El profesor Hayashi, a quien sus alumnos apodan 'León Blanco' por su pelo blanco y su gran voz. Fuente: Universidad de Tsukuba.
¿Puede el proceso de envejecimiento retrasarse o incluso revertirse? Una investigación liderada por el profesor Jun-Ichi Hayashi, de la Universidad de Tsukuba (Japón), ha demostrado que, en líneas celulares humanas, al menos, se puede. También encontraron que la regulación de dos genes implicados en la producción de glicina, el aminoácido más pequeño y más simple, es en parte responsable de algunas de las características del envejecimiento.
Hayashi y su equipo hicieron este descubrimiento mientras abordaban algunos temas polémicos que rodean una teoría popular del envejecimiento, la teoría mitocondrial, que propone que los defectos mitocondriales asociados con la edad están controlados por la acumulación de mutaciones en el ADN mitocondrial.
Como explica la universidad en una nota de prensa, tener una función mitocondrial anormal es una de las características del envejecimiento en muchas especies, incluidos los humanos. Esto se debe principalmente al hecho de que la mitocondria es la llamada central eléctrica de la célula, ya que produce energía en un proceso llamado respiración celular.
El daño en el ADN mitocondrial provoca cambios o mutaciones en la secuencia de ADN. La acumulación de estos cambios se asocia con una esperanza de vida reducida y el inicio temprano de características relacionadas con el envejecimiento tales como la pérdida de peso y de cabello, la curvatura de la columna vertebral y la osteoporosis.
Hay, sin embargo, un creciente cuerpo de evidencia contradictoria que ha planteado dudas sobre la validez de esta teoría. El equipo de Tsukuba, en particular, ha realizado una investigación convincente que les ha llevado a proponer que los defectos mitocondriales asociados con la edad no están controlados por la acumulación de mutaciones en el ADN mitocondrial, sino por otra forma de regulación genética.
La investigación, publicada este mes en la revista de Nature Scientific Reports, observó la función de las mitocondrias en las líneas celulares de fibroblastos humanos derivadas de personas muy jóvenes (hasta 12 años de edad) y adultos mayores (entre 80 y 97 años de edad).
Los investigadores compararon la respiración mitocondrial y la cantidad de daño en el ADN en las mitocondrias de los dos grupos, esperando que la respiración disminuyera y el daño del ADN aumentara en las células del grupo de edad avanzada.
Mientras que el grupo de edad avanzada tenía una respiración más reducida, de acuerdo con la teoría actual, no había sin embargo diferencia en la cantidad de daño en el ADN. Esto llevó a los investigadores a proponer que otra forma de regulación genética, la regulación epigenética, puede ser responsable de los efectos asociados con la edad que se ven en la mitocondria.
Hayashi y su equipo hicieron este descubrimiento mientras abordaban algunos temas polémicos que rodean una teoría popular del envejecimiento, la teoría mitocondrial, que propone que los defectos mitocondriales asociados con la edad están controlados por la acumulación de mutaciones en el ADN mitocondrial.
Como explica la universidad en una nota de prensa, tener una función mitocondrial anormal es una de las características del envejecimiento en muchas especies, incluidos los humanos. Esto se debe principalmente al hecho de que la mitocondria es la llamada central eléctrica de la célula, ya que produce energía en un proceso llamado respiración celular.
El daño en el ADN mitocondrial provoca cambios o mutaciones en la secuencia de ADN. La acumulación de estos cambios se asocia con una esperanza de vida reducida y el inicio temprano de características relacionadas con el envejecimiento tales como la pérdida de peso y de cabello, la curvatura de la columna vertebral y la osteoporosis.
Hay, sin embargo, un creciente cuerpo de evidencia contradictoria que ha planteado dudas sobre la validez de esta teoría. El equipo de Tsukuba, en particular, ha realizado una investigación convincente que les ha llevado a proponer que los defectos mitocondriales asociados con la edad no están controlados por la acumulación de mutaciones en el ADN mitocondrial, sino por otra forma de regulación genética.
La investigación, publicada este mes en la revista de Nature Scientific Reports, observó la función de las mitocondrias en las líneas celulares de fibroblastos humanos derivadas de personas muy jóvenes (hasta 12 años de edad) y adultos mayores (entre 80 y 97 años de edad).
Los investigadores compararon la respiración mitocondrial y la cantidad de daño en el ADN en las mitocondrias de los dos grupos, esperando que la respiración disminuyera y el daño del ADN aumentara en las células del grupo de edad avanzada.
Mientras que el grupo de edad avanzada tenía una respiración más reducida, de acuerdo con la teoría actual, no había sin embargo diferencia en la cantidad de daño en el ADN. Esto llevó a los investigadores a proponer que otra forma de regulación genética, la regulación epigenética, puede ser responsable de los efectos asociados con la edad que se ven en la mitocondria.
Epigenética
La regulación epigenética se refiere a los cambios, tales como la adición de estructuras químicas o proteínas, que alteran la estructura física del ADN, dando lugar a genes encendidos o apagados. A diferencia de las mutaciones, estos cambios no afectan a la secuencia de ADN en sí.
Si esta teoría es correcta, entonces reprogramar genéticamente las células a un estado de células madre embrionarias eliminaría cualquier cambio epigenético asociado con el ADN mitocondrial. Para probar esta teoría, los investigadores reprogramaron líneas celulares de fibroblastos humanos derivados de los jóvenes y de los viejos a un estado similar al de células madre embrionarias.
Luego devolvieron de nuevo estas células a su forma de fibroblastos y su función respiratoria mitocondrial fue examinada. Increíblemente, los defectos asociados con la edad se habían invertido: todos los fibroblastos tenían tasas de respiración comparables a los de la línea celular de fibroblastos fetal, con independencia de que se derivaran de los jóvenes o de las personas mayores. Esto indica que el proceso de envejecimiento en la mitocondria está controlado por la regulación epigenética, no por mutaciones.
Luego, los investigadores buscaron genes que pudieran ser controlados epigenéticamente provocando estos defectos mitocondriales asociados a la edad, y encontraron dos que regulan la producción de glicina en las mitocondrias, CGAT y SHMT2. Los investigadores demostraron que al cambiar la regulación de estos genes, pueden producir defectos o restaurar la función mitocondrial en las líneas celulares de fibroblastos.
La adición de glicina durante 10 días en el medio de cultivo de la línea celular de fibroblastos de las personas de 97 años restauró su función respiratoria. Esto sugiere que el tratamiento con glicina puede revertir los defectos en la respiración asociados con la edad en los fibroblastos humanos de edad avanzada.
Estos resultados revelan que, contrariamente a la teoría mitocondrial del envejecimiento, la regulación epigenética de la respiración controla defectos asociados con la edad en las líneas celulares de fibroblastos humanos. ¿Puede la regulación epigenética también controlar el envejecimiento en los seres humanos? Eso es lo que está por probarse.
La regulación epigenética se refiere a los cambios, tales como la adición de estructuras químicas o proteínas, que alteran la estructura física del ADN, dando lugar a genes encendidos o apagados. A diferencia de las mutaciones, estos cambios no afectan a la secuencia de ADN en sí.
Si esta teoría es correcta, entonces reprogramar genéticamente las células a un estado de células madre embrionarias eliminaría cualquier cambio epigenético asociado con el ADN mitocondrial. Para probar esta teoría, los investigadores reprogramaron líneas celulares de fibroblastos humanos derivados de los jóvenes y de los viejos a un estado similar al de células madre embrionarias.
Luego devolvieron de nuevo estas células a su forma de fibroblastos y su función respiratoria mitocondrial fue examinada. Increíblemente, los defectos asociados con la edad se habían invertido: todos los fibroblastos tenían tasas de respiración comparables a los de la línea celular de fibroblastos fetal, con independencia de que se derivaran de los jóvenes o de las personas mayores. Esto indica que el proceso de envejecimiento en la mitocondria está controlado por la regulación epigenética, no por mutaciones.
Luego, los investigadores buscaron genes que pudieran ser controlados epigenéticamente provocando estos defectos mitocondriales asociados a la edad, y encontraron dos que regulan la producción de glicina en las mitocondrias, CGAT y SHMT2. Los investigadores demostraron que al cambiar la regulación de estos genes, pueden producir defectos o restaurar la función mitocondrial en las líneas celulares de fibroblastos.
La adición de glicina durante 10 días en el medio de cultivo de la línea celular de fibroblastos de las personas de 97 años restauró su función respiratoria. Esto sugiere que el tratamiento con glicina puede revertir los defectos en la respiración asociados con la edad en los fibroblastos humanos de edad avanzada.
Estos resultados revelan que, contrariamente a la teoría mitocondrial del envejecimiento, la regulación epigenética de la respiración controla defectos asociados con la edad en las líneas celulares de fibroblastos humanos. ¿Puede la regulación epigenética también controlar el envejecimiento en los seres humanos? Eso es lo que está por probarse.
Referencia bibliográfica:
Osamu Hashizume, Sakiko Ohnishi, Takayuki Mito, Akinori Shimizu, Kaori Iashikawa, Kazuto Nakada, Manabu Soda, Hiroyuki Mano, Sumie Togayachi, Hiroyuki Miyoshi, Keisuke Okita, Jun-Ichi Hayashi: Epigenetic regulation of the nuclear-coded GCAT and SHMT2 genes confers human age-associated mitochondrial respiration defects. Scientific Reports (2015). DOI: 10.1038/srep10434
Osamu Hashizume, Sakiko Ohnishi, Takayuki Mito, Akinori Shimizu, Kaori Iashikawa, Kazuto Nakada, Manabu Soda, Hiroyuki Mano, Sumie Togayachi, Hiroyuki Miyoshi, Keisuke Okita, Jun-Ichi Hayashi: Epigenetic regulation of the nuclear-coded GCAT and SHMT2 genes confers human age-associated mitochondrial respiration defects. Scientific Reports (2015). DOI: 10.1038/srep10434