Non tutte le cellule senescenti sono cellule zombi dannose, che dovrebbero essere eliminate per prevenire le malattie legate all’età. A dichiararlo in una nuova ricerca sono gli scienziati della UC San Francisco, che ha scoperto che alcune di esse sono incorporate in tessuti giovani e sani e promuovono la normale riparazione dai danni.
I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Science.
Cellule zombi: ecco perché sono state rivalutate
Gli scienziati hanno osservato le cellule zombi in azione nel tessuto polmonare, così come in altri organi che fungono da barriere nel corpo, come l’intestino tenue, il colon e la pelle. Quando hanno usato farmaci chiamati senolitici per uccidere queste cellule, le lesioni ai tessuti polmonari sono guarite più lentamente.
“Le cellule zombi o senescenti possono occupare nicchie con posizioni privilegiate come ‘sentinelle’ che monitorano i tessuti per le lesioni e rispondono stimolando le cellule staminali vicine a crescere e avviare la riparazione”, ha affermato Tien Peng, MD, professore associato di medicina polmonare, terapia intensiva, allergia e sonno e autore senior dello studio.
Peng ha dichiarato che era comprensibile che gli scienziati all’inizio considerassero le cellule zombi o senescenti come puramente dannose. Man mano che le persone invecchiano, si accumulano cellule senescenti che hanno le caratteristiche di cellule vecchie e logore, inclusa l’incapacità di creare nuove cellule.
Invece di morire come normali cellule invecchiate, continuano a vivere, rigettando un cocktail di composti infiammatori che formano il fenotipo secretorio associato alla senescenza (SASP). Questi fattori sono legati al morbo di Alzheimer, all’artrite e ad altre malattie legate all’età, incluso il cancro. Per loro è stato coniato il nome inquietante di cellule zombi.
Utilizzando i senolitici che prendono di mira e uccidono le cellule zombi, i ricercatori hanno fatto l’entusiasmante scoperta che l’eliminazione delle cellule senescenti dagli animali ha contrastato o ridotto le malattie legate all’età e prolungato la durata della vita degli animali stessi. Successivamente, è seguito un boom di attività nei laboratori di ricerca e nelle aziende farmaceutiche focalizzate sulla scoperta e il perfezionamento di versioni più potenti di questi farmaci.
Eliminare le cellule zombi o senescenti però ha dei pericoli. Per prima cosa, questo studio attuale ha dimostrato che le cellule senescenti possiedono anche la capacità di promuovere la normale guarigione attraverso l’attivazione della riparazione delle cellule staminali: “Il nostro studio suggerisce che i senolitici potrebbero influenzare negativamente la normale riparazione, ma hanno anche il potenziale per colpire malattie in cui le cellule senescenti guidano il comportamento patologico delle cellule staminali”, ha affermato Peng.
Una delle principali sfide per lo studio delle cellule zombi o senescenti è che i biomarcatori della senescenza (come il gene p16) sono spesso piuttosto scarsi, il che rende difficile rilevare le cellule. Nei primi esperimenti, i ricercatori hanno estratto cellule chiamate fibroblasti in piatti di coltura, consentendo loro di crescere e produrre abbastanza cellule con cui sperimentare, quindi hanno stressato le cellule con sostanze chimiche che le hanno indotte a diventare senescenti.
Negli organismi viventi però, le cellule interagiscono con i tessuti circostanti, influenzando fortemente l’attività genica delle cellule. Ciò significa che le caratteristiche delle cellule che crescono isolate in un piatto di vetro potrebbero essere molto diverse da quelle delle cellule nel loro ambiente naturale.
Per creare uno strumento più potente per i loro studi, la borsista post-dottorato Nabora Reyes de Barboza, Ph.D. e colleghi hanno migliorato una tecnica comune per fondere un gene rilevante, in questo caso il gene p16, che è eccessivamente attivo nelle cellule senescenti, con la proteina fluorescente verde (GFP) come marker che può rivelare la posizione delle cellule sotto la luce ultravioletta .
Migliorando la quantità e la stabilità della proteina fluorescente verde in queste cellule zombi o senescenti, Reyes ha notevolmente amplificato il segnale fluorescente, consentendo finalmente ai ricercatori di vedere le cellule senescenti nel loro habitat naturale dei tessuti viventi.
Utilizzando questo strumento altamente sensibile, i ricercatori hanno scoperto che le cellule zombi o senescenti esistono nei tessuti giovani e sani in misura maggiore di quanto si pensasse, e in realtà iniziano ad apparire poco dopo la nascita. Gli scienziati hanno anche identificato fattori di crescita specifici che le cellule senescenti secernono per stimolare le cellule staminali a crescere e riparare i tessuti.
Rilevante per l’invecchiamento e il danno tissutale è la scoperta che le cellule del sistema immunitario come macrofagi e monociti possono attivare cellule senescenti, suggerendo che l’infiammazione osservata nei tessuti invecchiati o danneggiati è un modificatore critico dell’attività e della rigenerazione delle cellule senescenti.
Nei loro studi sul tessuto polmonare, gli scienziati del team di Peng ha osservato cellule zombi o senescenti luminose verdi che giacciono accanto alle cellule staminali sulla membrana basale che funge da barriera che impedisce alle cellule estranee e alle sostanze chimiche dannose di entrare nel corpo e consente anche all’ossigeno di diffondersi dall’aria nei polmoni in tessuti sottostanti. Possono verificarsi danni in questa interfaccia dinamica.
Il team ha visto cellule senescenti in posizioni simili in altri organi di barriera come l’intestino tenue, il colon e la pelle, e i loro esperimenti hanno confermato che se le cellule senescenti venivano uccise con i senolitici, le cellule staminali polmonari non erano in grado di riparare adeguatamente la superficie della barriera. Leanne Jones, Ph.D., direttore dell’UCSF Bakar Aging Research Institute e Stuart Lindsay Endowed Professor in Experimental Pathology, ha affermato che lo studio di Peng è davvero significativo per il campo della ricerca sull’invecchiamento.
Gli studi suggeriscono che la ricerca sui senolitici dovrebbe concentrarsi sul riconoscimento e sul targeting preciso delle cellule senescenti dannose, forse ai primi segni di malattia, lasciando intatte quelle utili”, ha affermato. “Questi risultati sottolineano la necessità di sviluppare farmaci migliori e piccole molecole che prenderanno di mira specifici sottoinsiemi di cellule zombi o senescenti che sono implicate nella malattia piuttosto che nella rigenerazione”.
Malattie, lesioni e altri fattori di stress danneggiano le cellule del nostro corpo. Idealmente, le cellule danneggiate vengono eliminate dal nostro sistema immunitario attraverso un processo chiamato apoptosi. Ma con l’avanzare dell’età, i nostri corpi non sono più così efficaci nel rimuovere le cellule disfunzionali e questo può contribuire a un sistema immunitario indebolito e ad altri processi biologici meno efficienti.
Le cellule zombi o senescenti sono uniche in quanto alla fine smettono di moltiplicarsi ma non muoiono quando dovrebbero. Rimangono invece e continuano a rilasciare sostanze chimiche che possono scatenare l’infiammazione. Come l’unico frutto ammuffito che corrompe l’intera ciotola, un numero relativamente piccolo di cellule senescenti può persistere e diffondere un’infiammazione che può danneggiare le cellule vicine.
Non tutte le cellule zombi tuttavia, come è già stato spiegato sono dannose. Le molecole e i composti espressi dalle cellule senescenti (conosciute come secretoma senescente) svolgono ruoli importanti nel corso della vita, compreso lo sviluppo embrionale, il parto e la guarigione delle ferite.
Di conseguenza, la senescenza cellulare è stata collegata a una moltitudine di condizioni legate all’età, tra cui cancro, diabete, osteoporosi, malattie cardiovascolari, ictus, morbo di Alzheimer e demenze correlate e osteoartrite. È stato anche collegato a cali di vista, mobilità e capacità di pensiero. Sono in corso indagini per vedere se le cellule della pelle senescenti possono contribuire al rilassamento e alle rughe e se le cellule senescenti potrebbero anche essere collegate alla tempesta di citochine che rende il COVID-19 così mortale per gli anziani.
Per molto tempo dopo questa scoperta, si è creduto che la senescenza fosse solo uno strano effetto collaterale degli ambienti di colture cellulari di laboratorio. È stato poco compreso e studiato solo da pochi gruppi di ricerca, ma negli ultimi 20 anni c’è stato un picco di interesse. Oggi è una disciplina scientifica ancora giovane ma promettente che ha stimolato più ricerche dei NIH e il supporto dell’industria privata per studi per scoprire e sviluppare farmaci che potrebbero dare a Madre Natura una spinta nell’eliminazione delle cellule senescenti.
Gli scienziati continuano a esplorare i meccanismi che regolano l’intersezione tra senescenza, infiammazione, invecchiamento e malattia. L’infiammazione cronica sembra essere la chiave di come la senescenza può trasformarsi da utile a dannosa. I tessuti sani normalmente hanno un tipo limitato di senescenza che sopprime la crescita cellulare anormale che potrebbe portare al cancro. Ma quando l’ambiente cellulare sano viene interrotto da lesioni o infiammazioni legate all’età, ciò può innescare una perdita di controllo della regolazione naturale delle cellule zombi da parte del corpo, che può essere collegata allo sviluppo di cancro e altre malattie.
Due massimi esperti nel fiorente campo e frequenti collaboratori di Kirkland sono i ricercatori dell’Università del Minnesota Laura Niedernhofer, MD, Ph.D. e Paul Robbins, Ph.D. Niedernhofer è arrivato alla senescenza da un background di danni e riparazioni al DNA.
“La senescenza è affascinante per me perché una cellula senescente danneggiata può a sua volta causare danni alle cellule sane”, ha detto, affermando inoltre che la normale senescenza può essere utile, come nella guarigione delle ferite, e che la senescenza stessa è un potente meccanismo di soppressione del tumore.
Robbins ha scherzato sull’inevitabile aumento della senescenza con l’avanzare dell’età: “Penso di essere pieno zeppo di cellule senescenti cattive. Cominciano ad accumularsi quando raggiungi i 60 anni e da lì è una specie di aumento esponenziale. Verso la fine della vita, a seconda di come stai invecchiando, fino al 10% di alcuni tessuti può avere almeno alcuni marcatori di senescenza”.
Lo studio della senescenza in quanto i ricercatori presentano problemi, poiché non esiste un unico marker da utilizzare per identificare questo stato. Le cellule senescenti sono metabolicamente attive ma non si dividono e, sebbene siano distinte dalle cellule in quiescenza , poiché entrambe sono post-mitotiche, significa che una mancanza di proliferazione non è sufficiente per chiamare una cellula senescente. Alcune funzioni possono essere utilizzate per distinguere queste celle, ma devono essere utilizzate in un pannello.
Marcatori di risposta al danno del DNA (DDR).
Lo stress intracellulare porta a rotture del doppio filamento e danni al DNA, in particolare nei telomeri, che causano DDR nelle cellule. Ciò porta a un cambiamento nell’espressione di proteine come H2AX che possono essere utilizzate come marker di senescenza. La DDR può anche essere visualizzata mediante colorazione puntata di DAPI, noti come focolai di eterocromatina associati alla senescenza (PMID: 23140366).
L’identificazione di marcatori univoci che rilevano e quantificano inequivocabilmente le cellule senescenti, in particolare in vivo , rimane impegnativa. Le cellule zombi mostrano una forma cellulare allargata e appiattita e un’elevata attività della β-galattosidasi (SA-β-gal) associata alla senescenza, che rimane il gold standard per identificare le cellule senescenti in colture e campioni di tessuto . Tuttavia, questo test richiede un’attività enzimatica attiva SA-β-gal, che viene trattenuta nei campioni di tessuto fresco ma spesso persa nei tessuti fissi o crioconservati.
Sebbene meno ben compresa, la senescenza è anche caratterizzata da un diffuso rimodellamento della cromatina. Il normale invecchiamento cellulare è associato alla perdita globale di eterocromatina, caratterizzata dai marcatori H3K9me3 e H3K27me3 . In accordo con questi risultati, le cellule di pazienti con sindrome da invecchiamento accelerato Hutchinson-Gilford progeria Syndrome (HGPS) mostrano una profonda perdita di eterocromati.
Altri autori includono Nabora Reyes, Maria Krasilnikov, Nancy C. Allen, Jinyoung Lee, Ben Hyams, Minqi Zhou, Supriya Ravishankar, Monica Cassandras, Chaoqun Wang, Imran Khan, Michael Matthay e Dean Shappard del Dipartimento di Medicina, Polmonare e Critica. Care Division, Peri Matatia e Ari Molofsky del Dipartimento di Medicina di Laboratorio, Makato Nakanishi dell’Università di Tokyo e Judith Campisi del Buck Institute.
