Eliminare la spazzatura

Di University of California - San Diego11 maggio 2023

Cellule staminali che portano fuori la spazzatura. Questa illustrazione è di Emma Vidal di DrawImpacts. Credito: Emma Vidal

Gli scienziati dell'UC di San Diego hanno scoperto che il metodo unico delle cellule staminali per eliminare le proteine ​​mal ripiegate potrebbe essere la chiave per preservare la salute a lungo termine ed evitare le malattie.

Mentre gli esseri umani continuano la loro ricerca della fonte della giovinezza, le cellule staminali continuano ad emergere come attori chiave nella ricerca della longevità. Gli studi suggeriscono sempre più che preservare la forma fisica delle cellule staminali porta a una durata di salute più lunga, e una nuova ricerca evidenzia l’importanza di mantenere le cellule staminali pulite e ordinate.

Secondo uno studio recentemente pubblicato sulla rivista Cell Stem Cell, gli scienziati della School of Medicine dell’Università della California a San Diego hanno scoperto che le cellule staminali del sangue utilizzano una tecnica sorprendente per eliminare le loro proteine ​​mal ripiegate. I ricercatori hanno scoperto che questo processo diminuisce con l’età e ritengono che il potenziamento di questo sistema specializzato di smaltimento dei rifiuti potrebbe aiutare a respingere le malattie legate all’età.

Lo studio si è concentrato sulle cellule staminali emopoietiche (HSC), le cellule del nostro midollo osseo che producono nuovo sangue e cellule immunitarie per tutta la vita. Quando la loro funzione è indebolita o persa, ciò può portare a disturbi del sangue e del sistema immunitario, come anemia, coagulazione del sangue e cancro.

Il ricercatore Robert Signer, Ph.D. dell'UC San Diego, descrive come le cellule staminali contribuiscono all'invecchiamento e alle malattie legate all'età. Credito: Scienze della salute dell'UC San Diego

"Le cellule staminali sono lì per un lungo periodo", ha detto l'autore senior dello studio Robert Signer, Ph.D., professore associato presso la UC San Diego School of Medicine. "Il loro bisogno di longevità richiede che siano cablate in modo diverso rispetto a tutte le cellule di breve durata del corpo."

Una chiave per mantenere felici le cellule staminali è mantenere l’omeostasi delle proteine. Il lavoro precedente ha dimostrato che le cellule staminali, comprese le HSC, sintetizzano le proteine ​​molto più lentamente rispetto ad altri tipi di cellule, privilegiando la qualità rispetto alla quantità. Ciò li aiuta a commettere meno errori nel processo, poiché le proteine ​​mal ripiegate possono diventare tossiche per le cellule se lasciate accumularsi.

Tuttavia, alcuni errori o danni alle proteine ​​sono inevitabili, quindi i ricercatori hanno deciso di capire come le cellule staminali garantiscono che queste proteine ​​vengano adeguatamente scartate.

In most cells, damaged or misfolded proteins get individually tagged for disposal. A mobile protein destroyer called the proteasome then finds the labeled proteins and breaks them down into their original amino acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> componenti acidi. Ma nel nuovo studio, i ricercatori hanno scoperto che l’attività del proteasoma era particolarmente bassa nelle HSC. Ciò ha lasciato perplesso il team: se eliminare le proteine ​​danneggiate è così importante per le cellule staminali, perché il proteasoma è meno attivo?

Gli scienziati dell'UC di San Diego hanno scoperto che le proteine ​​mal ripiegate venivano aggregate e ingabbiate in un'unica area (verde) all'interno delle cellule staminali prima di essere smaltite. Credito: Scienze della salute dell'UC San Diego

Attraverso una serie di esperimenti successivi, il team ha scoperto che gli HSC utilizzano un sistema completamente diverso. Qui, le proteine ​​danneggiate e mal ripiegate vengono raccolte e trafficate in cluster chiamati aggresomi. Una volta racchiusi in un'unica posizione, possono essere distrutti collettivamente dal lisosoma (un organello cellulare contenente enzimi digestivi) in un processo chiamato aggrefagia.

"Ciò che è molto insolito qui è che si pensava che questo percorso fosse attivato solo come risposta a uno stress estremo, ma in realtà è il normale percorso fisiologico utilizzato dalle cellule staminali", ha affermato Signer. "Ciò sottolinea quanto sia fondamentale per le cellule staminali prevenire lo stress in modo che possano preservare la loro salute e longevità."

So why this different system? A main advantage of the proteasome method is that it breaks proteins down immediately, producing amino acids<div class="cell text-container large-6 small-order-0 large-order-1"><div class="text-wrapper"><br />Amino acids are a set of organic compounds used to build proteins. There are about 500 naturally occurring known amino acids, though only 20 appear in the genetic code. Proteins consist of one or more chains of amino acids called polypeptides. The sequence of the amino acid chain causes the polypeptide to fold into a shape that is biologically active. The amino acid sequences of proteins are encoded in the genes. Nine proteinogenic amino acids are called "essential" for humans because they cannot be produced from other compounds by the human body and so must be taken in as food.<br /></div></div>" data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"amino acids that the cell can reuse to build new proteins. But stem cells are less interested in building new proteins. Thus the authors suggest that by storing a collection of damaged proteins in one place, stem cells may be creating their own cache of resources that can be used at a later time when they are actually needed, such as after an injury or when it is time to regenerate./p>