Perché le cellule reagiscono in modo errato con l’età? La ragione è da ricercare nel nucleo cellulare, sede di alcuni sintomi dell’invecchiamento. L’errata risposta a stimoli esterni potrebbe favorire nel tempo anche l’insorgenza di patologie età-correlate.
È quanto spiegano alcuni ricercatori dell’Istituto Paul Scherrer PSI (Svizzera), in uno studio su PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America).
Il processo di invecchiamento
Le cellule, seguendo la biologia umana, con l’età diventano anch’esse meno performanti: il DNA perde compattezza, restano attive continuando a funzionare in modo “senescente”. Al centro di questo meccanismo ci sarebbe l’invecchiamento del nucleo della cellula, specificatamente la cromatina, il complesso di DNA, istoni e proteine non istoniche situato nel nucleo delle cellule eucariote, responsabile del compattamento del genoma.
Tuttavia, i meccanismi e la sua interazione con il contesto ambientale non sono ancora chiari: l’attuale studio ha provato a dare alcune prime risposte, utilizzando come modello i fibroblasti, specifiche cellule del tessuto connettivo, di persone di età diverse, comparando ad esempio cellule di bambini di dieci anni con quelle di adulti di 75 anni.
Di queste sono state osservate al microscopio, utilizzando tecniche di biologia la diversa reazione a una determinata sostanza messaggera sotto stress meccanico. Come da protocollo, rispondendo alle leggi biologiche, le cellule di persone più anziane reagivano in maniera molto più attenuata, rispetto a quelle giovani, ai medesimi stimoli. Ciò darebbe ragione del fatto che con l’età la cromatina all’interno del nucleo cellulare subisce delle modifiche, soprattutto in alcune specifiche sequenze del DNA che costituiscono un’unità funzionale.
Ciò significa che determinati geni non possono più essere letti con la stessa precisione. Tuttavia, l’espressione genica è cruciale affinché l’organismo possa produrre le proteine di cui ha bisogno, le cui istruzioni di sintesi sono memorizzate proprio nei geni.
In buona sostanza, la cromatina svolge un’azione filtro per le possibili espressioni geniche; se l’attivazione dei geni adatti non funziona più correttamente, vengono compromessi alcuni processi, ad esempio la guarigione delle ferite o i processi di riparazione nel cervello, mentre se l’avanzare dell’età cambia la forma della cromatina, possono anche innescarsi processi che danneggiano l’organismo, con l’insorgenza di patologie dell’invecchiamento.
L’esperimento condotto
I ricercatori hanno incorporato i fibroblasti in una matrice tridimensionale di gel di collagene, sottoponendo poi il gel a tensione meccanica, dove una particolare strategia, una sorta di anello, lo ha mantenuto teso in superficie. Inoltre, è stato aggiunto il fattore di crescita trasformante beta TGF-β come sostanza messaggera, la quale regola la maturazione, la divisione e la risposta immunitaria delle cellule. L’esperimento era, infatti, teso a dimostrare se e in quale misura le cellule reagiscono a un segnale biochimico, in modo variabile con l’età.
È stato così osservato che le cellule giovani si contraggono contro la forza di trazione dell’anello, aumentando il loro tasso di divisione e che le cellule più vecchie pur rispondendo allo stimolo lo facevano in modo più attenuato e che, una volta rimosso l’anello le cellule vecchie conservavano la loro contrazione, mentre quelle giovani si adattavano rilassandosi nuovamente.
Per spiegare la ragione di questo fenomeno, ricorrendo a speciali tecniche di imaging e metodi di biologia molecolare, i ricercatori hanno analizzato la struttura tridimensionale della cromatina a risoluzione molecolare, osservando che con l’età aree del genoma in precedenza fortemente compresse, quindi inaccessibili, tendono ad aprirsi e a diventare più pervasive. Nella pratica ciò si tradure in un aumento di attivazioni errate, ad esempio con la trascrizione più frequente di geni non idonei, con conseguente produzione di proteine indesiderate. In caso di eccessivo sviluppo di questo fenomeno non si esclude la possibilità di insorgenza di malattie importanti, tra cui anche il cancro.
I passi futuri
L’obiettivo è valutare se questa scoperta possa essere applicabile allo sviluppo di nuovi approcci terapeutici, ad esempio che incidano sul cambiamento della cromatina o che possano riportarla a una sembianza giovanile. Certo è che l’invecchiamento cellulare non può essere arrestato, tuttavia per alcuni tipi di tessuto, potrebbe essere possibile frenare o ritardare la degenerazione legata all’età, quindi l’insorgenza di specifiche patologie.
Parallelamente i ricercatori hanno sviluppato, in collaborazione con altri gruppi di ricerca, nuove tecniche di imaging che con il supporto dell’intelligenza artificiale, sono in grado di identificare le strutture della cromatina alterate a livello patologico in immagini ad alta risoluzione.
L’intelligenza artificiale ad esempio confronta la cromatina delle cellule ematiche, che svolgono un ruolo centrale nella risposta immunitaria dell’organismo contro i più svariati tipi di patologie, con la cromatina delle cellule ematiche sane, sulla base di centinaia di caratteristiche quali forma, struttura e spettro luminoso. Tali modelli stanno strutturando un ampio database di riferimento. In combinazione con tale rilevamento precoce, agire in modo mirato sulla struttura della cromatina potrebbe aprire a lungo termine nuove possibilità che consentano una longevità più sana.
Fonte
Liao Y, Yuan L, Sornapudi TR et al. Chromatin accessibility regulates age-dependent nuclear mechanotransduction. PNAS, 2026, 123(13):e2522217123. Doi: 10.1073/pnas.2522217123
