FATTORI DI DIFFERENZIAZIONE ABBINATI A FATTORI DI CRESCITA
Un’Informazione intelligente origina la vita: sono i fattori presenti nei 5 stadi di differenziazione delle cellule staminali che determinano il destino delle cellule sane e patologiche.
La Giovinezza: un dono che ci dobbiamo conquistare
Quando si invecchia, aumenta progressivamente il rischio di tutti i tipi di malattie. Obiettivo della ricerca sui fattori di crescita e differenziazione è quello di riuscire a intervenire sul processo di invecchiamento e prevenire le patologie dovute alla degenerazione cellulare.
Invecchiare non è una malattia ma un processo naturale, dovuto all’invecchiamento cellulare. In assenza di attività telomerasica, i telomeri dei cromosomi delle cellule in attiva proliferazione si accorciano progressivamente; quando la lunghezza dei telomeri scende sotto una soglia critica, le cellule staminali smettono di dividersi e muoiono. Negli anziani i telomeri sono quindi più corti che nei giovani.
La longevità è un bilancio tra geni e ambiente, intendendo questo rapporto come il modo in cui le abitudini di vita interagiscono con il patrimonio genetico. In questo senso va visto l’invecchiamento, sempre tenendo presente che il patrimonio genetico può essere modificato in corsa.
Oggi, grazie ai fattori di crescita e differenziazione, si è in grado di mantenere i telomeri sempre lunghi, anche quando la cellula si divide. I fattori di crescita consentono alla cellula la ricrescita del telomero come avviene spontaneamente in gioventù.
La degenerazione cellulare dovuta all’invecchiamento non è esattamente uguale per tutti alla stessa maniera, queste sono le età anagrafiche medie per l’invecchiamento dei singoli organi:
Questi sono i risultati prodotti con la collaborazione di 23 università italiane sulle nuove frontiere per la riprogrammazione cellulare per determinare il destino delle cellule staminali sane e patologiche e le incredibili attività regolatorie del codice che organizza la vita: il codice epigenetico.
Gli studi intrapresi sul funzionamento del codice epigenetico avevano permesso di capire che quello che veniva studiato era in realtà il codice di regolazione dell’espressione genica, che nel momento in cui la vita si forma, è presente nella sua totalità e con tutte le sue diverse funzioni. Tale codice infatti, seppure suddiviso e frazionato in diversi stadi di differenziazione, poteva comunque essere studiato e compreso nel suo funzionamento globale. Allorchè infatti si fossero ottenute tutte le sostanze presenti in tutti i differenti stadi di differenziazione, noi avremmo avuto a disposizione l’intero codice epigenetico, ovvero il codice in grado di regolare tutti i geni di tutte le cellule che costituiscono un intero organismo. In altre parole avremmo avuto a disposizione l’intero codice che regola la vita: il “Codice della Vita”. Questa possibilità di studiare il codice epigenetico nella sua completezza esiste solo nell’embrione e solo nel periodo in cui si differenziano tutti gli organi ed apparati: in quel periodo, partendo da un’unica cellula staminale totipotente (l’uovo fecondato), attraverso diversi stadi si differenziano tutti i tipi di cellule staminali: pluripotenti, multipotenti, oligopotenti, cellule in via di differenziazione definitiva e finalmente cellule completamente differenziate. Terminata l’organogenesi, non è più possibile studiare l’intero codice epigenetico nella sua globalità e nelle sue differenti funzioni. Infatti quando l’organogenesi è terminata, il codice epigenetico viene suddiviso in vari organi e tessuti ed in ogni organo si trova quella parte del codice che serve a controllare e a regolare l’espressione genica delle cellule di quello specifico organo, ma non si ha più la possibilità di studiare tutte le diverse ed incredibili funzioni del “Codice della Vita”. Dunque solo nel momento si era deciso di studiare il codice di regolazione epigenetica, ovvero il periodo della differenziazione dei vari organi ed apparati, era possibile studiare tutte le differenti ed incredibili capacità regolatorie di tale codice. Ed è quello che è stato fatto fatto, scegliendo anzitutto un embrione che fosse un modello di studio del differenziamento cellulare: nel caso specifico l’embrione di Zebrafish.
Lo studio dell’intero codice epigenetico e delle sue funzioni ci ha portato a scoperte fantastiche. Queste diverse funzioni vengono brevemente descritte solo per far capire quali grandi opportunità offre lo studio del codice della vita.
Vengono qui di seguito elencate le diverse attività regolatorie del codice epigenetico:
- Attività Anti-Aging
- Rallentamento della moltiplicazione e della crescita delle cellule tumorali
- Attività nella Prevenzione della Neuro-Degenerazione
Attività Anti-Aging:
E’ stata individuata una frazione del codice epigenetico, che per la prima volta nel mondo, si è rivelata in grado di mantenere attivi in modo naturale, senza manipolazioni genetiche, i geni staminali in grado di impedire l’invecchiamento cellulare (si tratta degli stessi geni che Shinya Yamanaka, che per questo nel 2012 aveva vinto il Nobel, aveva introdotto in modo artificiale con un retrovirus in una cellula differenziata, la quale però non può essere utilizzata senza rischi proprio a causa delle manipolazioni subite, che modificano la ciclicità cellulare e mantengono la cellula in una fase di continua moltiplicazione: nelle nostre ricerche invece le cellule aumentano la durata della loro vita senza subire manipolazioni, proprio sulla base di una regolazione fisiologica dei geni staminali. Infatti se si sospende la somministrazione di tali fattori le cellule ritornano ad invecchiare, dimostrando pertanto che esse non hanno perso la loro ciclicità e la loro normale fisiologia). L’aumento della durata della vita cellulare è dovuta all’impedimento del taglio dei telomeri, ovvero della parte terminale del cromosoma composto da sequenze ripetute di DNA; la funzione dei telomeri è quella di proteggere le terminazioni dei cromosomi, consentire la divisione cellulare, proteggere dall’invecchiamento e dal cancro. Il telomero impedisce la degradazione progressiva dei cromosomi con rischio di perdita di informazione genetica: i telomeri in questo modo agiscono come una sorta di orologio biologico, legato cioè ad un numero massimo di replicazioni del DNA, al termine del quale la cellula diventa troppo vecchia per essere mantenuta in vita. Allora essa prende la via della morte cellulare programmata e conclude in questo modo il suo ciclo vitale. I fattori isolati nei nostri studi non solo impediscono il taglio dei telomeri, allungando in questo modo la durata della vita della cellula, ma attivano anche altri geni, come Bmi-1, che inducono la sintesi di varie proteine, che impediscono la senescenza cellulare.
Dunque questi fattori, che si possono ottenere solo in specifici e ben precisi momenti del differenziamento delle cellule staminali, non solo aumentano la durata della vita, ma mantengono le cellule giovani, impedendo a loro di invecchiare. Questo è molto importante perché se noi allunghiamo solo la durata della vita, ma le cellule invecchiano, allora si rischia di avere una vecchiaia con numerosi problemi e con un decadimento fisico notevole. Fortunatamente i fattori da noi isolati non lasciano invecchiare le cellule e così l’aumento della durata della vita può essere associato ad una buona condizione psico-fisica. Al momento attuale i fattori che hanno evidenziato attività anti-aging sono stati utilizzati per preparare specifiche creme. Tali creme hanno dimostrato una notevole efficacia in quanto sono state in grado di comportare una significativa riduzione delle rughe al volto e al decoltè. Questi risultati, ottenuti con i fattori isolati durante il differenziamento di specifici tipi di cellule staminali, sono quasi impossibili da ottenere con manipolazioni artificiali del codice genetico perché le diverse manipolazioni genetiche non sono in grado di trasferire l’informazione completa in grado di aumentare la durata della vita e nello stesso tempo di bloccare la senescenza cellulare. A questo punto emergono ancora più con chiarezza i limiti del riduzionismo scientifico.
Trattamento integrativo per prevenzione dell’invecchiamento: i fattori di crescita e differenziazione cellulare
Analisi proteica dell’estratto di uova di Zebrafish,
E’ stata realizzata un’analisi proteica dell’estratto embrionale dalle uova di zebrafish. Una sospensione dell’estratto in soluzione glicero – alcolica è stata analizzata con gel elettroforesi monodimensionale (SDS-PAGE). Come mostrato nella figura sottostante in tutte e 5 le fasi estratte sono distinguibili in base al loro peso molecolare tre principali raggruppamenti: sopra i 45 kDa, intorno ai 25 – 35 kDa e sotto i 20 kDa. In ogni modo la relative quantità di proteine sono differenti nei campioni delle 5 fasi.
Di seguito la lista delle proteine che sono state individuate da Biava e coll. con l’analisi di spettrometria di massa. Con l’asterisco (*) sono elencate le proteine mai prima descritte nell’embrione di Zebrafish:
Il Dott. Pier Mario Biava sui Telomeri:
“I telomeri si accorciano ogni volta che le cellule si dividono. Quando il telomero diventa troppo corto, il cromosoma raggiunge una lunghezza critica e la cellula non può più replicarsi. Ciò significa che la cellula invecchia e muore. Tuttavia i FATTORI di CRESCITA e DIFFERENZIAZIONE possono rappresentare uno strumento molto efficace per promuovere gli antagonisti della senescenza cellulare in modo fisiologico. Il risultato è una cellula sana e potenzialmente una inversione del processo di invecchiamento”
I TELOMERI sono parti essenziali delle cellule umane che influenzano il modo in cui invecchiamo. I telomeri rappresentano una sorta di “cappuccio” del DNA che protegge le cellule dagli errori durante la loro replicazione. Con il tempo questo cappuccio tende ad accorciarsi e perdere le sue proprietà protettive. Grazie ai fattori dello Zebrafish si previene questo problema promuovendo il mantenimento dei telomeri.
La presentazione fatta dal Dott. Biava
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INTERVISTA A PIER MARIO BIAVA
