Ricerche

Uno dei grandi misteri della biologia è: perché le cellule invecchiano.

Ora scienziati del Salk Institute for Biological Studies riportano di aver scoperto una debolezza in un componente delle cellule cerebrali che può spiegare come avviene il processo di invecchiamento nel cervello.

Gli scienziati hanno scoperto che alcune proteine, chiamate proteine estremamente longeve (ELLPs), che si trovano sulla superficie del nucleo di neuroni, hanno una durata notevolmente lunga.

Mentre la vita della maggior parte delle proteine è al massimo di due giorni, i ricercatori del Salk Institute hanno identificato delle ELLPs nel cervello di topi, che hanno la stessa età dell'organismo, una scoperta segnalata il 3 febbraio su Science. Gli scienziati del Salk sono i primi a scoprire una macchina intracellulare essenziale i cui componenti includono proteine di questa età. I loro risultati suggeriscono che le proteine durano una vita intera, senza essere sostituite.

Le ELLPs formano i canali di trasporto sulla superficie del nucleo; porte che consentono di controllare i materiali che entrano ed escono. La loro lunga durata di vita potrebbe essere un vantaggio se non fosse per l'usura e la lacerazione che queste proteine subiscono nel tempo. A differenza di altre proteine nel corpo, le ELLPs non vengono sostituite quando subiscono modificazioni chimiche aberranti e altri danni.

L'immagine al microscopio mostra proteine estre- mamente longeve (ELLPs) con verde fluo all'esterno del nucleo, in una cellula cerebrale di ratto. Il DNA all'interno del nucleo è in blu. Gli scienziati del Salk hanno scoperto che le ELLPs, che formano canali attraverso la parete del nucleo, durano per più di un anno senza essere sostituite. Il deterioramento di queste proteine può consentire alle tossine di entrare nel nucleo, con conseguente invecchiamento cellulare. (Per gentile concessione di Brandon Toyama, Salk Institute for Biological Studies)

"I danni alle ELLPs indeboliscono la capacità dei canali tridimensionali di trasporto formati da queste proteine per salvaguardare il nucleo della cellula dalle tossine", dice Martin Hetzer, professore al Laboratorio di Biologia Molecolare e Cellulare del Salk, che ha guidato la ricerca. Queste tossine possono alterare il DNA cellulare e di conseguenza l'attività di geni, con conseguente invecchiamento cellulare.

Finanziato dalla Ellison Medical Foundation e dalla Fondazione Glenn for Medical Research, il gruppo di ricerca di Hetzer è l'unico laboratorio al mondo che sta studiando il ruolo di questi canali di trasporto, chiamati complesso poro nucleare (NPC), nel processo di invecchiamento.

Studi precedenti hanno rivelato che alla base del processo di invecchiamento ci sono alterazioni nell'espressione genica. Ma, fino alla scoperta del laboratorio Hetzer che l'NPC dei mammiferi possiede un tallone d'Achille che consente alle tossine che danneggiano il DNA di entrare nel nucleo, la comunità scientifica ha avuto pochi indizi solidi su come si verifichino queste alterazioni genetiche. "La caratteristica fondamentale che definisce l'invecchiamento è un calo complessivo della capacità funzionale dei vari organi come il cuore e il cervello", dice Hetzer. "Questo declino risulta dal deterioramento della omeostasi, o stabilità interna, delle cellule che costituiscono questi organi. Recenti ricerche in diversi laboratori hanno legato la rottura delle omeostasi delle proteine al declino della funzionalità delle cellule".

I risultati che Hetzer e il suo team proprio ora riferiscono, ci dicono che il declino della funzione dei neuroni può provenire dalle ELLPs che si deteriorano a causa di danni nel tempo. "La maggior parte delle cellule, ma non i neuroni, combattono il deterioramento funzionale delle loro componenti proteiche attraverso il processo di sostituzione proteica, per cui vengono sostituite le parti potenzialmente compromesse delle proteine con nuove copie pienamente funzionali", dice Hetzer. "I nostri risultati suggeriscono inoltre che il deterioramento poro nucleare potrebbe essere un meccanismo generale di invecchiamento che porta a difetti nella funzione nucleare legati all'età, come la perdita di programmi di espressione genica giovanile", aggiunge.

I risultati possono risultare rilevanti per comprendere le origini molecolari dell'invecchiamento e delle malattie neurodegenerative quali l'Alzheimer e il Parkinson. In studi precedenti, Hetzer e il suo team hanno scoperto filamenti di grandi dimensioni nei nuclei dei neuroni di topi anziani, le cui origini sono state fatte risalire al citoplasma. Questi filamenti sono stati collegati a vari disturbi neurologici, tra cui il morbo di Parkinson. Non è ancora stato determinato se le molecole fuori posto sono una causa o un risultato della malattia.

Ancora negli studi precedenti, Hetzer e il suo team hanno documentato il declino nel funzionamento degli NPC in funzione dell'età nei neuroni di topi sani invecchiati, che costituiscono modelli di laboratorio della biologia umana. Il gruppo di Hetzer comprende i suoi colleghi del Salk Institute così come John Yates III, professore del Dipartimento di Chimica Fisiologia del The Scripps Research Institute.

Quando Hetzer ha deciso tre anni fa di verificare se l'NPC svolge un ruolo nel promuovere o contribuire all'insorgenza dell'invecchiamento e di alcune malattie neurodegenerative, alcuni membri della comunità scientifica lo hanno avvertito che tale studio era troppo audace e sarebbe stato difficile e costoso da condurre. Ma Hetzer ha insistito nonostante gli avvertimenti.

Fonte: Materiale del Salk Institute for Biological Studies, via Newswise.

Riferimento: JN Savas, BH Toyama, T. Xu, JR Yates, MW Hetzer. Extremely Long-Lived Nuclear Pore Proteins in the Rat Brain. Science, 2012; DOI: 10.1126/science.1217421.

Pubblicato in ScienceDaily il 3 febbraio 2012 - Traduzione di Franco Pellizzari.

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