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Ricerche

Migliorare 'l'eliminazione dei rifiuti cellulari' per ritardare l'invecchiamento

 

Il gene Parkin è 'neuro-protettivo durante l'invecchiamento'. Il gene Parkin è 'neuro-protettivo durante l'invecchiamento'. Nell'immagine, si vede un minor numero di aggregati proteici (verde) presenti nel cervello del moscerino invecchiato, quando il gene parkin è iperespresso. La F-actina, una proteina del citoscheletro, è in rosso e i nuclei delle cellule in blu. (Credit: Anil Rana / UCLA Life Sciences)Ricercatori di scienze della vita dell'UCLA hanno identificato un gene, in precedenza implicato nel Parkinson, che può ritardare l'insorgenza dell'invecchiamento e prolungare la durata della vita in salute dei moscerini della frutta.

La ricerca, dicono, potrebbe avere importanti implicazioni per l'invecchiamento e le malattie negli esseri umani.


Il gene, chiamato Parkin, ha almeno due funzioni vitali: marca le proteine ​​danneggiate in modo che le cellule possono scartarle prima che diventino tossiche, e si ritiene che abbia un ruolo fondamentale nella rimozione dei mitocondri danneggiati dalle cellule. "L'invecchiamento è un fattore di rischio per lo sviluppo e la progressione di molte malattie neurodegenerative", dichiara David Walker, professore associato di biologia integrativa e fisiologia all'UCLA e autore senior della ricerca. "Pensiamo che i nostri risultati facciano luce sui meccanismi molecolari che collegano questi processi".


Nella ricerca, pubblicata oggi in anticipo online dalla rivista Proceedings of National Academy of Sciences, Walker e i suoi colleghi dimostrano che il parkin può modulare il processo di invecchiamento nei moscerini della frutta, che di solito vivono meno di due mesi. I ricercatori hanno aumentato il livello di parkin nelle cellule dei moscerini ed hanno scoperto che questo ha prolungato la durata della loro vita di oltre il 25 per cento, rispetto a un gruppo di controllo che non ha ricevuto parkin supplementare.


"Tutti i moscerini del gruppo di controllo sono morti entro 50 giorni", spiega Walker. "Nel gruppo con parkin sovra-espresso, quasi la metà della popolazione è ancora viva dopo 50 giorni. Abbiamo manipolato solo uno dei loro circa 15.000 geni, eppure le conseguenze per l'organismo sono profonde". "Semplicemente aumentando il livello di parkin, vivono più a lungo, pur rimanendo sostanzialmente sani, attivi e fertili", dice Anil Rana, studioso post-dottorato nel laboratorio di Walker e autore principale della ricerca. "Questo è ciò che vogliamo ottenere nella ricerca sull'invecchiamento, non solo aumentare la durata della loro vita, ma anche aumentare la durata della loro salute".


I biologi credono che i trattamenti atti ad aumentare l'espressione del parkin possono ritardare l'insorgenza e la progressione del Parkinson e di altre malattie legate all'età. (Se Parkin sembra legato al morbo di Parkinson, lo è. Mentre la stragrande maggioranza delle persone con la malattia ne sono colpite in età avanzata, alcuni, nati con una mutazione nel gene parkin, sviluppano sintomi di tipo Parkinson ad esordio precoce).


"La nostra ricerca forse ci sta dicendo che il parkin potrebbe essere un importante obiettivo terapeutico per le malattie neurodegenerative e forse per altre malattie da invecchiamento", ipotizza Walker. "Invece di studiare le malattie dell'invecchiamento una per una (Parkinson, Alzheimer, cancro, ictus, malattie cardiovascolari, diabete) riteniamo che sia possibile intervenire nel processo di invecchiamento e ritardare l'insorgenza di molte di queste malattie. Non ci siamo ancora arrivati, e naturalmente questo può richiederà molti anni, ma è il nostro obiettivo".

 

'Gli spazzini delle nostre cellule entrano in sciopero'

Per funzionare a dovere, le proteine devono piegarsi correttamente, e si piegano in modi complessi. Quando invecchiamo le nostre cellule accumulano proteine danneggiate o mal ripiegata. Quando le proteine si ripiegano in modo errato, il macchinario cellulare a volte può ripararle. Se non ci riesce, il parkin permette alle cellule di eliminare le proteine danneggiate, spiega Walker, che fa parte dell'Istituto di Biologia Molecolare dell'UCLA.


"Se una proteina è danneggiata in modo irreparabile, la cellula può riconoscere il problema ed eliminare la proteina prima che diventi tossica", dice. "Pensiamo a questo fatto come a un tritarifiuti cellulare. Il parkin aiuta a marcare le proteine danneggiate per lo smaltimento. E' come se il parkin metta un adesivo sulla proteina danneggiata che dice 'degradami', e quindi la cellula si libera di questa proteina. Tale processo sembra scemare con l'età. Invecchiando gli uomini della spazzatura nelle cellule vanno in sciopero. Il parkin iperespresso sembra dire loro di tornare al lavoro".


Rana si è concentrato sugli effetti della maggiore attività del parkin a livello cellulare e tissutale. I moscerini con maggiore parkin hann un minor numero di proteine danneggiate in età avanzata? "La scoperta notevole è che sì, è così", dice Walker.


Il parkin ha recentemente dimostrato di avere una funzione altrettanto importante per quanto riguarda i mitocondri, i piccoli generatori di energia nelle cellule che controllano la crescita delle cellule e dicono loro quando vivere e morire. I mitocondri diventano meno efficienti e meno attivi con l'età, e la perdita di attività mitocondriale è implicata nell'Alzheimer, nel Parkinson ed in altre malattie neurodegenerative, come pure nel processo di invecchiamento, spiega Walker. Il parkin sembra degradare i mitocondri danneggiati, forse marcandoli o cambiandone la struttura della membrana esterna, dicendo in effetti alla cellula: "Questo è danneggiato e potenzialmente tossico. Sbarazzatene".

 

Se il parkin è buono, più parkin è ancora meglio?

Anche se i ricercatori hanno scoperto che l'aumento del parkin può estendere la vita dei moscerini della frutta, Rana ha anche scoperto che troppo parkin può avere l'effetto opposto: diventare tossico per i moscerini. Quando ha quadruplicato la quantità normale di Parkin, i moscerini hanno vissuto molto più a lungo, ma quando ha aumentato la quantità di 30 volte, gli animali sono morti prima. "Se si bombarda la cellula con troppo parkin, potrebbe iniziare a eliminare le proteine sane", dice Rana.


A dosi minori, tuttavia, gli scienziati non hanno visto effetti negativi. Walker crede che il moscerino della frutta sia un buon modello per lo studio dell'invecchiamento negli esseri umani - che hanno anch'essi il gene parkin - perché gli scienziati conoscono tutti i geni del moscerino della frutta e possono spegnere o accendere singoli geni. Precedenti ricerche hanno dimostrato che i moscerini della frutta muoiono prima quando si rimuove il parkin, nota Walker.


Walker e Rana non sanno qual'è la quantità ottimale di parkin negli esseri umani. Mentre i biologi aumentavano l'attività del parkin in tutte le cellule del moscerino della frutta, Rana ha anche condotto un esperimento in cui ha aumentato l'espressione del parkin solo nel sistema nervoso. Anche questo è stato sufficiente per far si che le mosche vivessero più a lungo. "Questo ci dice che il parkin è neuroprotettivo nell'invecchiamento", conferma Walker. "Tuttavia, gli effetti benefici del parkin sono maggiori - il doppio - quando abbiamo aumentato la sua espressione dappertutto".


"Eravamo entusiasti di questa ricerca sin dall'inizio, ma allora non sapevamo che l'aumento della durata della vita sarebbe stata così impressionante", confessa Rana.


L'immagine che accompagna questo articolo mostra grumi o aggregati di proteine danneggiate in un cervello invecchiato di un moscerino normale (pannello di sinistra) e il cervello di un coetaneo con un aumento dei livelli neuronali di parkin (pannello di destra). Come si vede, l'aumento del livello di parkin nel cervello che invecchia, riduce l'accumulo di proteine aggregate.


Gli scienziati hanno scoperto che questo tipo di aggregazione proteica si verifica nei mammiferi, compresi gli esseri umani, dice Rana. "Immaginiamo il danno fatto alla cellula dall'accumulo di spazzatura proteica", dice Walker. "Con più Parkin, i rifiuti sono stati prelevati. Senza di esso, la spazzatura che deve essere scartato si accumula nelle cellule".

 

 

 

 


Fonte: University of California - Los Angeles. Articolo originale scritto da Stuart Wolpert.

Riferimento: Anil Rana, Michael Rera, and David W. Walker. Parkin overexpression during aging reduces proteotoxicity, alters mitochondrial dynamics, and extends lifespan. PNAS, May 6, 2013 DOI: 10.1073/pnas.1216197110.

Pubblicato in Science Daily il 6 Maggio 2013 (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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