I progressi della sanità pubblica e della medicina hanno contribuito a far vivere le persone più a lungo che mai. Tuttavia, questi anni di vita in più sono spesso caratterizzati da cattiva salute piuttosto che da vitalità. Sebbene l’invecchiamento sia inevitabile, aumenta significativamente il rischio di molte malattie croniche, tra cui il cancro, il diabete e il morbo di Alzheimer.
Capire perché l’invecchiamento sia così spesso associato a malattie è l’obiettivo del laboratorio guidato da Kris Burkewitz, professore assistente di biologia cellulare e dello sviluppo. Il suo team sta studiando se sia possibile separare il processo biologico dell’invecchiamento dallo sviluppo delle malattie, con l’obiettivo di aiutare le persone a rimanere in salute fino alla vecchiaia. A tal fine, il laboratorio studia come le cellule organizzano le loro strutture interne, note come organelli, e come i cambiamenti in queste strutture influenzano le prestazioni delle cellule, il metabolismo e il rischio di malattie.
Un nuovo modo per le cellule di adattarsi all’invecchiamento
In un recente studio pubblicato su Nature Cell Biology, Burkewitz e i suoi colleghi descrivono un modo appena scoperto in cui le cellule rispondono all’invecchiamento. La ricerca dimostra che le cellule rimodellano attivamente il reticolo endoplasmatico (ER), una delle strutture più grandi e complesse della cellula. Invece di rimanere statico, l’ER subisce un processo di rimodellamento controllato con l’invecchiamento dell’organismo.
Il team ha scoperto che questo rimodellamento avviene attraverso un processo chiamato ER phagy. Durante la fagia dell’ER, le cellule degradano selettivamente alcune aree dell’ER. L’identificazione della fagia dell’ER come parte del processo di invecchiamento suggerisce che un giorno potrebbe diventare un bersaglio per i farmaci contro le malattie legate all’età, compresi i disturbi neurodegenerativi e le malattie metaboliche.
Oltre i componenti cellulari e l’organizzazione cellulare
“Mentre molti studi precedenti hanno documentato come le concentrazioni di vari macchinari cellulari cambino con l’età, noi ci concentriamo invece su come l’invecchiamento influisca sul modo in cui le cellule ospitano e organizzano questi macchinari all’interno della loro complessa architettura interna”, ha detto Burkewitz.
Il buon funzionamento di una cellula dipende non solo dagli strumenti molecolari che contiene, ma anche da come questi strumenti sono organizzati. Burkewitz paragona la cellula a una fabbrica che produce molti prodotti complicati. Anche se sono presenti tutte le macchine necessarie per la produzione, l’efficienza dipende dal fatto che queste macchine siano al posto giusto e nell’ordine giusto. “Se lo spazio è limitato o le esigenze di produzione cambiano, la fabbrica deve riorganizzare il proprio layout per realizzare i prodotti giusti”, spiega Burkewitz. “Se l’organizzazione viene meno, la produzione diventa molto inefficiente”.
L’ER svolge un ruolo centrale in questa organizzazione cellulare. Forma una vasta rete di fogli e tubuli che aiuta la produzione di proteine e lipidi e funge da impalcatura strutturale per il resto della cellula. Nonostante la sua importanza, gli scienziati hanno avuto una comprensione limitata di come la struttura dell’ER cambi con l’invecchiamento degli animali.
Visualizzazione dell’invecchiamento delle cellule negli organismi viventi
“Non abbiamo solo aggiunto un pezzo al puzzle dell’invecchiamento, ma abbiamo trovato un’intera sezione che non era mai stata toccata prima”, ha dichiarato Eric Donahue, PhD’25, primo autore dello studio. Donahue è uno studente di medicina del Medical Scientist Training Program e ha completato il suo dottorato nel laboratorio di Burkewitz, dove ha studiato la fagia ER, il rimodellamento ER e l’invecchiamento.
Per osservare come l’ER cambia nel tempo, il team di ricerca ha utilizzato nuovi strumenti genetici e una microscopia elettronica e ottica avanzata. Hanno studiato vermi vivi Caenorhabditis elegans, un organismo modello consolidato per la ricerca sull’invecchiamento. Questi vermi sono trasparenti e hanno una breve durata di vita, consentendo agli scienziati di osservare direttamente i cambiamenti cellulari all’interno di animali intatti durante il processo di invecchiamento.
Cosa cambia nell’ER con l’aumentare dell’età
I ricercatori hanno scoperto che le cellule che invecchiano riducono significativamente la quantità di ER “ruvida”, la forma associata alla produzione di proteine. Al contrario, la forma tubolare di ER, più strettamente associata alla produzione di lipidi o grassi, diminuisce solo leggermente. Questo schema è coerente con le caratteristiche note dell’invecchiamento, come la ridotta capacità di mantenere proteine sane e i cambiamenti metabolici che contribuiscono all’accumulo di grasso nei nuovi tessuti. Tuttavia, sono necessarie ulteriori ricerche per confermare relazioni dirette di causa-effetto.
Lo studio ha anche dimostrato che la fagia delle ER svolge un ruolo attivo nel rimodellamento delle ER durante il processo di invecchiamento. È importante notare che la fagia ER è stata associata alla durata della vita, suggerendo che contribuisce direttamente a un invecchiamento più sano e non riflette semplicemente il declino cellulare.
Quali sono i prossimi sviluppi della ricerca sull’invecchiamento?
Il laboratorio Burkewitz intende continuare a studiare come le diverse strutture dell’ER influenzino il metabolismo a livello sia cellulare sia organismico. Poiché l’ER contribuisce all’organizzazione di molti altri componenti all’interno della cellula, la comprensione del modo in cui il suo rimodellamento influisce sul paesaggio cellulare complessivo sarà un importante passo successivo. “I cambiamenti nell’ER si verificano relativamente presto nel processo di invecchiamento. Una delle implicazioni più interessanti è che potrebbe essere uno dei fattori scatenanti di ciò che viene dopo: disfunzioni e malattie. Se i ricercatori riuscissero a identificare esattamente cosa scatena questi cambiamenti precoci nell’ER, potrebbero potenzialmente prevenire la cascata di eventi che porta alle malattie legate all’età”.