La disfunzione mitocondriale è un tema chiave nella ricerca sull'invecchiamento. Anche se sono conosciuti come le "centrali energetiche delle cellule", la forza e l'efficienza dei nostri mitocondri diminuisce con l'età. Come se non bastasse, i mitocondri vecchi non possono più essere scomposti correttamente e intasano le cellule fino a perdere la loro funzione. Molte delle vie metaboliche associate all'invecchiamento si svolgono nei mitocondri o li coinvolgono. Un esempio potrebbe essere il NAD.
Vi mostriamo qui cosa accade nei mitocondri, come l'età influisce sugli organelli cellulari e cosa possiamo fare per invertire potenzialmente questo segno distintivo dell'invecchiamento.
I mitocondri: una piccola meraviglia della natura
I mitocondri si trovano in numero variabile nelle cellule del corpo e sono una delle tante strutture che contribuiscono al corretto funzionamento delle cellule. Le cellule muscolari, le cellule sensoriali e le cellule uovo sono tutte cellule con un elevato fabbisogno energetico. Di conseguenza, anche queste cellule contengono un numero di mitocondri superiore alla media. In una cellula del muscolo cardiaco, la proporzione in volume raggiunge addirittura lo straordinario 36%. Questo è già un indice della grande importanza di questi organelli cellulari.
Le centrali elettriche dell'organismo hanno una caratteristica particolare: hanno un proprio DNA, il cosiddetto mtDNA (da DNA mitocondriale), che fluttua in un anello all'interno del mitocondrio. Tuttavia, la riproduzione indipendente non è possibile. Il genoma mitocondriale nell'uomocomprende solo 37 geni. Per fare un paragone: il DNA del nucleo cellulare contiene le informazioni per 20000-25000 geni.
Lo sapevate A differenza del nostro DNA nel nucleo delle cellule, il mtDNA si trova senza protezione nel citoplasma dei mitocondri. Questo lo rende particolarmente suscettibile allo stress ossidativo. Il glutatione e gli antiossidantidel nostro corpo, che si trovano principalmente in sostanze vegetali secondarie , hanno un effetto protettivo.
Catena respiratoria, produzione di energia e NAD+
È noto che l'energia viene prodotta e fornita nel mitocondrio. Questo processo è chiamato respirazione cellulare e avviene attraverso la catena respiratoria , un'interazione di 5 complessi proteici che formano una catena di trasporto degli elettroni. gli elettroni (particelle cariche negativamente) svolgono quindi un ruolo importante nel processo di produzione di energia. All'inizio della catena respiratoria si trova la molecola NADH, che può rilasciare due elettroni come parte del processo di produzione di energia. Questo produce infine ATP e il "prodotto di scarto" NAD+. NAD+ non è altro che la molecola NADH, più povera di un solo protone (particella caricata positivamente) e di due elettroni.
Per farla breve: La produzione di energia nelle nostre cellule consiste nella scissione degli elettroni contenuti negli alimenti. Durante questo processo viene rilasciata energia. Alti livelli di NAD+ significano che molto NADH viene convertito in ATP, il che significa che la cellula è in grado di produrre molta energia. Questo è un buon segno. Il NAD+ attiva successivamente le sirtuine, un gruppo di geni associati alla longevità. Maggiori informazioni in seguito.
Sapevate che i livelli di NAD diminuiscono con l'età. Questo può essere z.Bfacilmente determinato con un test del NAD . Le ragioni sono molteplici e vanno dalla riduzione della produzione all'aumento della degradazione. Abbiamo riassunto la presentazione dettagliata della ricerca attuale nel nostro articolo di sintesi "Che cos'è il NAD".
regeNAD è un complesso dalla formulazione innovativa per aumentare i livelli di NAD - con luteolina e apigenina.
Radicali liberi - specie reattive dell'ossigeno (ROS)
Una teoria selezionata dell'invecchiamento propone che la progressiva disfunzione mitocondriale che si verifica con l'invecchiamento porti a una maggiore produzione di radicali liberi (= specie reattive dell'ossigeno, ROS). Questo danneggia ulteriormente i mitocondri e porta quindi a un danno cellulare generale. Gli antiossidanti sono interessanti in questo caso.
Numerosi studi sostengono questa connessione, ma negli ultimi anni sono emersi risultati di ricerca sempre più controversi al riguardo. Ad esempio, l'aumento dei radicali liberi potrebbe prolungare la durata di vita di lieviti e vermi filiformi. Inoltre, le manipolazioni genetiche che causano danni ossidativi non accelerano l'invecchiamento nei topi. Inoltre, le manipolazioni che hanno migliorato i meccanismi di protezione antiossidante non hanno prolungato la durata della vita dei topi.
Al tempo stesso, la ricerca di base ha fornito solide prove del ruolo dei radicali liberi nell'innescare la divisione cellulare e la segnalazione della sopravvivenza in risposta allo stress. Alla luce di questi e di molti altri risultati sorprendenti, la teoria cominciò a vacillare e si rese necessaria una rivalutazione. Come nel caso della via di segnalazione dell' IGF-1 , anche in questo caso è stato possibile armonizzare i risultati, a prima vista contraddittori, sotto un unico ombrello.
Secondo questo i ROS sono un segnale di sopravvivenza indotto dallo stress per compensare il deterioramento associato all'invecchiamento. Il numero di radicali liberi aumenta quindi per garantire la sopravvivenza delle cellule. Almeno fino a quando non tradiranno il loro scopo originario e non aggraveranno, anziché alleviare, i danni causati dall'aumento massiccio dell'età. Si potrebbe anche sintetizzare in modo diverso:
I ROS ci servono, possono agire come compagni di allenamento per le nostre cellule. Ma se diventano troppi, causano danni alle nostre cellule.
Disfunzione e biogenesi mitocondriale
L'invecchiamento dovuto alla disfunzione mitocondriale non è mediato solo dai radicali liberi (ROS). Come per molti processi dell'organismo, anche in questo caso la famiglia dei geni sirtuina è importante. SIRT1 modula la biogenesi attraverso una proteina chiamata PGC-1α. Questa proteina è il "regolatore principale" della biogenesi mitocondriale e un collegamento diretto tra gli stimoli fisiologici esterni (come l'esercizio fisico) e la regolazione del mitocondrio.
Per fare un esempio più tangibile, quando i bambini piccoli praticano sport che richiedono prestazioni di resistenza, le fibre muscolari veloci (per lo sprint) vengono riprogrammate per diventare fibre muscolari lente (per la resistenza). Queste fibre muscolari hanno un gran numero di mitocondri per garantire il rifornimento energetico per la resistenza.
La quantità di mitocondri è determinata da PGC-1α - un livello elevato garantisce una maggiore produzione mitocondriale. Una certa distribuzione di base delle fibre muscolari è, tuttavia, geneticamente predeterminata. Tuttavia, la parte variabile più piccola è controllata dalle esigenze fisiche tramite PGC-1α. I genitori possono quindi influenzare indirettamente lo sviluppo muscolare dei loro figli attraverso la scelta dello sport.
Sapevate che mentre l'esercizio fisico può far aumentare i livelli di PGC-1α, è l'infiammazione causa la diminuzione di PGC-1α. In genere, Nf-kB viene attivato durante i processi infiammatori dell'organismo e questo può avere un effetto negativo diretto su PGC-1α. Questo dimostra ancora una volta che i vari segni dell'invecchiamento interagiscono tra loro e sono difficili da separare. L'infiammazione, il decimo segno distintivo, contribuisce pertanto direttamente alla disfunzione mitocondriale.
Torna alle vie della longevità. SIRT1 controlla anche la rimozione dei mitocondri danneggiati attraverso l'autofagia, un tipo di rimozione dei rifiuti nel corpo. SIRT3 ha come bersaglio gli enzimi coinvolti nel metabolismo energetico ed è anche in grado di controllare direttamente il tasso di produzione di radicali liberi.
Da un punto di vista generale, questi risultati supportano l'ipotesi che le sirtuine agiscano come una sorta di sensore metabolico per influenzare la funzione mitocondriale e proteggere dalle malattie legate all'età. Poiché i mitocondri hanno un genoma di dimensioni ridotte, le mutazioni corrispondenti nelle informazioni genetiche ne compromettono naturalmente la funzionalità.
Dalla teoria alla pratica
Quanto ai meccanismi molecolari nella struttura mitocondriale. Cosa significano queste scoperte per la nostra vita quotidiana? Alcuni studi hanno dimostrato che l'allenamento di resistenza e l'alternanza di digiuno migliorano la salutein quanto possono prevenire la degenerazione mitocondriale. Da un lato, ciò è dovuto all'autofagia, che può essere potenzialmente attivata sia dal digiuno che dall'allenamento di resistenza. D'altro canto, varie forme di digiuno attivano ulteriori vie di longevità, come le sirtuine.
Mitoormesi - piccoli stimoli, grandi effetti
Questo termine dal suono un po' misterioso è composto da mitocondrio e ormesi . Secondo il concetto di ormesi, i trattamenti tossici lievi innescano reazioni compensatorie favorevoli. Le reazioni compensatorie superano la riparazione del danno scatenante e portano quindi a un miglioramento della fitness cellulare rispetto allo stato precedente il danno.
Le origini di questa ipotesi risalgono a Paracelso e quindi al XVI secolo. Nel corso del tempo, questa visione è stata corroborata sperimentalmente e utilizzata anche in campo medico per sostanze come la digitale (insufficienza cardiaca), la colchicina (gotta) o gli oppiacei (dolore).
Anche diverse linee di ricerca sull'invecchiamento si sono concentrate su questo concetto. Anche se una disfunzione mitocondriale grave causa malattie, solo una disfunzione lieve può prolungare la vita grazie a una risposta ormonale. Esistono prove scientifiche a sostegno dell'idea che la metformina e il resveratrolo sono blandi veleni mitocondriali che inducono uno stato di bassa energia e quindi aumentano i livelli di AMP. Conosciamo già la conseguenza del documento sulla misurazione dei nutrienti degradati: l'AMPK viene attivata e questo rallenta l'invecchiamento.
La metformina ha prolungato la vita di nematodi e topi in alcuni studi. In condizioni di dieta normale, il resveratrolo non ha prolungato la durata di vita dei topi, ma vi è una forte evidenza che protegge dai danni metabolici e migliora la funzione mitocondriale aumentando PGC-1α. L'osservazione che la sovraespressione di PGC-1α prolunga la durata di vita dei moscerini della frutta fornisce ulteriori prove del ruolo della proteina nella longevità.
Riassunto delle vie di segnalazione legate ai mitocondri e all'invecchiamento. Si ritiene che la mitomorfosi, la PGC1a e i radicali liberi abbiano una funzione protettiva.
Conclusione - come si possono rafforzare i mitocondri?
I mitocondri non sono solo le centrali elettriche della cellula, ma anche fonti potenziali di un invecchiamento sano. La funzione, o meglio la non funzione, ha una profonda influenza sul processo di invecchiamento.
Gli studi dimostrano chiaramente che attraverso lo sport z.B. i mitocondri possono essere rafforzati . L'allenamento della resistenza e della forza, anche in età avanzata, costituisce la base. Inoltre, è necessario proteggere i mitocondri da un eccessivo stress ossidativo attraverso un'alimentazione ricca di sostanze fitochimiche. Il resveratrolo, ad esempio, ha dimostrato di avere un effetto positivo sui mitocondri
La salute dei mitocondri è sempre strettamente legata ai livelli di NAD. Quando questi diminuiscono con l'età, può essere opportuno integrare i precursori, come quelli contenuti in regeNAD . L'ultimo aspetto del rafforzamento dei mitocondri consiste nel garantire che lo "smaltimento" dei vecchi mitocondri avvenga senza problemi. Tuttavia, la (macro)autofagia alterata è di per sé un segno distintivo dell'invecchiamento, ed è per questo che esamineremo questo aspetto in modo più dettagliato in un altro articolo.
In conclusione, i mitocondri sono un aspetto affascinante della ricerca sull'invecchiamento. L'obiettivo per il futuro è scoprire ancora di più perché i mitocondri non sono più così efficienti in età avanzata e come possiamo invertire la tendenza. I primi passi sono già stati fatti.
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Il prossimo articolo di questa serie riguarda il settimo segno distintivo dell'invecchiamento: La senescenza cellulare .
