Le cellule che invecchiano cambiano periodicamente il loro stato della cromatina. L'immagine illustra i modelli "on" e "off" nelle singole celle. Credito:UC San Diego
Comprendere i fattori che controllano l'invecchiamento è stata una delle ricerche infinite dell'umanità, dalla mistica fontana della giovinezza a regimi salutari pratici per prolungare l'aspettativa di vita.
Un team di scienziati dell'Università della California a San Diego ha aiutato a decifrare le dinamiche che controllano l'invecchiamento delle nostre cellule, e con esso le implicazioni per l'estensione della longevità umana. Come descritto in uno studio pubblicato nel Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze , un gruppo guidato dal biologo Nan Hao ha impiegato una combinazione di tecnologie in ingegneria, informatica e biologia per analizzare i processi molecolari che influenzano l'invecchiamento.
Quando le cellule invecchiano, il danno nel loro DNA si accumula nel tempo, portando al decadimento del normale funzionamento e alla fine con conseguente morte. Un processo biochimico naturale noto come "silenziamento della cromatina" aiuta a proteggere il DNA dai danni. Il processo di silenziamento converte specifiche regioni del DNA da un stato aperto in uno chiuso, schermando così le regioni del DNA. Tra le molecole che promuovono il silenziamento c'è una famiglia di proteine, ampiamente conservate dai batteri all'uomo, note come sirtuine. Negli ultimi anni, gli attivatori chimici delle sirtuine hanno ricevuto molta attenzione e vengono commercializzati come nutraceutici per aiutare il silenziamento della cromatina nella speranza di rallentare il processo di invecchiamento.
Eppure, allo stesso tempo, gli scienziati hanno scoperto che tale silenziamento della cromatina impedisce anche alle regioni protette del DNA di esprimere RNA e proteine che svolgono funzioni biologiche, e come risultato, un eccessivo silenziamento potrebbe far deragliare la normale fisiologia cellulare.
Utilizzando approcci computazionali e sperimentali all'avanguardia nel lievito, che ha permesso ai ricercatori di tracciare il silenziamento della cromatina con dettagli senza precedenti attraverso le generazioni durante l'invecchiamento, gli scienziati della UC San Diego hanno scoperto che una completa perdita di tale silenziamento porta ad un invecchiamento cellulare accelerato e alla morte. Però, i ricercatori hanno scoperto allo stesso modo che il silenziamento continuo della cromatina porta anche le cellule a una durata di vita ridotta.
Quindi silenziare o non silenziare la cromatina è la risposta per ritardare l'invecchiamento? La risposta è derivata dal nuovo studio:Entrambi.
Secondo i ricercatori, la natura ha sviluppato un modo intelligente per risolvere questo dilemma.
"Invece di rimanere nello stato di silenziamento o di perdita del silenzio, le cellule commutano periodicamente il loro DNA tra lo stato aperto (silenziamento) e chiuso (silenziometro) durante l'invecchiamento, " disse Hao. "In questo modo, le cellule possono evitare una durata prolungata in entrambi gli stati, che è dannoso, e mantenere un equilibrio basato sul tempo importante per la loro funzione e longevità."
Le cellule passano periodicamente da "acceso" a "spento" nel loro stato della cromatina durante l'invecchiamento. Le cellule invecchiate perdono questa capacità di commutazione, con conseguente morte cellulare. Questi risultati scoprono una potenziale causa dell'invecchiamento cellulare e suggeriscono nuovi modi per promuovere la longevità. Credito:UC San Diego
Poiché hanno condotto i loro esperimenti nel lievito, i ricercatori affermano che l'analisi di tali dinamiche negli esseri umani è probabilmente molto più complessa e richiede studi più intricati.
"Quando le cellule invecchiano, perdono la capacità di mantenere questo cambio periodico, con conseguente fenotipi invecchiati e infine morte, " ha detto Hao. "L'implicazione qui è che se possiamo in qualche modo aiutare le cellule a rafforzare la commutazione, soprattutto con l'età, possiamo rallentare il loro invecchiamento. E questa possibilità è ciò che stiamo perseguendo attualmente".
Hao attribuisce i risultati a un team multidisciplinare di ricercatori della UC San Diego che hanno competenze complementari e condividono un interesse comune nello studio dell'invecchiamento, compresa la facoltà, studenti e borsisti post-dottorato. Oltre all'esperienza di Hao in Biologia Molecolare/Biologia Quantitativa, altri membri della facoltà nel team includono Lorraine Pillus (Biologia molecolare), Jeff Hasty (Biologia Molecolare/Bioingegneria) e Lev Tsimring (Istituto di BioCircuiti). Il PNAS carta segna i primi risultati significativi dalla collaborazione.
"Credo che questa collaborazione produrrà nel prossimo futuro molte nuove intuizioni che trasformeranno la nostra comprensione nella biologia di base dell'invecchiamento e porteranno a nuove strategie per promuovere la longevità negli esseri umani, " disse Hao.
