Perché il cervello umano è così incline alle malattie legate all'età?

La ridotta produzione di energia nei neuroni più anziani può aiutare a spiegare perché i cervelli umani sono così vulnerabili alle malattie legate all'età, secondo un nuovo studio del Salk Institute in California.

Gli scienziati hanno utilizzato una nuova strategia per scoprire che le cellule delle persone anziane avevano mitocondri disfunzionali - le centrali elettriche delle cellule - e una minore produzione di energia.

I mitocondri sono responsabili della conversione del nostro cibo in energia chimica che le nostre cellule possono utilizzare. I difetti nei geni mitocondriali possono portare a malattie, ma i ricercatori sanno anche che i mitocondri diventano meno efficienti con l'età e possono guidare disturbi legati all'età, come l'Alzheimer e il Parkinson.

Studiare l'impatto dell'invecchiamento sui mitocondri potrebbe aiutare i ricercatori a comprendere meglio il legame noto tra la disfunzione mitocondriale e le malattie cerebrali legate all'età.

Le nuove scoperte sono pubblicate sulla rivista Rapporti sulle celle.

"La maggior parte degli altri metodi utilizza stress chimici sulle cellule per simulare l'invecchiamento", ha detto l'autore senior, il dottor Rusty Gage, professore nel Laboratorio di Genetica di Salk. "Il nostro sistema ha il vantaggio di mostrare cosa succede ai mitocondri che invecchiano naturalmente, all'interno del corpo umano".

In precedenza, il team di ricerca di Gage aveva sviluppato un metodo per convertire direttamente le cellule della pelle in neuroni (chiamati neuroni indotti o iNs). La maggior parte delle tecniche per creare neuroni dalle cellule dei pazienti dipende da un passaggio intermedio delle cellule staminali (la creazione di quelle che vengono chiamate cellule staminali pluripotenti indotte), che ripristina i marcatori cellulari dell'invecchiamento. Ma questi iN hanno mantenuto i segni dell'invecchiamento, comprese le modifiche all'attività genica e ai nuclei delle cellule, ha riferito il team nel 2015.

Nel presente studio, gli scienziati volevano verificare se i mitocondri nelle cellule conservassero anche i segni dell'invecchiamento durante il processo di conversione iN. Quindi, utilizzando cellule della pelle prelevate da esseri umani di età compresa tra 0 e 89 anni, i ricercatori hanno creato iN da ciascun donatore e quindi hanno utilizzato una varietà di metodi per studiare i mitocondri di ciascun gruppo di cellule.

I mitocondri nelle cellule della pelle isolate da ogni persona hanno mostrato pochi cambiamenti legati all'età. Tuttavia, quando le cellule sono state convertite direttamente in neuroni, i mitocondri dei donatori più anziani erano significativamente diversi. Ad esempio, i geni mitocondriali associati alla produzione di energia sono stati disattivati ​​ei mitocondri erano meno densi, più frammentati e hanno generato meno energia.

"Praticamente ogni area che abbiamo esaminato - funzionale, genetica e morfologica - presentava difetti", ha detto il dottor Jerome Mertens, uno scienziato dello staff di Salk e co-corrispondente autore del nuovo articolo.

Gli scienziati hanno ipotizzato che il motivo per cui i mitocondri degli iNs fossero più colpiti dall'invecchiamento rispetto ai mitocondri delle cellule della pelle fosse che i neuroni dipendono maggiormente dai mitocondri per l'energia.

"Se hai una vecchia macchina con un motore difettoso che si trova nel tuo garage ogni giorno, non importa", ha detto Mertens. "Ma se viaggi con quella macchina, il motore diventa un grosso problema."

La scoperta mostra come l'invecchiamento può avere un impatto sugli organi in modo diverso in tutto il corpo.

Successivamente, il team prevede di applicare la loro tecnica per studiare le malattie legate all'età, tra cui l'Alzheimer e il Parkinson. In lavori precedenti, i difetti mitocondriali sono stati implicati in queste malattie. Raccogliendo cellule della pelle da pazienti con queste malattie e creando iNs, il team può osservare come i mitocondri neuronali di questi pazienti sono diversi dai mitocondri neuronali negli individui anziani non affetti.

"Non esiste un altro modello neuronale umano in vitro per studiare l'invecchiamento", ha affermato il dottor Yongsung Kim, ricercatore associato e primo autore dell'articolo. "Quindi il grande risultato del nostro articolo è che abbiamo sviluppato uno strumento che ci consente di studiare l'invecchiamento neurologico e le malattie legate all'età".

Fonte: Salk Institute