Ricerche

Gli esseri umani vivono più a lungo rispetto al passato. Ma accanto a questi incrementi dell'aspettativa di vita c'è un aumento dell'insorgenza di malattie legate all'età come il cancro e la demenza.

Ma la comprensione della biologia dell'invecchiamento, e la conoscenza dei geni e delle proteine ​​coinvolte in questi processi, ci aiuterà a aumentare la nostra 'longevità sana' (healthspan), il tempo che le persone possono vivere in uno stato sano e produttivo, senza malattie legate all'età.

In uno studio recente, il nostro team ha identificato una nuova proteina antinvecchiamento, chiamata Gaf1. Abbiamo scoperto che la Gaf1 controlla il metabolismo delle proteine, un processo che è implicato nel processo di invecchiamento e nelle malattie. Abbiamo anche trovato che senza Gaf1, le cellule hanno una durata di vita più breve.

Invecchiamento e dieta

L'invecchiamento è un processo complesso che dipende sia dai geni che da fattori ambientali, come la dieta. È ampiamente noto che le diete ipocaloriche possono prolungare la durata della vita. Questo vale per vari organismi, come lievito, ratti e scimmie. Studi a breve termine suggeriscono che migliora anche la salute degli esseri umani.

Tuttavia, gli scienziati si rendono conto che in realtà potrebbe essere la quantità di nutrienti specifici, come gli amminoacidi (i mattoni costitutivi delle proteine), ad essere collegata alla longevità, piuttosto che la quantità di calorie assunte.

Le cellule rilevano la quantità di nutrienti nel loro ambiente attraverso molecole specifiche all'interno delle cellule. Una di queste molecole è l'enzima TOR (Target of Rapamycin, bersaglio della rapamicina), che rileva la quantità di aminoacidi presenti nel corpo e disponibili per le cellule.

Quando le nostre cellule hanno molti aminoacidi, l'enzima TOR aggiusta il metabolismo e istruisce le cellule a crescere producendo molte proteine. Questo processo è chiamato traduzione (o sintesi) proteica.

Ma se gli aminoacidi sono limitati, il TOR indica al corpo di restare in allerta, uno stato che gli scienziati chiamano 'risposta mite allo stress'. Ora sappiamo che questa 'risposta allo stress' fa bene alle cellule e all'organismo in generale, mentre un aumento di sintesi e ricambio proteico è dannoso. Questo perché la longevità è intimamente legata alla capacità di un organismo di affrontare efficacemente le sollecitazioni interne ed esterne. Una cellula che è 'in allerta' fa fronte meglio. Una cellula che investe nella sintesi proteica, quindi nella crescita, abbassa le difese e non può far fronte efficacemente allo stress.

Per esempio, in uno studio recente gli scienziati hanno analizzato il ricambio di proteine ​​all'interno delle cellule di animali diversi, con durata di vita da 4 a 200 anni. Hanno scoperto che gli animali che vivevano più a lungo avevano meno ricambio proteico ed esigenze energetiche all'interno delle loro cellule rispetto a quelli con longevità minore.

È il nostro DNA a portare le informazioni genetiche. I geni sono pezzi di DNA, e molti di loro sono responsabili della produzione delle proteine. Affinché una proteina sia prodotta, la cellula deve produrre una copia (chiamata mRNA) del gene corrispondente, attraverso un processo noto come trascrizione. L'mRNA guida i ribosomi delle cellule nell'ordine che gli amminoacidi devono essere collegati tra loro, producendo le proteine.

Per la sintesi proteica, oltre a richiedere mRNA e ribosomi, le cellule hanno bisogno anche di energia sotto forma di adenosina trifosfato (ATP), amminoacidi e tRNA (piccole molecole che portano gli amminoacidi ai ribosomi). La traduzione richiede molta energia per la cellula, e ognuna di esse può avere bisogno di decine di migliaia di ribosomi per tradurre le sue proteine.

Più è il cibo che ha la cellula, più è attivo dell'enzima TOR, che quindi istruisce la cellula a crescere e dividersi, richiedendo sintesi proteica e dispendio energetico. Al contrario, quando il TOR è inattivo (come avviene durante la restrizione dietetica) interrompe la sintesi, impedendo ai ribosomi esistenti di funzionare. E ferma anche la produzione di nuovi ribosomi.

Gaf1 e invecchiamento

Della proteina Gaf1 abbiamo scoperto di recente nuove funzioni. La Gaf1 è un fattore di trascrizione, che significa che è una proteina in grado di legarsi al DNA della cellula e attivare o reprimere geni specifici. Quando il TOR è attivo, la Gaf1 si trova nel citoplasma della cellula e non si lega al DNA. Tuttavia, quando il TOR è disattivato dalla dieta o dai farmaci, la Gaf1 può viaggiare al nucleo e legarsi al DNA.

Il nostro team ha scoperto che quando si lega al DNA, la Gaf1 blocca tutti i geni responsabili di produrre tRNA. E ferma anche altri geni necessari per la traduzione, come quelli responsabili della produzione di ribosomi. Lo fa controllando una rete di geni responsabili della fornitura di tutti i blocchi costitutivi per la produzione di proteine.

Ciò significa che la Gaf1 si assicura che la cellula smetta di mettere energia in una sintesi, impedendole di generare i componenti necessari per questo processo. Tuttavia, questo è solo temporaneo, e lo può invertire una volta che sono disponibili gli amminoacidi.

Abbiamo anche trovato che le cellule prive di Gaf1 vivono meno. Come detto, il TOR segnala alle cellule di crescere, contribuendo al loro invecchiamento. Ma quando il TOR è inibito attraverso restrizione dietetica o farmaci, la crescita si arresta e la longevità è estesa. Senza Gaf1, la crescita non viene interrotta e l'estensione osservata della longevità non avviene completamente. In altre parole, abbiamo scoperto una molecola che media alcuni degli effetti benefici della restrizione dietetica.

Anche se il nostro studio ha esaminato specificamente il lievito, esistono proteine ​​simili alla Gaf1 in molti animali, compresi gli esseri umani, e hanno dimostrato di controllare il nostro sviluppo e le cellule staminali, che sono entrambi importanti per sviluppare o meno malattie, come il cancro. È possibile che queste proteine ​​abbiano negli esseri umani la stessa funzione della Gaf1 nel lievito.

La funzione del TOR, la crescita delle cellule e la produzione di proteine ​​sono importanti nella nostra fisiologia e 'longevità sana', ma possono anche contribuire allo sviluppo di alcune malattie, come il cancro o l'Alzheimer. Il nostro studio ha dimostrato che la restrizione alimentare è controllata fino ai geni della cellula. Saperlo, ci permette di esaminare se farmaci o diete specifiche possono modificare a nostro vantaggio la funzione di questi fattori, per un possibile aumento della nostra 'longevità in salute'.