Forse hai sentito parlare dei telomeri a lezione di biologia? Sono come i cappucci protettivi dei lacci delle scarpe e aiutano il DNA a mantenere la sua forma. È affascinante che questi cappucci protettivi vengano costantemente smontati e ricostruiti. Per la scoperta di questo meccanismo la ricercatrice australiana Elisabeth Blackburn ha ricevuto il Premio Nobel e l’ abrasione dei telomeri è stata inclusa nel repertorio dei 12 meccanismi molecolari che definiamo come Hallmarks of Aging .
Come primo segno abbiamo già conosciuto l’ instabilità genomica . Questo accumulo di danni al DNA con l’età sembra influenzare quasi casualmente la nostra informazione genetica. A seconda di dove si verificano i danni, si manifestano diversi quadri di stato.
Cosa c’entrano quindi i telomeri con l’invecchiamento? Un bel po’, come si scopre, e qui ti mostriamo i dettagli. Ma prima ti riportiamo brevemente alla lezione di biologia e chiariremo le basi.
Che cos’è un telomero?
In quasi ogni cellula del nostro corpo si trova nel nucleo cellulare il DNA (in tedesco: DNS). DesossiriboNucleinacido, come si chiama per esteso, viene considerato in modo molto semplificato come un libro in cui sono scritte le informazioni genetiche. Tuttavia, un libro non è sufficiente per questa analogia – il nostro DNA è piuttosto un’intera biblioteca. Questa biblioteca comprende, nelle persone sane, 23 libri – i cosiddetti cromosomi.
Abrasione dei telomeri – il meglio arriva alla fine
L’ultimo capitolo di questi libri è speciale e viene chiamato telomero. Qui non è più codificata o memorizzata alcuna informazione per le proteine, ma i telomeri fungono da protezione contro la degradazione del DNA. Ogni volta che il DNA viene duplicato nell’ambito della divisione cellulare, i telomeri si accorciano. Il motivo è molto complesso e andrebbe oltre lo scopo di questa spiegazione. L’unica cosa importante è che l’accorciamento dei telomeri è un processo fisiologico normale che si verifica in tutte le persone nella maggior parte delle cellule.
Col passare del tempo accade quanto segue: A partire da un certo numero di duplicazioni del DNA si raggiunge una soglia e i telomeri risultano esauriti.Questa circostanza porta all’arresto della funzione cellulare e all’incapacità di divisione. Leonard Hayflick ha scoperto questa soglia e da allora porta il nome di “Limite di Hayflick”.
L’esaurimento dei telomeri spiega quindi la capacità limitata di divisione delle cellule e, in parte, anche il potenziale rigenerativo limitato dei tessuti. Nel caso dell’esperimento di Hayflick, una cellula umana media si è divisa, tra l’altro, circa 52 volte.
Lo sapevi? Il metabolismo del magnesio svolge un ruolo importante per i telomeri. Il magnesio è necessario nel nostro corpo in moltissimi punti, ma è in particolare coinvolto nella produzione di energia e nell’equilibrio elettronico. Entrambi sono necessari per mantenere telomeri sani. La supplementazione di magnesio ha dimostrato di poter allungare la lunghezza dei telomeri nell’uomo.In cambio, altre pubblicazioni hanno potuto dimostrare che bassi livelli di magnesio abbinati ad alti livelli di omocisteina portano a telomeri più corti.
La telomerasi come chiave per l’immortalità?
Ma cosa succede invece con le restanti cellule che non sono interessate da questo accorciamento dei telomeri? Ebbene, queste possiedono un enzima chiamato telomerasi, che può allungare nuovamente i telomeri. Questo enzima conferisce quindi a una cellula una sorta di immortalità. Ah! Quindi i ricercatori devono solo riuscire a introdurre questa telomerasi in ogni cellula? Come sempre nella scienza, non è poi così semplice, dopotutto la natura aveva le sue ragioni per non dotare tutte le cellule di questo enzima.
Torniamo al primo segno distintivo: l’instabilità genomica. Un pioviggine ininterrotto di influenze esterne e interne si abbatte costantemente sulla nostra informazione genetica, minacciando così l’integrità del DNA. Di conseguenza, in ogni secondo si formano ovunque nel nostro corpo mutazioni e alterazioni del DNA che, sebbene in gran parte, non possono essere completamente riparate dal vastissimo sistema di riparazione.
Se ora le cellule con mutazioni genetiche non riparate possedessero l’enzima telomerasi, la cellula alterata potrebbe continuare a dividersi allegramente. Il risultato è una massa sempre più grande di cellule completamente degenerate, meglio conosciute come cancro – dunque, a tutti gli effetti, una spada a doppio taglio.
Cellule staminali – la classe reale tra le cellule
Alle cellule privilegiate dalla telomerasi appartengono, ad esempio, le cellule staminali o le cellule del midollo osseo, che si trovano per lo più in aree protette del corpo. Inoltre, grazie a diverse proprietà e meccanismi, sono protette il più possibile dagli influssi dannosi sul loro DNA – molto meglio rispetto alla maggior parte delle altre cellule. Di conseguenza, il rischio di degenerazione è notevolmente ridotto.
Lo sapevi? La scopritrice della telomerasi, Elisabeth Blackburn, si occupa ancora oggi di questo tema. Uno dei suoi lavori più importanti ha esaminato la relazione tra lo stress cronico e la lunghezza dei telomeri.Qui ha potuto dimostrare che le persone cronicamente stressate (nel suo caso madri che si prendevano cura di bambini cronici malati), presentavano telomeri più corti e che l’attività della telomerasi era più bassa rispetto ai gruppi di confronto.
Riparazione del DNA – ben intenzionata, ma mal riuscita
La nostra idea dei telomeri deve ora essere ampliata di un ulteriore fattore o, meglio, di un’ulteriore proteina. Sappiamo già che il DNA non è un filamento continuo, ma è suddiviso in cromosomi, alle cui estremità si trovano i telomeri. I telomeri sono quindi, se li si considera così, rotture del filamento di DNA – punti in cui il DNA termina.
Come è noto, questo viene di norma immediatamente riconosciuto dal nostro sistema di riparazione che, nel tentativo di non consentire estremità di DNA libere, lo corregge. Ben intenzionato, ma nel caso dei telomeri con un esito sfavorevole. Questa riparazione non deve assolutamente avvenire nei telomeri, poiché in tal modo due cromosomi potrebbero eventualmente essere collegati tra loro.
Se ciò accade e la cellula in seguito vuole dividersi, si verificano dannosi “rotture cromosomiche” – il patrimonio genetico viene distribuito in modo diseguale alle cellule figlie. Sia un eccesso che una carenza di informazione genetica ostacolano quindi la funzione cellulare.
Shelterin – il nome inganna?
Come spesso accade, la natura corre in nostro aiuto, perché noi esseri umani e anche alcuni altri organismi possediamo lo shelterin. Shelterin è un complesso di sei proteine che si lega ai telomeri e li protegge dal sistema di riparazione (in inglese “shelter”). In questo modo il grande problema delle rotture cromosomiche e della minacciosa degenerazione delle cellule – a condizione che lo shelterin funzioni – è inizialmente risolto.
Tuttavia, i telomeri non sono immuni ai danni al DNA, come li abbiamo conosciuti nel contesto dell’instabilità genomica. Poiché, a causa dello shelterin, i telomeri sono invisibili ai meccanici del DNA, anche i danni effettivi al DNA non possono essere riparati. Questo a prima vista non sembra positivo, poiché la circostanza menzionata porta a sempre più danni che, nel tempo, possono contribuire a senescenza (stato intermedio, una sorta di “cellula zombie”) o morte cellulare.
I danni al DNA nell’area dei telomeri non sono però particolarmente gravi, poiché si tratta di una regione non codificante, cioè non viene letta alcuna informazione per la costruzione delle proteine.
Telomeri corti e malattie
Il complesso shelterin quindi ci protegge dal male maggiore. La perdita di alcune poche cellule è un problema minore rispetto a quello rappresentato da cellule degenerate e rotture cromosomiche. In assenza di shelterin o di sue parti, è stato osservato un rapido calo della capacità di rigenerazione e un invecchiamento accelerato – un fenomeno che si verifica anche quando i telomeri hanno in realtà una lunghezza normale.
Oltre alla carenza di shelterin, anche la carenza di telomerasi porta a uno sviluppo precoce di malattie.In particolare si intendono l’indurimento polmonare (termine tecnico: fibrosi polmonare), l’anemia con riduzione di tutte le cellule del sangue (termine tecnico: anemia aplastica) e una rara malattia della pelle chiamata discheratosi congenita.
Tutte e tre le malattie comportano la perdita della capacità rigenerativa di diversi tessuti. Inoltre, studi aggregati hanno dimostrato un legame tra telomeri corti e rischio di mortalità, in particolare in giovane età.
Possiamo fermare l’abrasione dei telomeri?
Negli esperimenti sui topi sono già stati ottenuti i primi successi riguardo alle terapie sui telomeri. Ad esempio, la telomerasi è stata riattivata geneticamente con successo in topi prematuramente invecchiati con una carenza di telomerasi. Un altro esperimento ha mostrato un rallentamento dell’invecchiamento normale, senza aumento dell’incidenza del cancro, attraverso l’attivazione farmacologica.
Gli anni e i decenni a venire mostreranno se il nostro futuro in relazione alla ricerca sui telomeri sarà roseo quanto quello dei topi. Nel frattempo possiamo già dare un’occhiata a ciò che è comprovato funzionare nell’uomo. Come possiamo allungare i nostri telomeri?
Lo sapevi? Gli acidi grassi Omega-3 sono una componente importante di un’alimentazione sana. In natura si trovano principalmente in tre forme, abbreviate in ALA, DHA ed EPA. Gli scienziati hanno osservato per 6 anni se esiste una correlazione tra l’indice di Omega-3 e i telomeri. E in effetti è così. Pazienti che assumevano poco DHA ed EPA (e di conseguenza avevano un basso indice di Omega-3), mostravano un consumo dei telomeri molto più rapido.
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L’alimentazione vegetale allunga i telomeri
Le pubblicazioni sulla ricerca sui telomeri sono in parte confuse e contraddittorie. Ciò è dovuto anche al modo in cui sono strutturati gli studi e a quali telomeri vengono misurati. Il modo più semplice è misurare la lunghezza dei telomeri dei leucociti (globuli bianchi). Ma questo non deve sempre essere il metodo di misurazione migliore.
Per comprendere l’influenza dell’alimentazione, dobbiamo considerare il quadro generale. Nell’ambito dell’instabilità genomica abbiamo già visto che il nostro DNA è costantemente esposto a stress ossidativo. Un po’ di questo è vantaggioso, troppo sembra accelerare l’invecchiamento. Un’alimentazione ricca di piante, ricca di sostanze fitochimiche secondarie sembra favorire questo equilibrio e quindi contribuisce indirettamente anche a telomeri più lunghi.
Sirtuine e telomeri – due partner per la longevità
Se si osservano più da vicino le relazioni molecolari tra telomeri e sostanze fitochimiche secondarie, ci si imbatte nelle sirtuine. Le sirtuine vengono spesso descritte anche come geni della longevità, poiché in particolare Sirt-1 e Sirt-6 sono associate a una migliore salute.
I sirtuini possono essere attivati in modo particolarmente efficace tramite il digiuno , ma anche alcuni composti vegetali secondari come il resveratrolo sono potenti attivatori delle sirtuine. Alti livelli di sirtuine ci aiutano a proteggere il DNA dai danni, supportano i telomeri e influiscono sull’epigenetica.
Conclusione sull’erosione dei telomeri
I telomeri svolgono un ruolo importante nel processo di invecchiamento. Per un certo periodo di tempo i telomeri sono stati persino le “star” della ricerca sull’invecchiamento. Si credeva che bastasse semplicemente allungarli per vivere in eterno.Non è poi così semplice e, nonostante alcuni contrattempi, oggi sappiamo, anche grazie a Elisabeth Blackburn, molto di più su questa importante struttura nelle nostre cellule. Come parte degli Hallmarks of Aging, sono un elemento fondamentale nel nostro percorso per rallentare l’invecchiamento.
Nel prossimo articolo di questa serie parleremo del terzo segno distintivo dell’invecchiamento: Cambiamenti epigenetici.
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