I recenti progressi tecnologici nel sequenziamento del DNA consentono oggi di ottenere il genoma completo di una persona in pochi mesi. Ciò permette di potere fare un confronto incrociato tra i dati dell’intero genoma degli individui e quelli relativi al loro invecchiamento e alla loro longevità, rivelando nuove indicazioni essenziali.
Attualmente si studia il ruolo dei geni nelle patologie che compaiono con l’avanzare dell’età , come i tumori e le malattie neurodegenerative. Si pensa infatti che tali malattie non siano effetti dell’età avanzata ma sintomi dell’invecchiamento inteso come malattia in sè. Comprenderne i fondamenti genetici contribuisce a chiarire l’intero processo. Vi è poi l’epigenetica che studia il modo in cui la regolazione dei geni – le sequenze che attivano o inibiscono i geni, le modificazioni chimiche del DNA, le modalità di organizzazione del materiale genetico o lo stato dei telomeri cioè le estremità terminali dei cromosomi – costituisce la chiave per il funzionamento della cellula. Bisogna quindi capire non solo il genoma dell’individuo ma anche il suo epigenoma, che può essere condizionato da determinati fattori ambientali esterni.
Oggi disponiamo di un numero sempre maggiore di informazioni sui meccanismi dell’invecchiamento e testiamo e progettiamo farmaci per alleviare e curare alcune delle malattie associate all’età. Negli ultimi anni lo sviluppo tecnologico ci ha fornito nuovi strumenti come la terapia genica e la medicina rigenerativa con cellule staminali che offrono nuove opzioni di trattamento personalizzate a seconda del genoma e delle esigenze di ciascuna persona . La scienza della longevità mira, grazie ai nuovi strumenti innovativi, non solo al mantenimento delle buone condizioni di salute degli individui ma a superare le nostre barriere biologiche sino a limiti attualmente irraggiungibili.
L’animale più longevo mai conosciuto è la vongola Ming, dal nome della dinastia che regnava in Cina quando è nata nel 1499, aveva 507 anni al momento della morte; la spugna gigante Scolymastra joubini in Antartide si ritiene possa avere 10.000 anni; il pino – Pinus aristata – in California ha 4.800 anni, l’abete rosso -Picea abies – in Svezia ha radici databili a 9.500 anni fa. Agli antipodi le mosche e le zanzare hanno un ciclo di vita da 15 a 30 giorni in base alla temperatura esterna , un gruppo di animali acquatici – i gastrotrichi – durano appena 3 giorni. Tutti questi esseri viventi sono costituiti da cellule eucariote , vale a dire dotate di un nucleo contenente DNA cioè la mappa genetica degli organismi , come tutto il genere umano. Perché allora tanti e tali immense differenze di longevità tra le diverse specie? L’aspettativa di vita degli uomini varia ed è influenzata anche da fattori esterni come la sanità , l’igiene o le guerre. I dati indicano che ad oggi le donne giapponesi sono le più longeve rispetto a quelle di altri Paesi con una media di 86,8 anni , mentre sono svizzeri i maschi che vivono in media più a lungo : 81, 3 anni. La longevità massima dell’uomo è di 120 anni, ed è la francese Jeanne Louise Calment di 122 anni e 164 giorni ad essere l’individuo – donna – più longevo di cui si abbia avuto notizia. Mezzo milione di persone nel mondo ha più di 100 anni e un numero compreso tra 350 e 400 supera i 110 anni. La sfida della scienza è comprendere i meccanismi da cui dipende l’invecchiamento e la longevità. Interessante è la teoria dell’accumulo di mutazioni genetiche nel corso delle generazioni dovute ad errori nel processo di copiatura del DNA. Teoria che si sposerebbe con le età di 120 e passa anni che nelle sacre scritture sono riferite – mai spiegate – agli uomini ed alle donne di allora. L’accumulo delle mutazioni farebbe sì che la probabilità di un individuo di morire aumenti con gli anni spiegando così l’aumento del tasso di mortalità associato all’età. Al contrario l’idra, un polipetto di acqua dolce imparentato con le meduse ed i coralli, esula da tutto quanto detto avendo la particolarità di non mostrare mai segni di invecchiamento perché, quando si divide in frammenti, ciascuno di questi rigenera un’idra completa. Il segreto dell’idra sembra risiedere nel fatto che le cellule germinali, cioè quelle da cui si può rigenerare l’organismo completo sono distribuite in tutto il corpo dell’animale, quindi le sue cellule staminali con una capacità di divisione inesauribile gli permettono di rigenerarsi.
Quali sono nel dettaglio i meccanismi cellulari della senescenza umana responsabili della riduzione delle capacità del nostro organismo? Visto che lo sviluppo della cellula e i suoi processi dipendono dalle istruzioni scritte nei geni , bisogna cercare le radici dell’invecchiamento nel nostro genoma – l’insieme dei geni che caratterizza ciascuna specie – , per conoscerlo e per sconfiggerlo.
Il nostro corpo è costituito da un numero elevatissimo di cellule di centinaia di tipi diversi le quali, specializzate per ciascun tessuto, svolgono le funzioni che ci permettono di respirare, digerire , vedere, pensare e, in sostanza, vivere. Con il trascorrere degli anni le nostre cellule accumulano errori nel DNA nel quale sono codificati i nostri geni , l’accumulo di queste mutazioni compromette la funzionalità della cellula e, in condizioni normali, porta alla sua eliminazione. Quando ciò non accade le conseguenze possono essere molto gravi perché una cellula danneggiata che prolifera senza controllo è all’origine dello sviluppo di un tumore. Le modificazioni si presentano per errori prodotti dal nostro stesso macchinario cellulare durante la copiatura atta a svolgere il naturale processo della rigenerazione dei tessuti, e può succedere anche perché respiriamo. Dato che le cellule respirano impiegando l’ossigeno per estrarre l’energia dagli alimenti ingeriti e produrre una molecola – adenosina trifosfato ATP – che serve da moneta di scambio energetico in molti processi biologici (avviene nei mitocondri cioè in alcuni organuli o compartimenti della cellula) , questo genera radicali liberi e altre molecole molto ossidanti in grado di danneggiare le strutture cellulari. Il risultato è un circolo vizioso che porta ad un accumulo progressivo di imperfezioni. Le stesse cellule deputate alla correzione e alla riparazioni dei danni sono messe fuori uso e compromesse proprio dal numero elevato di divisioni cellulari. Se queste sono le fonti endogene dei cambiamenti in pejus nel DNA, numerosi studi hanno dimostrato che contribuiscono alle mutazioni anche fonti esogene quali i fattori ambientali come il fumo , l’esposizione prolungata ai raggi UV del sole e determinati agenti chimici. L’accumulo di mutazioni non corrette produce proteine difettose incapaci di svolgere la propria funzione . Così anche i meccanismi di controllo e riciclaggio di tali proteine anomale sono fuori uso, la cellula accumula troppi prodotti di rifiuto che non è in grado di eliminare, i meccanismi di allarme si attivano e la cellula stessa viene eliminata – è la morte cellulare programmata o apoptosi in termini scientifici -.
Tempo fa si era pensato che le cellule fossero nate – programmate – per morire, in realtà si è compreso che il nostro corpo sia al contrario programmato per sopravvivere , anche a costo di sacrificare alcune cellule. L’intero nostro meccanismo tende cioè a conservare solo le cellule che si trovano in condizioni ottimali. L’apoptosi o morte programmata si verifica in maniera che i residui cellulari vengano riassorbiti da altre cellule senza provocare gravi conseguenze. L’invecchiamento è associato a un aumento delle cellule che muoiono. In un giovane il tasso di apoptosi è Infatti basso, con l’età l’eliminazione dei neuroni mediante apoptosi è alta e produce processi senili o di demenza proprio per il tracollo del numero delle cellule. Gli scienziati studiano tali meccanismi di regolazione al fine di bloccarne le degenerazioni neuronali . Uno di tali meccanismi regolatori è l’ormone melatonina , responsabile principale del corretto funzionamento del nostro orologio biologico. La melatonina è un ormone che produciamo grazie alla percezione sensoriale del ciclo di luce /buio, fortemente correlato al processo di invecchiamento. La ghiandola pineale o epifisi , un piccolo “chicco di riso” che si trova nel cervello al di sotto dell’encefalo molto vicino al cervelletto, è presente nella maggior parte dei vertebrati e rileva le differenze di luce in base a cui produce e secrete melatonina. La sua produzione aumenta in assenza di luce e viene inibita da quest’ultima. E’ responsabile della regolazione dei ritmi cicardiani, l’orologio interno in base al quale la nostra specie è sveglia di giorno e dorme la notte. La melatonina è in grado di penetrare nelle cellule fino al nucleo dove regola l’attività dei geni coinvolti nella regolazione dei ritmi cicardiani, promuovendone o inibendone l’espressione. Quando si invecchia la melatonina e pertanto i ritmi cicardiani ne subiscono gli effetti perchè la ghiandola pineale si atrofizza per l’accumulo di calcio e fluoro nel tessuto con la conseguente riduzione della capacità di produrre l’ormone. La melatonina svolge anche l’attività di favorire la capacità di risposta del sistema immunitario e la capacità di combattere il danno al DNA causato dalla respirazione cellulare – di fatto sequestra ed elimina i radicali liberi ossidanti presenti nelle cellule -. Oltre dalla ghiandola pineale la melatonina viene prodotta anche dai leucociti – i globuli bianchi, le cellule deputate a combattere le infezioni – che la liberano nel sangue. Si è visto che la melatonina non solo si pone come mezzo di comunicazione tra le cellule ma favorisce la risposta infiammatoria volta a neutralizzare l’attacco di virus o batteri, un trauma o uno strappo muscolare. A riduzione di melanina corrisponde l’invecchiamento cellulare a vari livelli : danni al DNA, squilibri immunitari , perdita della regolazione dell’orologio biologico interno.
Altra affezione frequente dell’invecchiamento è la perdita di massa ossea. Le ossa sono costituite da un tessuto vivo in continuo rinnovamento per l’azione di due tipi cellulari : gli osteoclasti e gli osteoblasti. I primi sono cellule che distruggono l’osso, i secondi sono deputati alla sua produzione. Con l’invecchiamento gli osteoblasti perdono la loro capacità di dividersi in numero sufficiente e da ciò deriva lo squilibrio nel processo con conseguente perdita di massa ossea e debilitazione di questo tessuto. Altro sistema influenzato dall’età e dell’invecchiamento – immunosenescenza – è quello immunitario per cui , non riconoscendo le cellule infette o i patogeni presenti nell’organismo, è molto più difficile combattere le infezioni. Deteriorata la sorveglianza immunitaria dell’organismo, prosperano le cellule che dovrebbero essere eliminate come quelle tumorali. Con l’età è più facile la comparsa di tumori perché si accumulano mutazioni nel DNA. La proliferazione incontrollata della cellula elude in sostanza i controlli dei geni oncosoppressori divenendo, le cellule sfuggite all’apoptosi, immortali , dando cioè vita a un tumore.
Con le malattie dell’Alzheimer e del Parkinson si produce invece un accumulo di particolari proteine all’interno delle cellule. L’incapacità di eliminare questi aggregati di proteine provoca un grave deterioramento del tessuto neuronale e la comparsa di queste malattie. Queste sono le principali teorie evolutive moderne in grado di spiegare il fenomeno dell’invecchiamento. Rimane un universo di domande cui dare risposta. Ad esempio, l’immortalità delle cellule umane HELA , dal nome di Henrietta Lacks la quale , affetta da cervice uterina nel 1951 ne morì, e che ancora sono utilizzate per la loro straordinaria capacità di dividersi sine libitum fornendo così la possibilità di creare vaccini , identificare alcuni marker tumorali e meccanismi coinvolti nella apoptosi e nell’immortalità cellulare. E, ancora, siamo in grado di localizzare i geni coinvolti nel processo di invecchiamento? Esistono varianti di geni nella popolazione che sono più adatte ad aumentare la longevità? Lo studio della regolazione genica è fondamentale per svelare il ruolo dei geni nel processo di invecchiamento. Per di più non c’è solo l’espressione genica ma anche i fattori ambientali che possono financo prevalere su una eventuale predisposizione genetica. Anche il rapporto tra geni e l’ ambiente è ancora tutto da studiare per essere bene definito.
L’aspettativa della vita del genere umano è aumentata in maniera esponenziale nell’ultimo secolo ma non sappiamo nè arrestare l’invecchiamento nè dilatare la nostra longevità in modo da potere vivere più a lungo. Disvelando i geni coinvolti nell’invecchiamento , i loro processi e le loro malattie si può capire di più sulla nostra natura ed evoluzione umane.

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