Meccanismo rivelato mediante il quale la vitamina fissa il declino legato all’età della funzione mitocondriale
Un gruppo di ricercatori dell’Università di Kobe ha rivelato che l’aggiunta di vitamina B 2 alle cellule che sono state esposte allo stress dell’invecchiamento aumenta la capacità dei mitocondri di produrre energia e previene l’invecchiamento cellulare. Il gruppo di ricerca includeva il Professor KAMADA Shinji e il Research Associate NAGANO Taiki del Biosignal Research Center.
È stato precedentemente dimostrato che l’accumulo di cellule vecchie (cioè senescenti) nel corpo provoca disturbi legati all’età e invecchiamento di tutto il corpo. Pertanto, esiste il potenziale per prevenire e migliorare i disturbi legati all’età e prolungare la durata della vita sana delle persone utilizzando integratori e medicinali contenenti vitamina B 2 per sopprimere la senescenza cellulare.
Questi risultati della ricerca sono stati pubblicati su “Molecular Biology of the Cell” il 1° novembre 2021. Questa rivista accademica internazionale è pubblicata dall’American Society for Cell Biology, di cui sono membri oltre 7.500 ricercatori di biologia molecolare in tutto il mondo.
Punti principali
- L’invecchiamento del corpo è causato dall’accumulo di cellule vecchie (cioè senescenti). Esperimenti sui topi hanno dimostrato che i disturbi legati all’età possono essere prevenuti o trattati sopprimendo questo accumulo.
- Questo gruppo di ricerca ha scoperto un fenomeno anti-invecchiamento per cui la capacità delle cellule di assorbire la vitamina B 2 aumenta in risposta allo stress.
- Vitamina B 2 sopprime la senescenza attivando mitocondri, che producono energia.
- Un’indagine più approfondita sul rapporto tra vitamina B 2 e la soppressione di invecchiamento potrebbe portare allo sviluppo di semplici e piani di trattamento sicuri per disturbi legati all’età che incorporano piani pasto e integratori.
Background di ricerca
Il Giappone è una società super-anziana e, di conseguenza, la ricerca sull’invecchiamento sta diventando sempre più importante per risolvere i relativi problemi medici e assistenziali e per aiutare le persone a vivere in salute più a lungo. Il processo attraverso il quale il corpo invecchia non è completamente compreso, tuttavia l’invecchiamento delle cellule che compongono il corpo è stato rivelato essere un fattore. Poiché il ciclo di divisione cellulare si ripete continuamente, le regioni telomeriche alla fine di ciascun cromosoma si accorciano, determinando infine la senescenza cellulare, ovvero quando la cellula perde la capacità di dividersi. Ricerche successive hanno rivelato che la riduzione delle regioni telomeriche non è l’unico fattore coinvolto e che vari tipi di stress (come danni al DNA e focolai di ossigeno reattivo) possono anche innescare la senescenza cellulare.
Oltre un decennio di ricerche sull’invecchiamento ha rivelato che le cellule senescenti hanno la capacità dannosa di causare un declino funzionale in ogni organo del corpo. Inoltre, è stato scoperto che è possibile prevenire o migliorare i disturbi legati all’età che si verificano più frequentemente con l’avanzare dell’età, come il cancro, le malattie cardiovascolari, l’Alzheimer e il diabete, prevenendo l’accumulo di cellule senescenti. C’è un’intensa competizione in tutto il mondo per sviluppare farmaci che allungheranno la durata della vita sana delle persone prevenendo questo accumulo, tuttavia un tale farmaco deve ancora essere reso disponibile a causa di vari problemi come gli effetti collaterali.
Le vitamine, d’altra parte, sono micronutrienti essenziali necessari per mantenere il normale funzionamento del corpo umano. Poiché il corpo umano non è in grado di sintetizzare le vitamine, queste devono essere assorbite dal cibo e dalle bevande. La vitamina B 2 (noto anche come riboflavina) è prevalente in alimenti come carne, uova e latticini ed è una vitamina importante per la generazione di energia e il metabolismo. La carenza provoca sintomi come gonfiore in bocca e anemia. D’altra parte, non ci sono effetti negativi associati al consumo eccessivo di vitamina B 2 poiché viene presto escreta dall’organismo. Anche se la vitamina B 2è un nutriente essenziale per il mantenimento della salute, nessuna ricerca è stata condotta sulla sua relazione con l’invecchiamento. Questo gruppo di ricerca ha iniziato la ricerca sugli effetti della vitamina B 2 sull’invecchiamento nella speranza che se una vitamina di tutti i giorni potrebbe sopprimere senescenza cellulare, questo contribuirebbe a rendere a basso costo e farmaci anti-invecchiamento di sicurezza disponibili.
Metodologia di ricerca
Il team di ricerca ha scoperto un fenomeno per cui si verificava resistenza alla senescenza cellulare come risultato dell’aumento della quantità di SLC52A1 prodotta. SLC52A1 è la proteina responsabile del trasporto della vitamina B 2 nelle cellule ( trasportatore della vitamina B 2 (1)). Quando la produzione di SLC52A1 è stata aumentata, la senescenza cellulare non si è verificata immediatamente anche in condizioni di stress (dove le cellule umane sono state trattate con un farmaco per danneggiare il DNA e indurre l’invecchiamento). In seguito a ciò, i ricercatori hanno condotto un esperimento in cui hanno esposto le cellule allo stress e quindi hanno aumentato la quantità di vitamina B 2 nella soluzione di coltura. Hanno scoperto che la resistenza alla senescenza aumentava in base alla quantità di vitamina B 2nella soluzione. All’interno della cellula, vitamina B 2 è convertito in una sostanza chiamata Flavin adenina dinucleotide (FAD), un coenzima ( 2) che promuove le reazioni chimiche necessarie per le attività biologiche come la produzione di energia. Infatti, la quantità di FAD in cellule esposte a stress aumentato, che ha provocato la vitamina B 2 che era stato condotto nelle cellule per essere convertito in FAD, sopprimendo così senescenza.
Successivamente, il team di ricerca si è concentrato sui mitocondri per studiare il meccanismo alla base della soppressione della senescenza cellulare da parte della FAD. È noto che il declino funzionale nei mitocondri provoca la senescenza cellulare e che la FAD è essenziale per la produzione di energia nei mitocondri poiché funziona come un coenzima del complesso II della catena respiratoria (*4). Quando i ricercatori hanno studiato la risposta dei mitocondri, sono rimasti sorpresi nello scoprire che l’attività mitocondriale aumentava temporaneamente nelle cellule sottoposte a stress, con il successivo declino dell’attività che portava alla senescenza. Inoltre, i ricercatori sono stati in grado di mantenere l’elevato livello di attività mitocondriale stress mediato aumentando la quantità di vitamina B 2 nella soluzione di coltura, che ha permesso anche un alto livello di anti-invecchiamento essere mantenuta.
Infine, i ricercatori hanno cercato di chiarire come sono collegate l’attività mitocondriale e l’anti-invecchiamento. Per fare ciò, hanno studiato l’attività dell’enzima AMPK (5), che rileva quando c’è energia insufficiente all’interno di una cellula, e hanno scoperto che l’attività dell’AMPK è soppressa dall’attività mitocondriale. Al contrario, la soppressione dell’attività mitocondriale con un farmaco ha causato l’attivazione dell’AMPK e l’invio di segnali alla proteina p53 (6, che induce la senescenza cellulare) per fermare la divisione cellulare determinando così uno stato di invecchiamento. I risultati di cui sopra mostrano che la vitamina B 2 aumenta l’attività mitocondriale in cellule esposte a stress e previene l’invecchiamento sopprimendo le funzioni di AMPK e p53.
Ulteriori sviluppi
La vitamina B 2 è facilmente assorbito da alimenti e integratori ed è rapidamente espulso dal corpo, se troppo è consumato. Pertanto, si spera che possano essere sviluppati trattamenti semplici e sicuri per i disturbi legati all’età che utilizzino la proprietà anti-invecchiamento cellulare della vitamina B 2 che è stata rivelata da questo studio. Successivamente, il team di ricerca condurrà esperimenti sugli animali per confermare l’effetto anti-invecchiamento della vitamina B 2 , con l’obiettivo di sviluppare finalmente medicina.
Glossario
1. Trasportatore: ogni cellula che compone il corpo umano ha una membrana cellulare; una barriera composta in parte da lipidi che separa l’interno della cellula dall’esterno. A causa di questa membrana, le sostanze non possono muoversi liberamente dentro e fuori dalla cellula; per fare ciò necessitano di trasportatori, che sono proteine ??in grado di spostare le sostanze avanti e indietro attraverso la membrana cellulare. Ogni trasportatore è responsabile del trasporto di un particolare tipo di sostanza. SLC52A1, la proteina usata in questo studio, è responsabile del trasporto di vitamina B 2 .
2. Coenzima: gli enzimi sono proteine ??responsabili dell’attivazione delle reazioni chimiche necessarie per le attività biologiche. Tuttavia, ci sono proteine ??che non possono farlo da sole e hanno bisogno di legarsi a un coenzima per poter funzionare come un enzima. La maggior parte dei coenzimi sono vitamine, tuttavia nel caso della vitamina B 2 (riboflavina), viene convertita in FAD dopo essere stata assorbita da una cellula. La FAD funge da coenzima in varie reazioni chimiche (nell’uomo ci sono più di 60 tipi di proteine ??che richiedono la FAD come coenzima).
3. Mitocondri : situati all’interno della cellula, i mitocondri sono un organello che funziona come una centrale elettrica. Produce una sostanza chiamata ATP, che è una fonte di energia vitale per le funzioni biologiche. Questa produzione di energia mitocondriale è vitale per mantenere le funzioni regolari delle cellule e la catena respiratoria (catena di trasporto degli elettroni) è un percorso che utilizza l’ossigeno per produrre ATP a un ritmo altamente efficiente. Tuttavia, l’ossigeno attivo viene generato se c’è un’anomalia nella catena respiratoria, causando la senescenza cellulare. Di conseguenza, sono in corso molte ricerche sulla relazione tra i mitocondri e l’invecchiamento.
4. Complesso II della catena respiratoria mitocondriale: la catena respiratoria (catena di trasporto degli elettroni) è un percorso che consente ai mitocondri di produrre energia in modo altamente efficiente e ci sono quattro grandi complessi proteici che svolgono un ruolo in questo (complessi della catena respiratoria I~ IV). Tra questi, il complesso della catena respiratoria II è una proteina che richiede FAD come coenzima.
5. AMPK: AMPK è l’abbreviazione di AMP attivati proteine k inase. Questa proteina funziona come un sensore e rileva i livelli di energia all’interno di una cellula (livelli di ATP). L’AMPK attiva le proteine ??bersaglio quando il livello di energia nella cellula è basso. Trasmette le informazioni sullo stato di bassa energia della cellula e invia segnali intracellulari per aumentare la produzione di energia e arrestare la divisione cellulare.
6. p53: p53 è noto come “gene che sopprime il cancro” perché interrompe la divisione cellulare ripetuta senza restrizioni, impedendo così a una cellula di diventare cancerosa. Svolge anche un ruolo chiave nel determinare la senescenza, per cui le cellule perdono la loro capacità di dividersi. Quando la cellula ha una bassa energia, p53 viene attivato da AMPK e interrompe la divisione cellulare.
Ringraziamenti
Questa ricerca ha ricevuto finanziamenti dalla Japan Society for the Promotion of Science (JSPS, KAKENHI concede 25640063, 17K15595, 20K07591, 20K15791), The Uehara Memorial Foundation e Leave a Nest Co., Ltd.