Svuotare la spazzatura – la battaglia delle cellule staminali contro l'invecchiamento.

Cellule staminali che buttano via la spazzatura. Questa illustrazione è di Emma Vidal di DrawImpacts. Credit: Emma Vidal

Gli scienziati dell'Università di San Diego hanno scoperto che il metodo unico delle cellule staminali nell'eliminare le proteine malformate potrebbe essere la chiave per preservare la salute a lungo termine e prevenire le malattie.

Mentre gli esseri umani continuano la ricerca della fontana della giovinezza, le cellule staminali emergono come un fattore chiave nella ricerca della longevità. Gli studi suggeriscono sempre più che preservare la salute delle cellule staminali porta ad una maggiore longevità in salute, e le nuove ricerche evidenziano l'importanza di mantenere le cellule staminali pulite e ordinate.

In uno studio pubblicato di recente sulla rivista Cell Stem Cell, gli scienziati dell'Università di San Diego hanno scoperto che le cellule staminali del sangue utilizzano una tecnica sorprendente per eliminare le loro proteine malformate. I ricercatori hanno scoperto che questo processo diminuisce con l'età e credono che rafforzare questo sistema di smaltimento dei rifiuti specializzato potrebbe aiutare a prevenire le malattie legate all'età.

Lo studio si è concentrato sulle cellule staminali ematopoietiche (HSC), le cellule nel nostro midollo osseo che producono nuove cellule del sangue e del sistema immunitario durante tutta la nostra vita. Quando la loro funzione è indebolita o persa, ciò può portare a disturbi del sangue e immunitari, come l'anemia, la coagulazione del sangue e il cancro.

Robert Signer, Ph.D., ricercatore presso l'Università di San Diego, descrive come le cellule staminali contribuiscono all'invecchiamento e alle malattie legate all'età. Credit: Scienze per la salute dell'Università di San Diego

"Le cellule staminali ci sono per durare a lungo", ha detto l'autore principale dello studio, Robert Signer, Ph.D., professore associato presso l'Università di Medicina di San Diego. "La loro necessità di longevità richiede che siano cablate in modo diverso rispetto a tutte le cellule a breve vita nel corpo."

Una chiave per mantenere le cellule staminali felici è mantenere l'omeostasi delle proteine. Studi precedenti hanno mostrato che le cellule staminali, comprese le HSC, sintetizzano le proteine molto più lentamente di altri tipi di cellule, dando la priorità alla qualità rispetto alla quantità. Ciò aiuta a evitare errori nel processo, poiché le proteine malformate possono diventare tossiche per le cellule se lasciate ad accumularsi.

Tuttavia, alcuni errori o danni alle proteine sono inevitabili, quindi i ricercatori hanno cercato di capire come le cellule staminali garantiscano che queste proteine siano correttamente scartate.

Nella maggior parte delle cellule, le proteine danneggiate o malformate vengono contrassegnate individualmente per lo smaltimento. Un distruttore di proteine mobile chiamato proteasoma trova quindi le proteine contrassegnate e le scompone nei loro componenti originali degli aminoacidi. Ma nel nuovo studio, i ricercatori hanno scoperto che l'attività del proteasoma era particolarmente bassa nelle HSC. Ciò ha lasciato il team perplesso: se eliminare le proteine danneggiate è così importante per le cellule staminali, perché il proteasoma è meno attivo?

Gli scienziati dell'Università di San Diego hanno scoperto che le proteine malformate venivano aggregate e rinchiuse in un'area singola (verde) all'interno delle cellule staminali prima di essere scartate. Credit: Scienze per la salute dell'Università di San Diego

Attraverso una serie di esperimenti successivi, il team ha scoperto che le HSC utilizzano un sistema completamente diverso. Qui, le proteine danneggiate e malformate vengono raccolte e trasportate in cluster chiamati aggresome. Una volta raccolte in un'unica posizione, possono essere distrutte collettivamente dal lisosoma (un organulo cellulare contenente enzimi digestivi) in un processo chiamato aggrephagy.

"Ciò che è molto insolito qui è che si pensava che questa via venisse attivata solo come una risposta allo stress estremo, ma in realtà è la via fisiologica normale utilizzata dalle cellule staminali", ha detto Signer. "Questo sottolinea quanto sia importante per le cellule staminali prevenire lo stress per poter preservare la loro salute e longevità."

Quindi, perché questo sistema diverso? Uno dei principali vantaggi del metodo del proteasoma è che scompone immediatamente le proteine, producendo aminoacidi che la cellula può riutilizzare per costruire nuove proteine. Ma le cellule staminali sono meno interessate a costruire nuove proteine. Pertanto, gli autori suggeriscono che, conservando una raccolta di proteine danneggiate in un'unica posizione, le cellule staminali potrebbero creare la propria raccolta di risorse che potrebbero essere utilizzate in un momento successivo quando sono effettivamente necessarie, come dopo un infortunio o quando è il momento di rigenerarsi.

"Il corpo davvero non può rischiare di perdere le sue cellule staminali, quindi avere questa scorta di materie prime le rende più protette contro i giorni di pioggia", ha detto Signer. "Le cellule staminali sono maratoneti, ma devono anche essere sprinter di classe mondiale quando le circostanze lo richiedono."

Quando i ricercatori hanno disabilitato geneticamente la via dell'aggrephagy, le cellule staminali hanno iniziato ad accumulare proteine aggregate, che hanno compromesso la loro salute, longevità e attività rigenerativa.

Il team ha poi scoperto che mentre quasi tutte le cellule staminali giovani avevano gli aggresomi, ad un certo punto dell'invecchiamento, erano quasi completamente scomparsi. Gli autori suggeriscono che l'incapacità delle cellule staminali di distruggere efficientemente le proteine malformate durante l'invecchiamento è probabilmente un fattore chiave che contribuisce alla loro funzione in declino e alle malattie legate all'età che ne derivano.

“Our hope is that if we can improve stem cells’ ability to maintain the aggrephagy pathway, we will preserve better stem cell fitness during aging and mitigate blood and immune disorders,” said Signer.

The authors suspect that other types of stem cells and long-lived cells like neurons have a similar requirement for strict regulation of protein homeostasis, suggesting therapeutics to boost this pathway may be beneficial across multiple organs and pathologies.