Un gruppo di scienziati dell'Università Rockefeller di New York ha prodotto l'atlante cellulare dell'invecchiamento più dettagliato mai realizzato, profilando circa sette milioni di cellule individuali prelevate da 21 organi di topo. Lo studio, pubblicato il 28 febbraio sulla rivista Science, rivela che l'invecchiamento non è un processo di degradazione genomica casuale, bensì un programma biologico coordinato guidato da segnali sistemici che rimodellano simultaneamente le popolazioni cellulari in tutto l'organismo. È già stato confermato che la ricerca è stata diretta da Junyue Cao, responsabile del Laboratorio di Genomica Unicellulare e Dinamica delle Popolazioni, con lo studente di dottorato Ziyu Lu come primo autore.
Il gruppo ha utilizzato una tecnica ottimizzata chiamata EasySci-ATAC, una forma di sequenziamento dell'accessibilità della cromatina unicellulare che esamina come il DNA è confezionato all'interno di ogni singola cellula. Analizzando quali regioni del genoma sono aperte e attivamente lette, i ricercatori hanno mappato lo stato funzionale di ciascuna cellula in tre gruppi di età comprendenti 32 topi, con età variabili da un mese a 21 mesi. Il metodo si è rivelato straordinariamente efficiente, poiché la maggior parte degli atlanti su larga scala necessità di decine di laboratori, mentre il gruppo di Cao è riuscito a completare il lavoro con un unico laboratorio.
L'atlante ha identificato 536 tipi cellulari distinti e 1.828 sottotipi più specifici, molti dei quali non erano mai stati caratterizzati in precedenza. Circa un quarto di tutti i tipi cellulari ha mostrato variazioni significative nella popolazione con l'età, con le cellule muscolari, renali e polmonari che hanno presentato i declini più marcati. Al contrario, le cellule immunitarie si sono espanse in modo già più evidente in diversi organi man mano che gli animali invecchiavano, un fenomeno particolarmente pronunciato nelle femmine. I ricercatori hanno scoperto che circa il 40 per cento di tutti i cambiamenti cellulari associati all'invecchiamento erano dipendenti dal sesso, una scoperta che secondo la loro analisi può spiegare perché le malattie autoimmuni sono più diffuse tra le donne.
Una delle scoperte più sorprendenti è che stati cellulari identici apparivano e declinavano in parallelo in organi distanti e non correlati tra loro. Questo schema di invecchiamento coordinato suggerisce che fattori circolanti nel sangue, come le citochine e altre molecole di segnalazione immunitaria, orchestrano i cambiamenti cellulari in tutto il corpo piuttosto che ogni organo invecchi indipendentemente. Ciò rappresenta una realtà ben diversa dalle ipotesi convenzionali. Lo studio ha anche messo in discussione le convinzioni su quando l'invecchiamento abbia inizio, poiché alcune popolazioni cellulari mostravano già un declino misurabile a cinque mesi di età nei topi, il che corrisponde approssimativamente alla mezza età nell'essere umano.
Delle 1,3 milioni di regioni genomiche analizzate, circa 300.000 hanno mostrato cambiamenti significativi legati all'invecchiamento nell'accessibilità della cromatina. Circa 1.000 di queste alterazioni apparivano in modo coerente in più tipi cellulari, indicando programmi regolatori condivisi legati alla segnalazione immunitaria, all'infiammazione e al mantenimento delle cellule staminali. Queste regioni genomiche vulnerabili condivise rappresentano potenziali bersagli terapeutici che potrebbero produrre benefici anti-invecchiamento a livello dell'intero organismo, aprendo così nuove possibilità per la ricerca.
L'atlante completo è stato reso disponibile gratuitamente alla comunità scientifica mondiale attraverso il database pubblico epiage.net. La ricerca è stata finanziata dai National Institutes of Health statunitensi attraverso sovvenzioni del National Human Genome Research Institute e del National Institute on Aging. Gli scienziati del settore hanno descritto questo lavoro come una risorsa fondamentale che potrà accelerare lo sviluppo di biomarcatori per individuare l'invecchiamento biologico prima della comparsa di sintomi clinici, così come approcci di medicina di precisione che tengano conto delle differenze legate al sesso nel modo in cui il corpo invecchia nel corso della vita. La città scientifica internazionale attende già con entusiasmo ulteriori sviluppi legati a questa scoperta.
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