Los biólogos descubrieron que las mitocondrias de diferentes tejidos se comunican entre sí para reparar las células dañadas. Cuando su señal falla, el reloj biológico comienza a detenerse

Fuente: Viviane Caller-Quanta

El envejecimiento puede parecer un proceso no regulado: a medida que avanza el tiempo, nuestras células y cuerpos inevitablemente acumulan golpes y abolladuras que causan disfunciones, fallas y, en última instancia, la muerte. Sin embargo, en 1993 un descubrimiento trastocó esa interpretación de los hechos. Los investigadores encontraron una mutación en un solo gen que duplicó la vida útil de un gusano; Trabajos posteriores demostraron que genes relacionados, todos ellos implicados en la respuesta a la insulina, son reguladores clave del envejecimiento en una gran cantidad de animales, desde gusanos y moscas hasta humanos. El descubrimiento sugirió que el envejecimiento no es un proceso aleatorio (de hecho, genes específicos lo regulan) y abrió la puerta a más investigaciones sobre cómo se produce el envejecimiento a nivel molecular.

Recientemente, una serie de artículos documentaron una nueva vía bioquímica que regula el envejecimiento, basada en señales transmitidas entre las mitocondrias, los orgánulos más conocidos como el centro energético de la célula. Trabajando con gusanos, los investigadores descubrieron que el daño a las mitocondrias en las células cerebrales desencadenaba una respuesta de reparación que luego se amplificaba, desencadenando reacciones similares en las mitocondrias de todo el cuerpo del gusano. El efecto de esta actividad de reparación fue extender la vida útil del organismo: los gusanos con daño mitocondrial reparado vivieron un 50% más.

Es más, las células de la línea germinal (las células que producen óvulos y espermatozoides) fueron fundamentales para este sistema de comunicación antienvejecimiento. Es un hallazgo que añade nuevas dimensiones a las preocupaciones sobre la fertilidad que implica la gente hablar sobre el envejecimiento y su «reloj biológico». Algunos de los hallazgos se informaron en Science Advances y otros se publicaron en el servidor de preimpresión científica biorxiv.org en el otoño.

La investigación se basa en un trabajo reciente que sugiere que las mitocondrias son orgánulos sociales que pueden comunicarse entre sí incluso cuando se encuentran en tejidos diferentes. En esencia, las mitocondrias funcionan como walkie-talkies celulares, enviando mensajes por todo el cuerpo que influyen en la supervivencia y la duración de la vida de todo el organismo.

“Lo importante aquí es que además de los programas genéticos, también hay un factor muy importante para regular el envejecimiento, que es la comunicación entre los tejidos”, afirmó David Vilchez , que estudia el envejecimiento en la Universidad de Colonia y no participó en el estudio. nueva investigación.

El biólogo celular Andrew Dillin descubrió los primeros indicios de esta nueva vía que regula la duración de la vida hace aproximadamente una década. Estaba buscando genes que prolongaran la vida en los gusanos Caenorhabditis elegans cuando descubrió que dañar genéticamente las mitocondrias extendía la vida de los gusanos en un 50%.

Eso fue inesperado. Dillin había asumido que las mitocondrias defectuosas acelerarían la muerte en lugar de prolongar la vida; después de todo, las mitocondrias son fundamentales para el funcionamiento celular. Sin embargo, por alguna razón, el deterioro del buen funcionamiento de las mitocondrias obligó a los gusanos a vivir más tiempo.

Más intrigante fue el hecho de que las mitocondrias dañadas en el sistema nervioso de los gusanos parecían estar impulsando el efecto. «Realmente dice que algunas mitocondrias son más importantes que otras», dijo Dillin, quien ahora es profesor en la Universidad de California, Berkeley. «Las neuronas dictan esto sobre el resto del organismo, y eso fue realmente sorprendente».

Ahora, Dillin y su equipo han ampliado ese hallazgo al descubrir nuevos detalles sobre cómo las mitocondrias del cerebro se comunican con las células de todo el cuerpo del gusano para prolongar la vida.

En primer lugar, tenía que entender por qué un daño en las mitocondrias del cerebro podría tener un efecto beneficioso en el organismo. El proceso de generación de energía de una mitocondria requiere una maquinaria molecular extremadamente compleja con docenas de partes proteicas diferentes. Cuando las cosas van mal, como cuando faltan algunos componentes o están mal plegados, las mitocondrias activan una respuesta de estrés, conocida como respuesta de proteína desplegada, que administra enzimas reparadoras para ayudar a que los complejos se ensamblen adecuadamente y restablezcan la función mitocondrial. De esta forma, la respuesta de la proteína desplegada mantiene las células sanas.

Dillin esperaba que este proceso se desarrollara sólo dentro de las neuronas con mitocondrias dañadas. Sin embargo, observó que las células de otros tejidos del cuerpo del gusano también activaban respuestas de reparación a pesar de que sus mitocondrias estaban intactas.

Es esta actividad reparadora la que ayudó a los gusanos a vivir más tiempo. Al igual que llevar un coche al mecánico con regularidad, la respuesta de la proteína desplegada parecía mantener las células en buen funcionamiento y funcionar como detalle antienvejecimiento. Lo que seguía siendo un misterio era cómo se comunicaba esta respuesta proteica desplegada al resto del organismo.

Después de algunas investigaciones, el equipo de Dillin descubrió que las mitocondrias de las neuronas estresadas utilizaban vesículas (recipientes en forma de burbujas que mueven materiales alrededor de la célula o entre células) para transportar una señal llamada Wnt más allá de las células nerviosas a otras células del cuerpo. Los biólogos ya sabían que Wnt desempeña un papel en la configuración del patrón corporal durante el desarrollo embrionario temprano, durante el cual también desencadena procesos de reparación como la respuesta de las proteínas desplegadas. Aún así, ¿cómo podría la señalización Wnt, cuando se activa en un adulto, evitar la activación del programa embrionario?

Dillin sospechaba que tenía que haber otra señal con la que Wnt interactuaba. Después de seguir trabajando, los investigadores descubrieron que un gen expresado en las mitocondrias de la línea germinal (y en ninguna otra mitocondria) puede interrumpir los procesos de desarrollo de Wnt. Ese resultado le sugirió que las células de la línea germinal desempeñan funciones críticas en la transmisión de la señal Wnt entre el sistema nervioso y los tejidos del resto del cuerpo.

«La línea germinal es absolutamente esencial para esto», dijo Dillin. Sin embargo, no está claro si las mitocondrias de la línea germinal actúan como amplificadores, recibiendo la señal de las mitocondrias del cerebro y transmitiéndola a otros tejidos, o si los tejidos receptores están «escuchando» señales de ambas fuentes.

De cualquier manera, la fuerza de la señal de la línea germinal regula la duración de la vida del organismo, dijo Dillin. A medida que un gusano envejece, la calidad de sus óvulos o espermatozoides disminuye, lo que llamamos el tictac de un reloj biológico. La disminución también se refleja en la capacidad cambiante de las células germinales para transmitir señales desde las mitocondrias del cerebro, sugirió. A medida que el gusano envejece, su línea germinal transmite la señal de reparación con menor eficacia, por lo que su cuerpo también decae.

Los científicos aún no saben si estos hallazgos se aplican a los humanos y a cómo envejecemos. Aún así, la hipótesis tiene sentido desde un punto de vista evolutivo más amplio, dijo Dillin. Mientras las células germinales estén sanas, envían señales de supervivencia para garantizar que su organismo huésped sobreviva para reproducirse. Pero a medida que la calidad de las células germinales disminuye, no hay ninguna razón evolutiva para seguir extendiendo la vida; Desde la perspectiva de la evolución, la vida existe para reproducirse.

El hecho de que las mitocondrias puedan hablar entre sí puede parecer algo alarmante, pero tiene una explicación. Hace mucho tiempo, las mitocondrias eran bacterias de vida libre que unían fuerzas con otro tipo de célula primitiva para trabajar juntas en lo que se convirtió en nuestras modernas células complejas. Por lo tanto, su capacidad para comunicarse es probablemente una reliquia del ancestro bacteriano de vida libre de las mitocondrias.

«Esta pequeña cosa que ha estado funcionando dentro de las células durante miles de millones de años todavía conserva sus orígenes bacterianos», dijo Dillin. Y si su investigación con gusanos se sostiene en organismos más complejos como los humanos, es posible que sus mitocondrias estén hablando en este momento de su edad.