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I ricercatori del Buck Institute hanno dimostrato per la prima volta un legame tra dieta, ritmi circadiani, salute degli occhi e durata della vita nella Drosophila . Pubblicando nel numero del 7 giugno 2022 di Nature Communications , hanno inoltre scoperto inaspettatamente che i processi nell’occhio di mosca stanno effettivamente guidando il processo di invecchiamento.
Precedenti studi hanno dimostrato negli esseri umani che esiste un’associazione tra disturbi agli occhi e cattiva salute. “Il nostro studio sostiene che è più di una semplice correlazione: la disfunzione dell’occhio può effettivamente causare problemi in altri tessuti”, ha affermato l’autore senior e professore del Buck Institute Pankaj Kapahi, PhD , il cui laboratorio ha dimostrato per anni che il digiuno e la restrizione calorica possono migliorare molti funzioni del corpo. “Ora stiamo dimostrando che non solo il digiuno migliora la vista, ma che l’occhio gioca effettivamente un ruolo nell’influenzare la durata della vita”.
“La scoperta che l’occhio stesso, almeno nel moscerino della frutta, può regolare direttamente la durata della vita è stata una sorpresa per noi”, ha detto l’autore principale, Brian Hodge, PhD, che ha svolto i suoi studi post-dottorato nel laboratorio di Kapahi.
La spiegazione di questa connessione, ha detto Hodge, risiede negli “orologi” circadiani, il macchinario molecolare all’interno di ogni cellula di ogni organismo, che si è evoluto per adattarsi agli stress quotidiani, come i cambiamenti di luce e temperatura causati dall’aumento e dal tramontare del sole. Queste oscillazioni di 24 ore – ritmi circadiani – influenzano i comportamenti animali complessi, come le interazioni predatore-preda e i cicli sonno/veglia, fino alla messa a punto della regolazione temporale delle funzioni molecolari della trascrizione genica e della traduzione delle proteine.
Nel 2016 il laboratorio di Kapahi ha pubblicato uno studio su Cell Metabolism che mostra che i moscerini della frutta con una dieta ristretta hanno avuto cambiamenti significativi nei loro ritmi circadiani oltre a prolungare la durata della vita. Quando Hodge si è unito al laboratorio nello stesso anno, ha voluto scavare più a fondo per capire quali processi che migliorano le funzioni circadiane sono stati alterati dal cambiamento della dieta e se i processi circadiani erano necessari per la durata della vita più lunga vista con la restrizione dietetica.
“Il moscerino della frutta ha una vita così breve, il che lo rende un modello davvero bello che ci consente di schermare molte cose contemporaneamente”, ha affermato Hodge, che attualmente è uno scienziato presso Fountain Therapeutics nel sud di San Francisco. Lo studio è iniziato con un’ampia indagine per vedere quali geni oscillano in modo circadiano quando le mosche con una dieta illimitata sono state confrontate con quelle alimentate solo con il 10% delle proteine ??della dieta illimitata.
Immediatamente, Hodge ha notato numerosi geni che erano entrambi reattivi alla dieta e che mostravano anche alti e bassi in diversi momenti, o “ritmici”. Ha poi scoperto che i geni ritmici che si attivavano di più con le restrizioni dietetiche sembravano provenire tutti dall’occhio, in particolare dai fotorecettori, i neuroni specializzati nella retina dell’occhio che rispondono alla luce.
Questa scoperta ha portato a una serie di esperimenti progettati per capire come la funzione oculare si adatta alla storia di come la restrizione alimentare può prolungare la durata della vita. Ad esempio, hanno avviato esperimenti che dimostrano che tenere le mosche nell’oscurità costante prolungava la loro vita. “Ci è sembrato molto strano”, ha detto Hodge. “Pensavamo che le mosche avessero bisogno che i segnali luminosi fossero ritmici o circadiani”.
Hanno quindi utilizzato la bioinformatica per chiedere: i geni negli occhi che sono anche ritmici e reattivi alle restrizioni dietetiche influenzano la durata della vita? La risposta è stata sì, lo fanno.
“Pensiamo sempre all’occhio come a qualcosa che ci serve, per fornire una visione. Non lo pensiamo come qualcosa che deve essere protetto per proteggere l’intero organismo”, ha affermato Kapahi, che è anche professore associato di urologia all’UCSF.
Poiché gli occhi sono esposti al mondo esterno, ha spiegato, le difese immunitarie sono attive in modo critico, il che può portare a infiammazioni che, se presenti per lunghi periodi di tempo, possono causare o peggiorare una serie di malattie croniche comuni. Inoltre, la luce di per sé può causare la degenerazione dei fotorecettori che può causare infiammazione.
“Fissare gli schermi di computer e telefoni ed essere esposti all’inquinamento luminoso fino a tarda notte sono condizioni molto inquietanti per gli orologi circadiani”, ha detto Kapahi. “Incasina la protezione per gli occhi e ciò potrebbe avere conseguenze oltre la semplice visione, danneggiando il resto del corpo e il cervello”.
C’è molto da capire sul ruolo che l’occhio gioca nella salute generale e nella durata della vita di un organismo, tra cui: come fa l’occhio a regolare la durata della vita e lo stesso effetto si applica ad altri organismi?
La domanda più grande sollevata da questo lavoro in quanto potrebbe applicarsi agli esseri umani è, semplicemente, i fotorecettori nei mammiferi influenzano la longevità? Probabilmente non tanto quanto nei moscerini della frutta, ha detto Hodge, osservando che la maggior parte dell’energia in un moscerino della frutta è dedicata all’occhio. Ma poiché i fotorecettori sono solo neuroni specializzati, ha detto, “il legame più forte che direi è il ruolo che la funzione circadiana gioca nei neuroni in generale, specialmente con le restrizioni dietetiche, e come queste possono essere sfruttate per mantenere la funzione neuronale durante l’invecchiamento”.
Una volta che i ricercatori capiscono come funzionano questi processi, possono iniziare a prendere di mira l’orologio molecolare per decelerare l’invecchiamento, ha affermato Hodge, aggiungendo che potrebbe essere che gli esseri umani possano aiutare a mantenere la vista attivando gli orologi all’interno dei nostri occhi. “Potrebbe essere attraverso la dieta, i farmaci, i cambiamenti nello stile di vita… Ci aspettano molte ricerche davvero interessanti”, ha detto.
Citazione: “La restrizione alimentare e l’orologio del fattore di trascrizione ritardano l’invecchiamento degli occhi per prolungare la durata della vita in Drosophila
DOI: 10.1038/s41467-022-30975-4
Altri ricercatori Buck coinvolti nello studio includono Geoffrey T. Meyerhof, Subhash D. Katewa, Ting Lian, Charles Lau, Sudipta Bar, Simon Melov e Birgit Schilling. Altri collaboratori includono: Nicole Leung, Dipartimento di Neurobiologia, Stanford University; David Li-Kroeger; Dipartimento di Neurologia, Baylor College of Medicine; e Menglin Li e Craig Montell, Neuroscience Research Institute e Department of Molecular, Cellular and Developmental Biology, University of California, Santa Barbara.
Ringraziamenti: questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni concesse a PK dalla Federazione americana di ricerca sull’invecchiamento, sovvenzioni NIH R01 R01AG038688 e AG045835 e Larry L. Hillblom Foundation. BAH è supportato dal premio NIH/NIA T32 AG000266 e CM è supportato dai premi NIH/NEI EY008117 e EY010852. Riconosciamo il Buck Institute Proteomics Core e il supporto della strumentazione dalla concessione di strumentazione condivisa NCRR 1S10 OD016281.
DICHIARAZIONE DI INTERESSI: Gli autori non hanno dichiarato alcun interesse concorrente.
Informazioni sul Buck Institute for Research on Aging
Al Buck, miriamo a porre fine alla minaccia delle malattie legate all’età per questa e per le generazioni future. Riuniamo gli scienziati più capaci e appassionati di un’ampia gamma di discipline per studiare i meccanismi dell’invecchiamento e per identificare le terapie che rallentano l’invecchiamento. Il nostro obiettivo è aumentare la durata della salute umana, o anni di vita sani. Situato appena a nord di San Francisco, siamo riconosciuti a livello mondiale come pionieri e leader negli sforzi per combattere l’invecchiamento, il fattore di rischio numero uno per malattie gravi tra cui Alzheimer, Parkinson, cancro, degenerazione maculare, malattie cardiache e diabete. The Buck vuole aiutare le persone a vivere meglio più a lungo. Il nostro successo alla fine cambierà l’assistenza sanitaria. Ulteriori informazioni su: https://buckinstitute.org