche su come procede l’invecchiamento a livello molecolare.

Recentemente, una serie di articoli ha documentato un nuovo percorso biochimico che regola l’invecchiamento, basato sui segnali trasmessi tra i mitocondri, gli organelli meglio conosciuti come la centrale elettrica della cellula. Lavorando con i vermi, i ricercatori hanno scoperto che il danno ai mitocondri nelle cellule cerebrali innescava una risposta di riparazione che veniva poi amplificata, innescando reazioni simili nei mitocondri in tutto il corpo del verme. L’effetto di questa attività di riparazione è stato quello di prolungare la durata della vita dell’organismo: i vermi con il danno mitocondriale riparato vivevano il 50% in più.

Inoltre, le cellule della linea germinale – le cellule che producono ovociti e spermatozoi – erano centrali in questo sistema di comunicazione anti-invecchiamento. È una scoperta che aggiunge nuove dimensioni alle preoccupazioni sulla fertilità implicite quando le persone parlano di invecchiamento e del loro “orologio biologico”. Alcuni dei risultati erano segnalato in Anticipi Scienza e altri sono stati pubblicati su server di prestampa scientifica biorxiv.org in autunno.

La ricerca si basa su un recente corpus di lavori che lo suggeriscono i mitocondri sono organelli sociali che possono dialogare tra loro anche quando si trovano in tessuti diversi. In sostanza, i mitocondri funzionano come walkie-talkie cellulari, inviando messaggi in tutto il corpo che influenzano la sopravvivenza e la durata della vita dell'intero organismo.

"La cosa importante qui è che oltre ai programmi genetici, c'è anche un fattore molto importante per regolare l'invecchiamento, ovvero la comunicazione tra i tessuti", ha affermato David Vilchez, che studia l'invecchiamento all'Università di Colonia e non è stato coinvolto nella nuova ricerca.

Il biologo cellulare Andrew Dilin hanno scoperto i primi indizi di questo nuovo percorso che regola la durata della vita circa dieci anni fa. Stava cercando i geni che allungano la vita Caenorhabditis elegans vermi quando scoprì che danneggiare geneticamente i mitocondri prolungava la vita dei vermi del 50%.

Era inaspettato. Dillin aveva ipotizzato che i mitocondri difettosi avrebbero accelerato la morte piuttosto che prolungare la vita: dopo tutto, i mitocondri sono fondamentali per il funzionamento cellulare. Eppure, per qualche motivo, ostacolare il regolare funzionamento dei mitocondri costringeva i vermi a vivere più a lungo.

Più intrigante era il fatto che mitocondri danneggiati nel sistema nervoso dei vermi sembrava guidare l’effetto. "Ciò dice davvero che alcuni mitocondri sono più importanti di altri", ha detto Dillin, che ora è professore all'Università della California, Berkeley. "I neuroni dettano questo al resto dell'organismo, e questo è stato davvero sorprendente."

Ora, Dillin e il suo team hanno ampliato questa scoperta scoprendo nuovi dettagli su come i mitocondri nel cervello comunicano con le cellule del corpo del verme per prolungare la vita.

Innanzitutto doveva capire perché un danno ai mitocondri del cervello potesse avere un effetto benefico sull’organismo. Il processo di generazione di energia del mitocondrio richiede un macchinario molecolare estremamente complesso con dozzine di parti proteiche diverse. Quando le cose vanno male, ad esempio quando alcuni componenti mancano o sono mal ripiegati, i mitocondri attivano una risposta allo stress, nota come risposta proteica non ripiegata, che fornisce enzimi riparatori per aiutare i complessi ad assemblarsi correttamente e ripristinare la funzione mitocondriale. In questo modo, la risposta proteica mantenuta mantiene le cellule sane.

Dillin si aspettava che questo processo si svolgesse solo all’interno dei neuroni con mitocondri danneggiati. Tuttavia ha osservato che anche le cellule di altri tessuti del corpo del verme attivavano risposte di riparazione anche se i loro mitocondri erano intatti.

È questa attività di riparazione che ha aiutato i vermi a vivere più a lungo. Come portare regolarmente un'auto da un meccanico, la risposta proteica sviluppata sembrava mantenere le cellule in buone condizioni di funzionamento e funzionare come dettagli anti-invecchiamento. Ciò che rimaneva misterioso era il modo in cui questa risposta proteica veniva comunicata al resto dell’organismo.

Dopo alcune indagini, il team di Dillin ha scoperto che i mitocondri nei neuroni stressati utilizzavano vescicole – contenitori a forma di bolla che spostano materiali intorno alla cellula o tra le cellule – per trasportare un segnale chiamato Wnt oltre le cellule nervose ad altre cellule del corpo. I biologi sapevano già che Wnt svolge un ruolo nella creazione del modello corporeo durante le prime fasi dello sviluppo embrionale, durante il quale innesca anche processi di riparazione come la risposta proteica spiegata. Tuttavia, come potrebbe la segnalazione Wnt, se attivata in un adulto, evitare di attivare il programma embrionale?

Dillin sospettava che dovesse esserci un altro segnale con cui Wnt interagiva. Dopo ulteriori lavori, i ricercatori hanno scoperto che un gene espresso nei mitocondri della linea germinale – e in nessun altro mitocondrio – può interrompere i processi di sviluppo di Wnt. Quel risultato glielo suggerì le cellule della linea germinale svolgono ruoli critici nella trasmissione del segnale Wnt tra il sistema nervoso e i tessuti in tutto il resto del corpo.

"La linea germinale è assolutamente essenziale per questo", ha detto Dillin. Non è chiaro, tuttavia, se i mitocondri germinali agiscano come amplificatori, ricevendo il segnale dai mitocondri del cervello e trasmettendolo ad altri tessuti, o se i tessuti riceventi stiano “ascoltando” i segnali provenienti da entrambe le fonti.

In ogni caso, la forza del segnale della linea germinale regola la durata della vita dell’organismo, ha detto Dillin. Man mano che un verme invecchia, la qualità delle sue uova o dello sperma diminuisce, ciò che chiamiamo il ticchettio di un orologio biologico. Il declino si riflette anche nella capacità mutevole delle cellule germinali di trasmettere segnali dai mitocondri del cervello, ha suggerito. Man mano che il verme invecchia, la sua linea germinale trasmette il segnale di riparazione in modo meno efficace e quindi anche il suo corpo decade.

Gli scienziati non sanno ancora se questi risultati si applicano agli esseri umani e al modo in cui invecchiamo. Tuttavia, l’ipotesi ha senso da un punto di vista evolutivo più ampio, ha detto Dillin. Finché le cellule germinali sono sane, inviano segnali pro-sopravvivenza per garantire che l’organismo ospite sopravviva per riprodursi. Ma poiché la qualità delle cellule germinali diminuisce, non vi è alcuna ragione evolutiva per continuare a prolungare ulteriormente la durata della vita; dal punto di vista dell’evoluzione, la vita esiste per riprodursi.

Il fatto che i mitocondri possano parlare tra loro potrebbe sembrare alquanto allarmante, ma c’è una spiegazione. Molto tempo fa, i mitocondri erano batteri a vita libera che univano le forze con un altro tipo di cellula primitiva per lavorare insieme in quelle che divennero le nostre moderne cellule complesse. Quindi, la loro capacità di comunicare è probabilmente una reliquia dell’antenato batterico a vita libera dei mitocondri.

"Questa piccola cosa che ticchetta all'interno delle cellule da miliardi di anni conserva ancora le sue origini batteriche", ha detto Dillin. E se le sue ricerche sui vermi valgono anche per organismi più complessi come gli esseri umani, è possibile che i tuoi mitocondri stiano parlando proprio adesso della tua età.