Celulele din tot corpul vorbesc între ele despre îmbătrânire | Revista Quanta

Îmbătrânirea poate părea un proces nereglementat: pe măsură ce timpul trece, celulele și corpurile noastre acumulează în mod inevitabil zgârieturi și lovituri care provoacă disfuncții, eșecuri și în cele din urmă moartea. Cu toate acestea, în 1993, o descoperire a schimbat această interpretare a evenimentelor. Cercetătorii au descoperit o mutație într-o singură genă care a dublat durata de viață a unui vierme; Lucrările ulterioare au arătat că genele înrudite, toate implicate în răspunsul la insulină, sunt regulatori cheie ai îmbătrânirii la o serie de animale, de la viermi și muște până la oameni. Descoperirea a sugerat că îmbătrânirea nu este un proces aleatoriu - într-adevăr, gene specifice îl reglează - și a deschis ușa unor cercetări suplimentare asupra modului în care îmbătrânirea decurge la nivel molecular.

Recent, un set de lucrări a documentat o nouă cale biochimică care reglează îmbătrânirea, una bazată pe semnalele transmise între mitocondrii, organelele cel mai bine cunoscute ca puterea celulei. Lucrând cu viermi, cercetătorii au descoperit că deteriorarea mitocondriilor din celulele creierului a declanșat un răspuns de reparare care a fost apoi amplificat, declanșând reacții similare în mitocondriile din tot corpul viermelui. Efectul acestei activități de reparare a fost de a prelungi durata de viață a organismului: viermii cu leziuni mitocondriale reparate au trăit cu 50% mai mult.

Mai mult decât atât, celulele din linia germinativă - celulele care produc ovule și spermatozoizi - au fost esențiale pentru acest sistem de comunicare anti-îmbătrânire. Este o descoperire care adaugă noi dimensiuni preocupărilor legate de fertilitate implicate atunci când oamenii vorbesc despre îmbătrânire și „ceasul lor biologic”. Unele dintre constatări au fost raportat în Avansuri de știință iar altele au fost postate pe server științific de preprint biorxiv.org toamna.

Cercetarea se bazează pe un corp recent de lucrări care sugerează că mitocondriile sunt organite sociale care pot vorbi unul cu celălalt chiar și atunci când sunt în țesuturi diferite. În esență, mitocondriile funcționează ca walkie-talkie celulare, trimițând mesaje în tot corpul care influențează supraviețuirea și durata de viață a întregului organism.

„Lucrul important aici este că, pe lângă programele genetice, există și un factor foarte important pentru reglarea îmbătrânirii, care este comunicarea dintre țesuturi”, a spus. David Vilchez, care studiază îmbătrânirea la Universitatea din Köln și nu a fost implicat în noua cercetare.

Biologul celular Andrew Dillin a descoperit primele indicii ale acestei noi căi care reglează durata vieții în urmă cu aproximativ un deceniu. El căuta gene care prelungesc viața în Caenorhabditis elegans viermi când a descoperit că deteriorarea genetică a mitocondriilor a prelungit viața viermilor cu 50%.

A fost neașteptat. Dillin a presupus că mitocondriile defecte ar grăbi moartea mai degrabă decât să prelungească viața - la urma urmei, mitocondriile sunt esențiale pentru funcționarea celulelor. Cu toate acestea, din anumite motive, slăbirea bunei funcționări a mitocondriilor a determinat viermii să trăiască mai mult.

Mai intrigant a fost faptul că mitocondriile deteriorate în sistemul nervos al viermilor părea să determine efectul. „Se spune într-adevăr că unele mitocondrii sunt mai importante decât altele”, a spus Dillin, care este acum profesor la Universitatea din California, Berkeley. „Neuronii dictează acest lucru asupra restului organismului și asta a fost cu adevărat surprinzător.”

Acum, Dillin și echipa sa au extins această descoperire, descoperind noi detalii despre modul în care mitocondriile din creier comunică cu celulele din corpul viermelui pentru a prelungi viața.

În primul rând, a trebuit să înțeleagă de ce deteriorarea mitocondriilor creierului ar putea avea un efect benefic asupra organismului. Procesul unui mitocondrie pentru generarea de energie necesită mașini moleculare extrem de complexe, cu zeci de părți diferite de proteine. Când lucrurile merg prost, cum ar fi atunci când unele componente lipsesc sau sunt pliate greșit, mitocondriile activează un răspuns la stres, cunoscut sub numele de răspunsul proteic desfășurat, care furnizează enzime de reparare pentru a ajuta complexele să se asambleze corect și să restabilească funcția mitocondrială. În acest fel, răspunsul proteic desfășurat menține celulele sănătoase.

Dillin se aștepta ca acest proces să se desfășoare numai în interiorul neuronilor cu mitocondrii deteriorate. Cu toate acestea, el a observat că celulele din alte țesuturi ale corpului viermilor au activat, de asemenea, răspunsuri de reparare, chiar dacă mitocondriile lor erau intacte.

Această activitate de reparare a ajutat viermii să trăiască mai mult. Ca și cum ai duce regulat o mașină la un mecanic, răspunsul proteic desfășurat părea să mențină celulele în stare bună de funcționare și să funcționeze ca detalii anti-îmbătrânire. Ceea ce a rămas misterios a fost modul în care acest răspuns proteic desfășurat a fost comunicat restului organismului.

După câteva investigații, echipa lui Dillin a descoperit că mitocondriile din neuronii stresați foloseau vezicule - recipiente asemănătoare cu bule care mișcă materiale în jurul celulei sau între celule - pentru a transporta un semnal numit Wnt dincolo de celulele nervoase către alte celule din organism. Biologii știau deja că Wnt joacă un rol în stabilirea modelului corpului în timpul dezvoltării embrionare timpurii, timp în care declanșează, de asemenea, procese de reparare, cum ar fi răspunsul proteic desfășurat. Totuși, cum ar putea semnalizarea Wnt, când este activată la un adult, să evite activarea programului embrionar?

Dillin bănuia că trebuie să existe un alt semnal cu care Wnt a interacționat. După lucrări suplimentare, cercetătorii au descoperit că o genă exprimată în mitocondriile liniei germinale - și în nicio altă mitocondrie - poate întrerupe procesele de dezvoltare ale lui Wnt. Acest rezultat i-a sugerat că celulele germinale joacă roluri critice în transmiterea semnalului Wnt între sistemul nervos și țesuturi din restul corpului.

„Linia germinativă este absolut esențială pentru asta”, a spus Dillin. Nu este clar, totuși, dacă mitocondriile germinale acționează ca amplificatoare, primind semnalul de la mitocondriile creierului și transmitându-l către alte țesuturi, sau dacă țesuturile receptoare „ascultă” semnalele din ambele surse.

Oricum, puterea semnalului liniei germinale regleaza durata de viata a organismului, a spus Dillin. Pe măsură ce un vierme îmbătrânește, calitatea ovulelor sau a spermei sale scade - ceea ce numim ca ticăitul unui ceas biologic. Declinul se reflectă, de asemenea, în schimbarea capacității celulelor germinale de a transmite semnale din mitocondriile creierului, a sugerat el. Pe măsură ce viermele îmbătrânește, linia germinativă transmite semnalul de reparare mai puțin eficient și, astfel, corpul său scade și el.

Oamenii de știință nu știu încă dacă aceste descoperiri se aplică oamenilor și cum îmbătrânim. Cu toate acestea, ipoteza are sens dintr-un punct de vedere evolutiv mai larg, a spus Dillin. Atâta timp cât celulele germinale sunt sănătoase, ele trimit semnale pro-supraviețuire pentru a se asigura că organismul lor gazdă supraviețuiește pentru a se reproduce. Dar, pe măsură ce calitatea celulelor germinale scade, nu există niciun motiv evolutiv pentru a continua să prelungească durata de viață; din perspectiva evoluției, viața există pentru a se reproduce.

Faptul că mitocondriile pot vorbi între ele ar putea părea oarecum alarmant, dar există o explicație. Cu mult timp în urmă, mitocondriile erau bacterii cu viață liberă care și-au unit forțele cu un alt tip de celulă primitivă pentru a lucra împreună în ceea ce au devenit celulele noastre complexe moderne. Deci, capacitatea lor de a comunica este probabil o relicvă a strămoșului bacterian care trăiește liber al mitocondriilor.

„Acest lucru mic care se bifează în interiorul celulelor de miliarde de ani își păstrează încă originile bacteriene”, a spus Dillin. Și dacă cercetările sale asupra viermilor se mențin în organisme mai complexe precum oamenii, este posibil ca mitocondriile tale să vorbească chiar acum despre vârsta ta.