Cercetătorii au identificat o cauză ascunsă a îmbătrânirii celulelor, reversibilă
Pe măsură ce oamenii îmbătrânesc, celulele lor devin treptat mai puțin eficiente în producerea de energie și în răspunsul la cerințele în schimbare.
Un rol central în acest declin îl joacă mitocondriile, adesea numite centralele energetice ale celulelor. Recent, cercetătorii de la Leibniz Institute on Aging (FLI) din Jena, Germania, au identificat un contributor important la acest proces: un lipid de membrană cunoscut sub numele de fosfatidilcolină.
Studiul arată că nivelurile mai scăzute de fosfatidilcolină reduc flexibilitatea mitocondriilor, accelerând deteriorarea asociată cu vârsta. De asemenea, cercetătorii au descoperit că suplimentarea dietei cu fosfatidilcolină a ajutat la restabilirea funcției mitocondriale în organismele de laborator îmbătrânite. Rezultatele sugerează că unele aspecte ale îmbătrânirii biologice ar putea fi mai ajustabile decât s-a crezut anterior.
Unul dintre cele mai mari mistere în cercetarea îmbătrânirii este de ce oamenii tind să piardă energie și vitalitate în timp. Mitocondriile nu doar generează energia necesară funcționării celulelor, ci ajută și la coordonarea comunicării între celule, susțin adaptarea la condiții schimbătoare și reglează multe procese esențiale pentru viață. Ele furnizează energia necesară pentru mișcare, creștere și repararea țesuturilor.
Deși performanța mitocondrială este cunoscută a scădea odată cu vârsta, motivele din spatele acestei deteriorări treptate au rămas neclare. De-a lungul anilor, cercetătorii au suspectat că deteriorarea genetică din interiorul mitocondriilor era principala cauză a declinului lor. Totuși, un nou studiu publicat în Nature Communications indică un alt factor important.
Echipa internațională de cercetare, condusă de Maria Ermolaeva de la FLI, a descoperit că perturbările în rețeaua mitocondrială sunt legate de schimbări în compoziția membranei. În centrul acestei descoperiri se află fosfatidilcolina, unul dintre cei mai abundanți lipizi găsiți în membranele biologice.
Fosfatidilcolina ajută la menținerea flexibilității membranelor, permițându-le să se reorganizeze atunci când este necesar. Această flexibilitate este esențială pentru fuziunea mitocondrială, un proces prin care mitocondriile individuale se unesc pentru a forma rețele interconectate. Aceste rețele permit celulelor să împărtășească și să distribuie componente vitale, inclusiv molecule energetice, produse metabolice, ADN și compuși de semnalizare.
Cercetătorii au descoperit că producția de fosfatidilcolină scade natural odată cu vârsta. Pe măsură ce nivelurile scad, membranele mitocondriale devin din ce în ce mai fragmentate și disfuncționale. Când echipa a dezactivat genele implicate în producția de fosfatidilcolină în viermi tineri, mitocondriile au început rapid să semene cu cele observate de obicei la animale mult mai bătrâne. Chiar mai surprinzător, hrănind viermii cu fosfatidilcolină sau precursorul acestuia, colina, s-a restabilit o structură mitocondrială mai tânără în doar două zile.
„Am fost surprinși noi înșine de cât de puternic influențează această moleculă structura, conectivitatea și funcția mitocondriilor”, explică Tetiana Poliezhaieva, autorul principal al studiului.
Ce poate părea o modificare biochimică mică poate avea efecte profunde în întreaga celulă. În condiții sănătoase, mitocondriile formează o rețea dinamică care se ajustează continuu la cerințele energetice în schimbare. Pe măsură ce îmbătrânirea progresează, această rețea devine din ce în ce mai instabilă și mai puțin eficientă.
„Poți să-ți imaginezi întregul sistem ca pe o rețea electrică fin ramificată care devine din ce în ce mai deteriorată odată cu vârsta: conexiunile se rup și curentul se oprește”, explică Maria Ermolaeva, autorul principal al studiului. „Deși producția de energie continuă, devine mai puțin eficientă și sustenabilă, iar energia nu mai poate fi distribuită flexibil.”
În consecință, celulele își pierd ceea ce știința numește plasticitate metabolică, capacitatea de a se adapta rapid la cerințele energetice în schimbare. Această adaptabilitate este importantă nu doar pentru celulele individuale, ci și pentru țesuturi și întregi sisteme organice. Reducerea flexibilității metabolice a fost recunoscută din ce în ce mai mult ca un semn distinctiv al îmbătrânirii și este asociată și cu boli precum diabetul.
Pentru a investiga mecanismele implicate, cercetătorii au combinat mai multe abordări diferite. Studiul a inclus experimente în nematodul Caenorhabditis elegans, investigații folosind culturi celulare umane și analiza unor seturi clinice extinse de date. Echipa a examinat profilurile proteomice și lipidomice, variația genetică, activitatea genelor și funcția metabolică în diferite etape ale îmbătrânirii umane.
Prin integrarea acestor seturi de date, cercetătorii au reușit să coreleze modificările moleculare observate în modelele de laborator cu tiparele găsite la oameni. Validarea experimentală și analizele complete ale corpului în viermi au ajutat la dezvăluirea unei legături directe între modificările moleculare treptate și procesele mai ample de îmbătrânire.
Rezultatele sugerează că îmbătrânirea mitocondrială este determinată nu doar de acumularea de daune genetice, ci și de schimbările legate de vârstă în producția de lipide. Aceasta extinde înțelegerea actuală a motivelor pentru care mitocondriile devin mai puțin eficiente în timp și subliniază dinamica lipidelor de membrană ca un alt factor important în procesul de îmbătrânire.
Studiul a mai dezvăluit că îmbătrânirea poate avea loc în etape distincte, mai degrabă decât ca un proces continuu. Conform datelor, celulele experimentează mai întâi o scădere a rezistenței la stres și perturbări în homeostazia proteinelor, sistemul responsabil de menținerea stabilității proteinelor. Schimbările metabolice urmează, cu modificări epigenetice care apar mai târziu.
Cercetătorii au observat, de asemenea, diferențe specifice de sex în metabolismul lipidelor. Datele metabolomice umane au arătat cea mai pronunțată scădere relativă a nivelurilor de fosfatidilcolină în rândul femeilor în perioada de menopauză.
„Această observație este deosebit de notabilă, deoarece coincide cu un moment în care multe femei raportează o scădere semnificativă a nivelului de energie și apariția oboselii persistente”, adaugă Maria Ermolaeva.
Cea mai semnificativă descoperire a fost că unele modificări mitocondriale legate de vârstă par a fi reversibile. Atunci când nivelurile de fosfatidilcolină au fost crescute în C. elegans mai în vârstă, rețelele mitocondriale au devenit mai
