Le nostre cellule non invecchiano allo stesso ritmo. / Our Cells Don’t Age at the Same Pace
Le nostre cellule non invecchiano allo stesso ritmo. / Our Cells Don’t Age at the Same Pace
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Si potrebbe pensare che il ticchettio del nostro orologio biologico sia uniforme e sincronizzato, con le cellule che invecchiano alla stessa velocità.
Tuttavia, nuove ricerche hanno scoperto che l'invecchiamento cellulare è notevolmente individuale e che, biologicamente parlando, cellule vicine possono essere separate da anni.
Anche i cambiamenti molecolari associati all'invecchiamento contribuiscono alle malattie
L'invecchiamento biologico è un processo complesso e multifattoriale, ed i cambiamenti molecolari che lo sottendono non sono ancora del tutto compresi.
Invecchiamento cronologico e biologico
L'età cronologica si riferisce al tempo di esistenza di un individuo o di una cellula, mentre l'età biologica riflette il grado di funzionamento del corpo, degli organi, dei tessuti, delle cellule e dei sistemi.
Con l'avanzare dell'età, le nostre cellule accumulano danni e la loro funzionalità diminuisce, contribuendo all'insorgenza di malattie croniche, tra cui il cancro e le malattie cardiovascolari e neurodegenerative.
I segni distintivi dell'invecchiamento biologico includono la disfunzione degli organelli, la progressiva perdita di proteostasi, l'aumento dell'instabilità genomica e l'accumulo di danni al DNA, la senescenza cellulare, l'esaurimento delle cellule staminali, l'infiammazione cronica e le pervasive alterazioni epigenetiche.
La metilazione del DNA è una modificazione epigenetica che svolge un ruolo chiave nella regolazione genica e nell'identità cellulare, e funge anche da indicatore affidabile dell'età cronologica e biologica.
Variabilità cellula-cellula nell'invecchiamento
Poiché si ritiene che le malattie legate all'età, come il cancro e la neurodegenerazione, abbiano origine a livello di singola cellula, i ricercatori autori del nuovo studio si sono proposti di utilizzare marcatori epigenetici per misurare l'invecchiamento nelle singole cellule.
Nei tessuti di topi e umani, hanno esaminato la distribuzione dell'età di metilazione a livello di singola cellula e hanno scoperto che l'invecchiamento si manifesta in modo molto diverso da una cellula all'altra.
"L'analisi delle singole cellule, anziché la media di interi tessuti, ci ha permesso di individuare schemi prima invisibili", ha affermato il professor Tommy Kaplan, coautore del nuovo studio. "Questo ci fornisce un quadro molto più preciso dell'invecchiamento biologico ed apre nuove possibilità per identificare le cellule maggiormente a rischio di causare malattie."
La maggior parte delle cellule di un tessuto invecchia ad un ritmo lento e costante, ma alcune accumulano danni ed invecchiano molto più rapidamente, portando i tessuti a diventare un mosaico di cellule biologicamente più vecchie e più giovani.
"L'aspetto più entusiasmante è stato rendersi conto che due cellule affiancate possono avere età biologiche completamente diverse", ha affermato la dottoressa Hagit Masika, ricercatrice associata presso l'Università Ebraica di Gerusalemme e autrice principale della ricerca. "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 studiato le cellule delle cripte del colon, i globuli bianchi, le cellule staminali muscolari e le cellule staminali ematopoietiche, scoprendo che queste cellule diventano sempre più eterogenee con l'età.
Tuttavia, gli autori hanno osservato che ricerche precedenti hanno dimostrato che altri tessuti invecchiano in modo più uniforme, suggerendo che organi, tessuti e sistemi diversi seguano percorsi e traiettorie di invecchiamento differenti.
Caratteristiche delle cellule invecchiate
Uno dei segni più evidenti dell'invecchiamento umano è l'ingrigimento dei capelli. I capelli diventano grigi un capello alla volta, il che suggerisce che questo processo sia mediato a livello della singola cellula.
Prelevando capelli neri o grigi da un soggetto ed eseguendo un'analisi della metilazione del DNA a singola cellula sulle cellule della radice, i ricercatori hanno scoperto che i capelli grigi avevano maggiori probabilità di presentare un profilo epigenetico più anziano. Ciò indica che i marcatori epigenetici dell'invecchiamento possono predire i segni fisiologici dell'invecchiamento.
I ricercatori hanno anche cercato di caratterizzare le cellule con invecchiamento biologico accelerato. Hanno scoperto che le cellule in rapida proliferazione avevano maggiori probabilità di entrare in uno stato di invecchiamento più rapido.
Hanno inoltre eseguito il sequenziamento dell'RNA a singola cellula nelle cellule immunitarie per determinare se la metilazione associata all'invecchiamento alteri l'espressione genica e causi cambiamenti fenotipici. Le cellule che invecchiavano più rapidamente mostravano un'attività alterata nei geni correlati alla riparazione delle proteine, alla progressione del ciclo cellulare, all'integrità della struttura cellulare, alle risposte immunitarie e alla mobilità cellulare.
"Questo lavoro cambia il nostro modo di pensare all'invecchiamento", ha affermato il professor Howard Cedar, coautore del nuovo studio. "Anziché un processo in cui ogni cellula invecchia alla stessa velocità, 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 sperano che le loro scoperte possano contribuire a identificare le cellule responsabili delle malattie legate all'età e potenzialmente a orientare le strategie per rallentare o prevenire i processi molecolari che guidano l'invecchiamento biologico.
ENGLISH
New research shows neighboring cells can have very different biological ages, reshaping how we understand aging.
You might think that the tick of our biological clock is uniform and synchronized, with cells aging at the same rate.
However, new research has found that cellular aging is remarkably individual, and neighboring cells can be years apart, biologically speaking.
Molecular changes associated with aging also contribute to disease
Biological aging is a complex, multifactorial process, and the molecular changes that underpin it are not well understood.
Chronological and biological aging
Chronological age refers to the amount of time an individual or cell has existed, whereas biological age reflects how well your body, organs, tissues, cells, and systems function.
As our cells age, they accumulate damage and their function declines, which contributes to chronic diseases, including cancer and cardiovascular and neurodegenerative diseases.
Hallmarks of biological aging include organelle dysfunction, progressive loss of proteostasis, increasing genomic instability and accumulation of DNA damage, cellular senescence, stem cell exhaustion, chronic inflammation, and pervasive epigenetic alterations.
DNA methylation is an epigenetic modification that plays key roles in gene regulation and cell identity, and also serves as a reliable indicator of chronological and biological age.
Cell-to-cell variability in aging
As age-related diseases like cancer and neurodegeneration are proposed to start with a single cell, the researchers behind the new study aimed to use epigenetic markers to measure aging in individual cells.
In mouse and human tissues, they examined the single-cell methylation age distribution and found that aging unfolds very differently between one cell and another.
“Looking at individual cells instead of averaging entire tissues allowed us to detect patterns that were previously invisible,” said Prof. Tommy Kaplan, co-corresponding author of the new study. “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.”
Most cells in a tissue population aged at a slow, steady pace, but some accumulated damage and aged much faster, leading tissues to become a mosaic of biologically older and younger cells.
“The exciting part was realizing that two cells sitting side by side can have completely different biological ages,” said Dr. Hagit Masika, a research associate at The Hebrew University of Jerusalem and lead author of the research. “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 studied colonic crypt cells, white blood cells, muscle stem cells, and hematopoietic stem cells, and discovered that these cells became increasingly heterogeneous with age.
However, the authors noted that previous research has shown that other tissues age more uniformly, suggesting that different organs, tissues, and systems follow different aging pathways and trajectories.
Characteristics of aging cells
One of the most visible signs of human aging is our hair going gray. Our hair goes gray one strand at a time, suggesting that this process is mediated at the single-cell level.
By taking black or gray hairs from a subject and performing single-cell DNA methylation analysis on cells from the root, the researchers found that gray hairs were more likely to exhibit an older epigenetic profile. This indicates that epigenetic markers of aging can predict the physiological signs of aging.
The researchers also sought to characterize cells with accelerated biological aging. They found that rapidly proliferating cells were more likely to enter a faster aging state.
They also performed single-cell RNA sequencing in immune cells to determine whether aging-associated methylation alters gene expression and causes phenotypic changes. The faster-aging cells showed altered activity in genes relating to protein repair, cell cycle progression, cell structure integrity, immune responses, and cell mobility.
“This work changes the way we think about aging,” said Prof. Howard Cedar, co-corresponding author of the new study. “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 hope that their findings could help to identify the cells that cause age-related diseases and potentially guide strategies to slow or prevent the molecular processes that drive biological aging.
Da:
https://www.technologynetworks.com/genomics/news/our-cells-dont-age-at-the-same-pace-415409
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