Le cellule invecchiano a velocità diverse, offrendo spunti di riflessione su cancro, neurodegenerazione ed invecchiamento. / Cells grow old at different rates, offering insight into cancer, neurodegeneration and aging

 Le cellule invecchiano a velocità diverse, offrendo spunti di riflessione su cancro, neurodegenerazione ed invecchiamento. / Cells grow old at different rates, offering insight into cancer, neurodegeneration and aging

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Una nuova ricerca rivela che cellule della stessa età cronologica possono seguire percorsi di invecchiamento biologico drasticamente diversi, offrendo nuove prospettive sul cancro, la neurodegenerazione e la biologia fondamentale dell'invecchiamento.

Anziché invecchiare in modo uniforme, i tessuti diventano un mosaico di cellule biologicamente più giovani e più vecchie, con alcune singole cellule che invecchiano molto più velocemente di altre: una scoperta che potrebbe rivoluzionare il modo in cui gli scienziati comprendono l'invecchiamento e le origini più antiche delle malattie legate all'età.

Tendiamo a pensare all'invecchiamento come a qualcosa che avviene in modo uniforme in tutto il corpo, un processo lento e sincronizzato in cui tutte le cellule invecchiano insieme. Ma secondo un nuovo studio, l'invecchiamento non funziona affatto così.

L'invecchiamento, al contrario, sembra essere un processo straordinariamente individuale. Persino all'interno dello stesso tessuto, cellule vicine di identica età cronologica possono differire biologicamente di anni. Mentre la maggior parte rimane relativamente "giovane", un sottogruppo accelera il processo, accumulando le modificazioni molecolari associate all'invecchiamento molto più rapidamente rispetto alle cellule vicine.

Pubblicato su Nature Communications, lo studio fornisce una delle immagini più chiare finora ottenute dell'invecchiamento a livello delle singole cellule ed offre nuove prospettive sul perché malattie come il cancro e la neurodegenerazione spesso inizino in un numero ristretto di cellule.

La ricerca è stata condotta da Hagit Masika sotto la supervisione di Howard Cedar e Tommy Kaplan della Facoltà di Medicina e del Centro di Medicina Computazionale dell'Università Ebraica (entrambi in Israele) ed in collaborazione con Wolf Reik di Altos Labs (California, USA) ed il Babraham Institute (Cambridge, Regno Unito).

Per scoprire queste differenze nascoste, i ricercatori hanno analizzato la metilazione del DNA, ovvero le modificazioni chimiche presenti sul DNA che regolano l'attività genica e sono tra gli indicatori di età più affidabili in biologia. Invece di calcolare la media di milioni di cellule, le hanno esaminate una per una in diversi tessuti di topi ed umani, rivelando che l'invecchiamento si manifesta in modo molto diverso da cellula a cellula.

"L'aspetto più entusiasmante è stato rendersi conto che due cellule affiancate possono avere età biologiche completamente diverse", ha osservato Hagit Masika. "Una volta che siamo stati in grado di misurare l'invecchiamento a livello di singola cellula, abbiamo scoperto che i tessuti sono molto più eterogenei di quanto si pensasse. Questo ci offre un quadro completamente nuovo per comprendere come inizia l'invecchiamento."

I ricercatori hanno scoperto che i tessuti sono costituiti da una miscela di cellule che invecchiano lentamente e da una popolazione molto più piccola di cellule che invecchiano ad un ritmo accelerato. Hanno anche scoperto che le cellule che si dividono rapidamente hanno maggiori probabilità di entrare in questo stato di invecchiamento accelerato.

I risultati contribuiscono anche a spiegare una caratteristica dell'invecchiamento nota da tempo: la crescente variabilità tra le singole cellule all'interno dello stesso tessuto. Invece di invecchiare in modo uniforme, le cellule divergono gradualmente l'una dall'altra, creando un mosaico di cellule biologicamente più giovani e più vecchie.

"Analizzare le singole cellule anziché calcolare la media di interi tessuti ci ha permesso di individuare schemi che prima erano invisibili", ha aggiunto Tommy Kaplan. "Questo ci fornisce un quadro molto più preciso dell'invecchiamento biologico ed apre nuove possibilità per identificare le cellule che sono maggiormente a rischio di causare malattie."

I ricercatori osservano che questo schema non è universale. Sebbene i tessuti esaminati in questo studio siano diventati sempre più eterogenei con l'età, ricerche precedenti hanno dimostrato che alcuni altri tessuti sembrano invecchiare in modo più uniforme, suggerendo che organi diversi possano seguire percorsi biologici distinti con l'avanzare dell'età.

Lo studio è andato oltre l'identificazione di un marcatore dell'invecchiamento. Le cellule con un invecchiamento epigenetico avanzato mostravano un'attività alterata nei geni coinvolti nella funzione immunitaria, nella produzione di proteine, nella neurodegenerazione e nello sviluppo di tumori. In un esperimento particolarmente significativo, i ricercatori hanno confrontato capelli bianchi e neri prelevati dallo stesso individuo e hanno scoperto che i capelli bianchi presentavano costantemente una firma epigenetica più antica, fornendo una prova tangibile del fatto che l'invecchiamento biologico si verifica in modo indipendente nelle singole cellule, anziché uniformemente in tutto il corpo.

"Questo studio cambia il nostro modo di pensare all'invecchiamento", ha commentato Howard Cedar. "Anziché un processo in cui ogni cellula attraversa il tempo allo stesso ritmo, l'invecchiamento sembra essere guidato da singole cellule che passano ad uno stato di invecchiamento accelerato. Questo aiuta a spiegare perché le malattie legate all'invecchiamento spesso iniziano in un piccolo numero di cellule prima di estendersi e diventare un problema più ampio."

I ricercatori ritengono che i risultati potrebbero aiutare gli scienziati ad identificare le prime cellule responsabili delle malattie legate all'età ed, in definitiva, ad elaborare strategie per rallentare – o addirittura prevenire – i processi biologici che causano l'invecchiamento.

ENGLISH

New research reveals that cells of the same chronological age can follow dramatically different biological aging paths, offering new insights into cancer, neurodegeneration and the fundamental biology of aging.

Rather than aging uniformly, tissues become a mosaic of biologically younger and older cells, with some individual cells aging much faster than others – a discovery that could reshape how scientists understand aging and the earliest origins of age-related disease.

We tend to think of aging as something that happens evenly throughout the body, a slow, synchronized process in which all cells age together. But according to a new study that’s not how aging works at all.

Instead, aging appears to be remarkably individual. Even within the same tissue, neighboring cells of identical chronological age can be biologically years apart. While most remain relatively ‘young’, a subset races ahead, accumulating the molecular changes associated with aging far more rapidly than their neighbors.

Published in Nature Communications, the study provides one of the clearest pictures yet of aging at the level of individual cells and offers new insights into why diseases such as cancer and neurodegeneration often begin in only a small number of cells.

The research was led by Hagit Masika under the supervision of Howard Cedar and Tommy Kaplan of the Hebrew University’s Faculty of Medicine and Center for Computational Medicine (both Israel) and in collaboration with Wolf Reik of Altos Labs (CA, USA) and the Babraham Institute (Cambridge, UK).

To uncover these hidden differences, the researchers analyzed DNA methylation – chemical marks on DNA that regulate gene activity and are among biology’s most reliable indicators of age. Rather than averaging millions of cells together, they examined cells one by one across multiple mouse and human tissues, revealing that aging unfolds very differently from cell to cell.

“The exciting part was realizing that two cells sitting side by side can have completely different biological ages,” noted Hagit Masika. “Once we could measure aging at the single-cell level, we discovered that tissues are much more heterogeneous than anyone appreciated. That gives us an entirely new framework for understanding how aging begins.”

The researchers found that tissues are made up of a mixture of slowly aging cells alongside a much smaller population of cells that age at an accelerated pace. They also discovered that rapidly dividing cells are more likely to enter this faster-aging state.

The findings also help explain a long-recognized hallmark of aging: the increasing variability between individual cells within the same tissue. Rather than aging in lockstep, cells gradually diverge from one another, creating a mosaic of biologically younger and older cells.

“Looking at individual cells instead of averaging entire tissues allowed us to detect patterns that were previously invisible,” added Tommy Kaplan. “This gives us a much more precise picture of biological aging and opens new possibilities for identifying the cells that are most at risk of driving disease.”

The researchers note that this pattern is not universal. While the tissues examined in this study became increasingly heterogeneous with age, previous research has shown that some other tissues appear to age more uniformly, suggesting that different organs may follow distinct biological routes as they grow older.

The study went beyond identifying an aging marker. Cells with advanced epigenetic aging displayed altered activity in genes involved in immune function, protein production, neurodegeneration and tumor development. In one striking experiment, the researchers compared black and white hairs taken from the same individual and found that white hairs consistently carried an older epigenetic signature – providing visible evidence that biological aging occurs independently in individual cells rather than uniformly across the body.

“This work changes the way we think about aging,” commented Howard Cedar. “Rather than every cell moving through time at the same pace, aging appears to be driven by individual cells that make the transition into an accelerated aging state. That helps explain why aging-related diseases often begin in only a small number of cells before expanding into a larger problem.”

The researchers believe the findings could help scientists identify the earliest cells responsible for age-related diseases and eventually guide strategies to slow – or even prevent – the biological processes that drive aging.

Da:

https://www.biotechniques.com/cell-and-tissue-biology/cells-grow-old-at-different-rates-offering-insight-into-cancer-neurodegeneration-and-aging/