Îmbătrânirea crește riscul de boli grave precum cancerul, bolile de inimă și demența. Ani de zile, cercetătorii s-au concentrat pe aceste afecțiuni individual. Acum, mulți oameni de știință fac un pas înapoi pentru a pune o întrebare mai largă. În loc să trateze bolile una câte una, ar putea încetinirea procesului de îmbătrânire să reducă riscul mai multora simultan? Pentru a răspunde la asta, ei trebuie mai întâi să înțeleagă ce declanșează schimbările biologice care apar odată cu vârsta.
Un nou studiu publicat în Science oferă o perspectivă fără precedent asupra acestui proces. Cercetătorii de la Universitatea Rockefeller au construit cel mai detaliat atlas de până acum despre modul în care îmbătrânirea afectează mii de subtipuri de celule din 21 de țesuturi de mamifere. Examinând aproape 7 milioane de celule individuale de la șoareci de trei vârste diferite, echipa a identificat care celule sunt cele mai vulnerabile în timp și ce factori ar putea determina declinul lor.
"Scopul nostru a fost să înțelegem nu doar ce se schimbă odată cu îmbătrânirea, ci și de ce", spune Junyue Cao, care conduce Laboratorul de Genomica Celulară Unică și Dinamica Populației. "Prin cartografierea atât a modificărilor celulare, cât și a celor moleculare, putem identifica ce determină îmbătrânirea. Aceasta deschide ușa intervențiilor care vizează procesul de îmbătrânire în sine."
Una dintre cele mai izbitoare descoperiri a fost că multe schimbări legate de vârstă se întâmplă sincronizat în mai multe organe. Cercetătorii au descoperit, de asemenea, că aproape jumătate dintre aceste modificări diferă între bărbați și femei.
Pentru a cartografia îmbătrânirea la această scară, echipa lui Cao, condusă de studentul absolvent Ziyu Lu, a rafinat o metodă cunoscută sub numele de ATAC-seq unicelular. Această abordare analizează modul în care ADN-ul este ambalat în interiorul fiecărei celule, dezvăluind care regiuni ale genomului sunt accesibile și active, un indicator cheie al stării și funcției unei celule. Cercetătorii au aplicat această tehnică pe milioane de celule individuale prelevate din 21 de organe de la 32 de șoareci de trei vârste: o lună (adult tânăr), cinci luni (de vârstă mijlocie) și 21 de luni (vârstnic).
"Ceea ce este remarcabil este că întregul atlas a fost generat de un singur student absolvent", spune Cao. "Cele mai multe atlase mari ca acesta necesită consorții mari cu zeci de laboratoare, dar metoda noastră este mult mai eficientă decât alte abordări."
În total, laboratorul a identificat peste 1.800 de subtipuri de celule distincte, inclusiv multe grupuri rare care nu au fost niciodată descrise pe deplin. Echipa a urmărit apoi modul în care numărul acestor celule s-a schimbat pe măsură ce șoarecii au trecut de la vârsta adultă tânără la vârsta mijlocie și apoi la bătrânețe.
Decenii la rând, oamenii de știință au crezut că îmbătrânirea a modificat în principal modul în care funcționează celulele, nu câte tipuri de celule există. Această nouă analiză contestă această perspectivă. Aproximativ un sfert din toate tipurile de celule au prezentat modificări semnificative în abundență în timp. Anumite populații de celule musculare și renale au scăzut brusc, în timp ce celulele imune s-au extins considerabil.
"Sistemul este mult mai dinamic decât ne-am dat seama", spune Cao. "Și unele dintre aceste schimbări încep surprinzător de devreme. Până la vârsta de cinci luni, unele populații de celule au început deja să scadă. Aceasta ne spune că îmbătrânirea nu este doar ceva care se întâmplă târziu în viață; este o continuare a proceselor de dezvoltare în curs."
La fel de surprinzător a fost cât de sincronizate au fost aceste schimbări. Stări celulare similare au crescut și au scăzut împreună în diferite organe. Acest model sugerează că semnalele comune, eventual factori care circulă în fluxul sanguin, ajută la coordonarea îmbătrânirii în tot corpul.
Studiul a dezvăluit, de asemenea, diferențe pronunțate între bărbați și femei. Aproximativ 40% dintre modificările asociate îmbătrânirii au variat semnificativ în funcție de sex. De exemplu, femeile au prezentat o activare imună mult mai largă pe măsură ce îmbătrâneau. "Este posibil ca acest lucru să explice prevalența mai mare a bolilor autoimune la femei", speculează Cao.
Dincolo de numărarea modului în care populațiile de celule s-au schimbat, cercetătorii au examinat modul în care regiunile accesibile ale ADN-ului s-au modificat în interiorul acestor celule în timp. Din 1,3 milioane de regiuni genomice analizate, aproximativ 300.000 au prezentat modificări semnificative legate de îmbătrânire. Aproximativ 1.000 dintre aceste modificări au apărut în multe tipuri de celule diferite, întărind ideea că programele biologice comune determină îmbătrânirea în tot corpul.
Multe dintre aceste regiuni comune au fost legate de funcția imună, inflamație sau menținerea celulelor stem.
"Aceasta contestă ideea că îmbătrânirea este doar o degradare genomică aleatorie", spune Cao. "În schimb, vedem puncte fierbinți de reglementare specifice care sunt deosebit de vulnerabile, iar acestea sunt tocmai regiunile pe care ar trebui să le studiem dacă vrem să înțelegem ce determină procesul de îmbătrânire."
Când echipa a comparat descoperirile lor cu cercetările anterioare, au descoperit că moleculele de semnalizare imună numite citokine pot declanșa multe dintre aceleași modificări celulare observate în timpul îmbătrânirii. Cao sugerează că medicamentele concepute pentru a ajusta aceste citokine ar putea încetini potențial procesele coordonate de îmbătrânire în mai multe organe.
"Acesta este cu adevărat un punct de plecare", spune Cao. "Am identificat tipurile de celule vulnerabile și punctele fierbinți moleculare. Acum întrebarea este dacă putem dezvolta intervenții care să vizeze aceste procese specifice de îmbătrânire. Laboratorul nostru lucrează deja la pasul următor."
Atlasul complet de îmbătrânire este disponibil publicului la epiage.net.