Spegnere i "Geni dell'Invecchiamento"

3 Gen 2014

Limitare il consumo di calorie è uno dei pochi modi collaudati per combattere l'invecchiamento. Sebbene il meccanismo sottostante non sia noto, la restrizione calorica ha dimostrato di prolungare la durata della vita del lievito, dei vermi, delle mosche, delle scimmie e, in alcuni studi, degli esseri umani.

Ora Keren Yizhak, studentessa di dottorato nel laboratorio del Prof. Eytan Ruppin alla Blavatnik School of Computer Science dell'Università di Tel Aviv, ed i suoi colleghi, hanno sviluppato un algoritmo che predice quali geni possono essere "spenti" per creare lo stesso effetto anti-invecchiamento della restrizione calorica.

I risultati, riportati in Nature Communications, potrebbero portare allo sviluppo di nuovi farmaci per il trattamento dell'invecchiamento. Hanno collaborato alla ricerca dei ricercatori della Bar-Ilan University. "La maggior parte degli algoritmi cercano di trovare bersagli farmacologici per uccidere le cellule e curare il cancro o le infezioni batteriche", dice la Yizhak. "Il nostro algoritmo è il primo nel settore a cercare dei bersagli farmacologici non per uccidere le cellule, ma per trasformarle da uno stato malato ad uno sano".

Un laboratorio digitale

Il laboratorio del Prof. Ruppin è leader nel settore in crescita della modellazione metabolica su scala genomica (GSMM). Attraverso equazioni matematiche e computer, la GSMM descrive i processi metabolici, o di supporto alla vita, delle cellule viventi. Una volta costruiti, i singoli modelli servono da laboratori digitali, consentendo, con un semplice clic del mouse, di condurre dei test che in precedenza erano molto impegnativi in laboratorio. L'algoritmo della Yizhak, che lei chiama «algoritmo di trasformazione metabolica» (MTA), può prendere informazioni su uno qualsiasi dei due stati metabolici e predirre i cambiamenti ambientali o genetici necessari per passare da uno stato all'altro.

L' «espressione genica» è la misura del livello di espressione dei singoli geni in una cellula, e i geni possono essere "spenti" in vari modi per evitare che vengano espressi nella cellula. Nello studio, la Yizhak ha applicato l'MTA alla genetica dell'invecchiamento. Dopo aver usato l'MTA progettato specificamente, per confermare i risultati di laboratorio precedenti, lo ha usato per predire i geni che possono essere spenti per indurre l'espressione genica di lievito vecchio ad assomigliare a quella del lievito giovane. Il lievito è il modello genetico più usato perché gran parte del suo DNA è conservato negli esseri umani.

Alcuni dei geni identificati dall'MTA erano già noti per prolungare la durata della vita del lievito, quando sono spenti. Tra gli altri geni che ha scoperto, la Yizhak ne ha inviato sette per essere testati in un laboratorio della Bar-Ilan University. Là i ricercatori hanno trovato che, spegnendo due dei geni (GRE3 e ADH2) nel lievito reale, non digitale, si estende in modo significativo la durata della vita del lievito. "Ci si può aspettare che circa il tre per cento dei geni di lievito siano in grado di estendere la durata della vita", ha detto la Yizhak. "Quindi è molto incoraggiante aver ottenuto un aumento 10 volte maggiore rispetto a questa aspettativa".

Speranza per gli esseri umani

Poiché l'MTA fornisce una visione sistemica del metabolismo cellulare, esso può fare luce anche sul modo in cui i geni che identifica contribuiscono ai cambiamenti dell'espressione genica. Nel caso di GRE3 e ADH2, l'MTA ha dimostrato che disattivare i geni aumenta i livelli di stress ossidativo nel lievito, inducendo uno stress lieve, simile a quello prodotto dalla restrizione calorica.

Come prova finale, la Yizhak ha applicato l'MTA alle informazioni metaboliche umane. L' MTA è in grado di identificare una serie di geni che possono trasformare dal 40 al 70 per cento delle differenze tra le informazioni vecchie e quelle giovani di quattro studi diversi. Anche se attualmente non c'è alcun modo per verificare i risultati negli esseri umani, molti di questi geni sono noti per estendere la durata della vita nel lievito, nei vermi e nei topi.

In seguito la Yizhak studierà se spegnere i geni previsti dall'MTA prolunga la durata della vita dei topi geneticamente modificati. Un giorno potrebbero essere sviluppati farmaci per puntare i geni negli esseri umani, permettendo potenzialmente di vivere più a lungo. L'MTA potrebbe essere applicato anche alla ricerca di bersagli farmacologici per disturbi dove il metabolismo ha un ruolo, che comprendono obesità, diabete, malattie neurodegenerative, e cancro.

Fonte: American Friends of Tel Aviv University.

Riferimenti: Keren Yizhak, Orshay Gabay, Haim Cohen, Eytan Ruppin. Model-based identification of drug targets that revert disrupted metabolism and its application to ageing. Nature Communications, 2013; 4 DOI: 10.1038/ncomms3632

Pubblicato in aftau.org (> English version) - Traduzione di Franco Pellizzari.

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