Basi biologiche dell invecchiamento cellulare. Prof. Pietro Alimonti San Pietro FBF

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1 Basi biologiche dell invecchiamento cellulare Prof. Pietro Alimonti San Pietro FBF

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7 Cos è la SENESCENZA REPLICATIVA?

8 Tutte le cellule possono dividersi un numero definito di volte: CPD (Divisioni Cellulari Permesse)

9 Una volta raggiunto il CPD la cellula entra nella senescenza replicativa, cioè l incapacità di proliferare ulteriormente Interviene il processo di APOPTOSI, che porta alla morte della cellula

10 Premio Nobel per la Medicina 2009 Carol W. Greider Jack W. Szostak Elizabeth H. Blackburn

11 I telomeri Il telomero è la regione terminale del cromosoma composta da sequenze di DNA altamente ripetuto che non codificano per alcun prodotto proteico. I telomeri svolgono un importante funzione a livello della salvaguardia del codice genetico: infatti la DNA polimerasi non è capace di replicare il cromosoma per intero fino alla sua estremità poiché al termine del processo di replicazione viene lasciato un gap nella posizione precedentemente occupata dalla primasi. Durante ogni replicazione si assiste quindi ad un significativo accorciamento di sequenze telomeriche prevenendo così una perdita di materiale genetico. Il progressivo accorciamento delle sequenze telomeriche sembra essere in parte associato all invecchiamento della cellula. Le sequenze telomeriche variano da organismo in organismo.

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13 CONFORMAZIONE DEL TELOMERO NEI MAMMIFERI I TELOMERI ASSUMONO UNA CONFORMAZIONE A T-LOOP, INTERVENGONO DUE PROTEINE: TRF1 E TRF2. TRF2 FAVORISCE L INSERIMENTO DEL 3 ss NEL DNA ds TELOMERICO (CON FORMAZIONE DEL DLOOP ). IL T-LOOP PROTEGGE IL 3 ss DAGLI ATTACCHI DELLE NUCLEASI

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15 La telomerasi Si suppone che l espressione della telomerasi sia repressa nelle cellule somatiche a contrario delle cellule germinali che possiedono una regolazione specie-specifica, il DNA delle prime è quindi soggetto ad una continua erosione e l accorciamento telomerico risulta essere un evento fondamentale che alla fine porta alla senescenza della stessa cellula. La riattivazione della telomerasi in queste cellule in cui normalmente è repressa porta a trasformazioni neoplastiche dovute ad un incontrollata aggiunta di sequenze telomeriche. Recentemente nell uomo è stata individuata una proteina denominata TRF 1 capace di legarsi ai telomeri. La sua assenza provoca l allungamento dei telomeri, mentre la sua sovraespressione ne provoca l accorciamento.

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17 La lunghezza dei telomeri determina il numero di divisioni cellulari permesse. Il CPD dipende dal tipo di cellula e dal tessuto di cui essa fa parte. Quando i telomeri raggiungono una lunghezza critica la cellula entra nella senescenza replicativa Se vengono a mancare i sistemi di controllo della p53 o della p16/rb, la cellula supera la fase di senescenza e può riattivare la telomerasi diventando immortale

18 (a) Situazione normale: l attività della telomerasi viene soppressa (b) e (c) mostrano strade alternative per la repressione della telomerasi la crescita cellulare si arresta (d) I geni che portano alla senescenza cellulare sono mutati o inattivati: la telomerasi riprende l attività cellula immortale

19 SENESCENZA: MECCANISMO DI CONTROLLO DELLA CRESCITA CELLULARE CHE PORTA AL DIFFERENZIAMENTO TERMINALE, INDOTTO DALL ALTERAZIONE DELLA LUNGHEZZA E STRUTTURA DEI TELOMERI, DA FENOMENI DI STRESS OSSIDATIVO DEL DNA, E DALL ATTIVAZIONE DI ALCUNI ONCOGENI. CELLULE CON DISFUNZIONI TELOMERICHE SUBISCONO SENESCENZA O APOPTOSI, ED E STATO DIMOSTRATO CHE QUESTI PROCESSI SONO BARRIERE CONTRO LA FORMAZIONE DEL CANCRO. I TELOMERI SONO DOPPI FILAMENTI DI SEQUENZE RIPETITIVE DI DNA COMPLESSATE ALL ESTREMITA DEI CROMOSOMI LINEARI. SVOLGONO 3 RUOLI PRINCIPALI: 1) PREVENGONO LA ROTTURA DEL DNA ALLE ESTREMITA DEI CROMOSOMI 1) PROTEGGONO L ESTREMITA DEI CROMOSOMI DALLA DEGRADAZIONE E DALLA FUSIONE 1) SONO COINVOLTI NELLA REPLICAZIONE DEI CROMOSOMI E NEL LORO POSIZIONAMENTO ALL INTERNO DEL NUCLEO

20 AD OGNI DIVISIONE CELLULARE LE ESTREMITA DEL DNA DOVREBBERO PROGRESSIVAMENTE ACCORCIARSI, CON IL RISCHIO DI EVENTUALI DELEZIONI GENICHE. ESISTE PERO IL MECCANISMO TELOMERICO IN GRADO DI ADDIZIONARE RIPETIZIONI NUCLEOTIDICHE, FAVORENDO IL PROSEGUIMENTO DELLE DIVISIONI CELLULARI. TELOMERASI ATTIVA SOLO NELLE CELLULE STAMINALI E TUMORALI, LE ALTRE CELLULE NON ESPRIMONO PIU QUESTO ENZIMA E DOPO ALCUNE DIVISIONI VANNO INCONTRO A DIFFERENZIAMENTO. SI PENSA DI COSTRUIRE UN ENZIMA CHE DISTRUGGA LA TELOMERASI, PROVOCANDO SENESCENZA NELLE CELLULE CANCEROSE.

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24 Senescenza e neoplasia

25 Le cellule normali subiscono una progressiva diminuzione della lunghezza dei telomeri, fino ad arrivare alla senescenza replicativa. In malattie legate all invecchiamento cellulare, come la Discheratosi congenita (DKC), è possibile ringiovanire le cellule del paziente riattivando la telomerasi e allungando i telomeri (in vitro). Nell oncogenesi, invece, è la cellula stessa che riattiva la telomerasi a causa di alterazioni del genoma, ed innesca un processo incontrollato di proliferazione immortalità cellulare

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28 Cancro e terapie

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31 Se viene inibita l azione degli oncosoppressori p53 Se viene inibita l azione degli oncosoppressori p53 prb per effetto di mutazioni genetiche e prb per effetto di mutazioni genetiche promuoventi promuoventi il cancro, la cellula bypassa la il cancro, la cellula bypassa la senescenza. senescenza. Fase M2 (Mortality Stage 2) Instabilità genetica e potenziale morte cellulare. Alcune rare cellule divengono immortali Alcune rare cellule divengono immortali

32 In mancanza di p53 e p16/rb la cellula passa dallo stage di senescenza M1 allo stage di crisi M2, fino a raggiungere l immortalità cellulare a causa della riattivazione della telomerasi.

33 Nelle cellule cancerose: L attività della telomerasi si incrementa dell 80-90% I telomeri sono più corti del normale

34 Strategie terapeutiche Utilizzazione di vaccini contro le cellule che hanno una sovraespressione di telomerasi Ostacoli alla terapia Inibizione dell attività enzimatica della telomerasi Mutazione genica p53 Tumore non causato dall attività telomerasica Lunghezza dei telomeri nelle cellule staminali Le cellule non cancerogene in normale riproduzione potrebbero essere danneggiate?

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36 Lo stress ossidativo è la conseguenza di uno squilibrio tra processi proossidanti e processi antiossidanti Radiazioni,farmaci, metalli pesanti Fumo di sigaretta, alcool, inquinamento Esercizio fisico inadeguato, sedentarietà Infezioni ed altre malattie Specie reattive Ridotta assunzione e/o diminuita sintesi e/o ridotta capacità di utilizzazione e/o aumentato consumo di antiossidanti Difese antiossidanti Danno cellulare Danno tissutale Danno d organo Danno sistemico Malattie cardiovascolari Demenza, M. di Parkinson Invecchiamento precoce Infiammazioni, tumori Altre malattie Le specie chimiche reattive possono essere sia la causa che l effetto dello STRESS OSSIDATIVO

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38 Resveratrolo Potente antiossidante Particolarmente abbondante in Vitis vinifera ed in altri tipi di uve utilizzate per la produzione di vino Si trova nella buccia E una fitoalessina prodotta in risposta ad infezioni fungine Paradosso francese Quasi esclusivamente nel vino rosso Maggior tempo di mantenimento delle bucce dell uva durante il processo di fermentazione Nonostante una dieta ricca in grassi minor incidenza di malattie cardiovascolari Protezione contro le malattie vascolari Inibizione perossidazione LDL (placche aterosclerotiche) Inibizione perossidazione lipidi (integrità membrane cellulari) Inibizione sintesi trombossano B 2 (inibizione COX-1) riduzione aggregazione piastrinica

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41 Paradosso Francese: attribuito al potere antiossidante del vino rosso dovuto alla presenza di polifenoli (resveratrolo) Le antocianidine inibiscono la sintesi di endotelina I ed hanno un effetto vasodilatatore

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43 La combretastatina, uno stilbene è un potente antitumorale

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46 Ogni individuo è responsabile per il 70% del proprio invecchiamento

47 Ogni eccesso genera malattia (Eschilo)

48 La rivoluzione antiossidante Cucinare e mangiare in maniera antiossidante privilegiando il modello alimentare mediterraneo in particolare consumare pane e pasta integrali e crucifere(broccoli e cavoli) favorire alcuni matrimoni alimentari ad azione sinergica es (pomodoro ed olio extravergine) assumere molta frutta colorata di stagione e un bicchiere di vino rosso

49 Giovinezza ecosostenibile Accettare che il tempo scorra e il corpo cambi Fare a meno di bisturi e iniezioni, rinunciare a diete massacranti, non spendere centinaia di euro in creme. Sì può, anche se si è avanti con gli anni

50 Stili di vita Alimentazione equilibrata, una regolare attività fisica. Abitudini sane. Quindi niente fumo,, poco alcol, e meno stress possibile, niente sole senza protezione

51 La Genomica Conoscere la propria predisposizione a sviluppare determinate condizioni come l obesità, il proprio metabolismo o la capacità antiossidante, permette il prevenire l insorgere di alcune malattie o di intervenire in maniera mirata in modo di mantenere un aspetto il più possibile giovane.

52 Cosa significa essere belli? La bellezza e l aspetto fisico migliore possibile che una persona può ottenere a partire dalla propria storia, dall ambiente in cui vive e dallo stile di vita che conduce. Alla bellezza ecosostenibile tutti possono arrivare senza violentare il proprio corpo

53 Si può vivere oggi e immaginare di invecchiare domani con Prospettive e un Futuro diversi? chi conserva la facoltà di vedere la bellezza non invecchia mai! Kafka per invecchiare bene non bisogna contare tutto ciò che la vecchiaia ci toglie, ma quanto ci lascia! Legauvè cominciamo ad apprezzare il Tempo quando ormai ce n è rimasto poco! Tolstoj

54 Ars longa, vita brevis Non esistono elisir di lunga vita ; bisogna accogliere ed accettare la vecchiaia preparandosi ad essa negli anni della gioventù e della maturità tenendo acceso il cervello ed in moto il corpo, avendo dei desideri e degli ideali, essendo in pace con se stessi e con gli altri.