Η φυσική καθώς και η αναπαραγωγική γήρανση ρυθμίζεται από έναν νέο μοριακό μηχανισμό

Ο μηχανισμός που προστατεύει τη διατήρηση της δομής και της λειτουργίας του κυτταρικού πυρήνα

Οι ερευνητές του IMBB-ITE αποκαλύπτουν έναν νέο μοριακό μηχανισμό που ρυθμίζει τη γήρανση και την αναπαραγωγή, συμβάλλοντας αποφασιστικά στην προστασία και τη μακροπρόθεσμη διατήρηση της δομής και της λειτουργίας του κυτταρικού πυρήνα.

Έρευνα που διεξήχθη πρόσφατα από το Ινστιτούτο Μοριακής Βιολογίας και Βιοτεχνολογίας (IMBB) στο Ίδρυμα Τεχνολογίας και Έρευνας (ITE), τα αποτελέσματα της οποίας δημοσιεύθηκαν σήμερα στο έγκριτο διεθνές επιστημονικό περιοδικό Nature Aging, ρίχνει φως για πρώτη φορά σε μια θεμελιώδη μηχανισμός ελέγχου της γήρανσης και της αναπαραγωγικής γονιμότητας. Οι ερευνητές του IMBB Dr. Μαργαρίτα Έλενα Παπανδρέου και Δρ. Γεώργιος Κωνσταντινίδης, με επικεφαλής τον δρ. Ο Νεκτάριος Ταβερναράκης (Καθηγητής της Ιατρικής Σχολής του Πανεπιστημίου Κρήτης και Πρόεδρος ΙΤΕ) ανακάλυψε έναν νέο μοριακό μηχανισμό που λειτουργεί στα κύτταρα για να διατηρεί την ακεραιότητα και τη λειτουργία του πυρήνα και να ρυθμίζει τη φυσική και αναπαραγωγική γήρανση.

Ο πυρήνας είναι το κεντρικό οργανίδιο των ευκαρυωτικών κυττάρων, όπου βρίσκεται το γενετικό υλικό, ή DNA, που καθορίζει την κυτταρική ταυτότητα και λειτουργία σε όλους τους οργανισμούς. Η δομή και η αρχιτεκτονική του πυρήνα αλλάζει δραματικά κατά τη γήρανση, αλλά και κατά την καρκινογένεση. Επιπλέον, ένα κοινό χαρακτηριστικό της γήρανσης, οι σχετικές παθολογικές καταστάσεις και τα προγεροειδή σύνδρομα (π.χ. Hutchinson-Gilford, Werner, Bloom, Cockayne και άλλα) είναι βλάβες που εντοπίζονται εντός του κυττάρου του επικλινούς πυρήνα, μια δομή μέσα στον πυρήνα που ελέγχει την παραγωγή ριβοσώματα που λειτουργούν ως μηχανισμός πρωτεϊνοσύνθεσης του κυττάρου. Αξίζει να σημειωθεί ότι η διατήρηση της ακεραιότητας του πυρήνα έχει συσχετιστεί με μακροζωία και με παρεμβάσεις που παρατείνουν τη ζωή σε πειραματόζωα. Ωστόσο, οι μοριακοί και κυτταρικοί μηχανισμοί που παρακολουθούν και διασφαλίζουν τη δομή του πυρήνα και του πυρήνα παραμένουν ασύλληπτοι. Είναι επίσης άγνωστο εάν ο προοδευτικός εκφυλισμός της πυρηνικής αρχιτεκτονικής που παρατηρείται στη γήρανση και τις ασθένειες που σχετίζονται με την ηλικία είναι συνέπεια ή απλή συνέπεια αυτών των καταστάσεων ή ένας σημαντικός παράγοντας στη διαδικασία γήρανσης και στην παθογένεση των προγεροειδών συνδρόμων.

Χρησιμοποιώντας δύο πειραματικούς οργανισμούς, τον νηματώδη Caenorhabditis elegans και ένα ποντίκι, οι ερευνητές του IMBB-ITE διερεύνησαν αυτά τα θεμελιώδη ερωτήματα. Η συντήρηση της πυρηνικής δομής και λειτουργίας απαιτεί συνεχή και αυστηρά ρυθμιζόμενη ανακύκλωση ελαττωματικών ή κατεστραμμένων πυρηνικών εξαρτημάτων. Η στόχευση και η υποβάθμιση των κατεστραμμένων πυρηνικών συστατικών επιτυγχάνεται με έναν επιλεκτικό τύπο αυτοφαγίας, την πυρηνοφαγία, που χρησιμεύει ως μηχανισμός ελέγχου της πυρηνικής ομοιόστασης. Η διατήρηση της πυρηνικής μορφολογίας και η ανακύκλωση πυρηνικού υλικού είναι απαραίτητα για τη λειτουργία των κυττάρων. Τα προβλήματα στη σωστή πυρηνοφαγία έχουν εμπλακεί σε ένα ευρύ φάσμα παθολογικών καταστάσεων, συμπεριλαμβανομένων των βλαβών του DNA, του καρκίνου και των νευροεκφυλιστικών ασθενειών. Ωστόσο, ο τρόπος με τον οποίο ρυθμίζεται η πυρηνοφαγία και οι επιπτώσεις της απορρύθμισής της στη γήρανση παραμένουν άγνωστοι.

Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε σήμερα, αποκαλύπτει έναν βασικό μηχανισμό για τη ρύθμιση της πυρηνοφαγίας. Συγκεκριμένα, η γιγάντια πρωτεΐνη αγκύρωσης του πυρηνικού φακέλου, η ANC-1 στο νηματώδη, και η αντίστοιχη Nesprin 2 σε ποντίκια, δρουν ως ειδικοί ρυθμιστές της πυρηνοφαγίας. Πράγματι, αξιοσημείωτα, τα επίπεδα αυτών των πρωτεϊνών ρυθμίζονται κατάλληλα από την αυτοφαγία. Η πρωτεΐνη ANC-1/Nesprin 2 βρίσκεται στην εξωτερική πυρηνική μεμβράνη όλων των κυττάρων και οι μεταλλάξεις της έχουν βρεθεί ότι εμπλέκονται σε νευροεκφυλιστικές ασθένειες, καρδιομυοπάθειες και καρκίνο στους ανθρώπους. Με τον έλεγχο της επιλεκτικής αποικοδόμησης των συστατικών του πυρήνα και του πυρήνα, η πρωτεΐνη ANC-1/Nesprin 2 παρέχει θωράκιση της κυτταρικής ομοιόστασης, αντίσταση σε στρεσογόνους παράγοντες και σημαντική αύξηση της διάρκειας ζωής του οργανισμού. Επιπλέον, η πυρηνοφαγία με τη μεσολάβηση ANC-1/Nesprin 2 συμβάλλει ως μηχανισμός ποιοτικού ελέγχου για την εκκαθάριση των δυσλειτουργικών προγονικών γεννητικών κυττάρων κατά τη διαφοροποίησή τους στο αναπαραγωγικό σύστημα των νηματωδών. Η διακοπή αυτής της διαδικασίας κάθαρσης προκαλεί όγκους στο αναπαραγωγικό σύστημα του C. elegans και προοδευτική στειρότητα. Είναι ένα φαινόμενο θνησιμότητας που είναι απαραίτητο για την αναπαραγωγή όλων των ζωικών οργανισμών και συνήθως είναι αθάνατο. Ομοίως, η αδρανοποίηση της πρωτεΐνης Nesprin 2 σε θηλυκά ποντίκια προκαλεί καρκίνωμα των ωοθηκών, ενώ οι πολυμορφισμοί στην αντίστοιχη ανθρώπινη πρωτεΐνη, Syne2, σχετίζονται με τη γυναικεία υπογονιμότητα.

«Ένα από τα πιο συναρπαστικά παζλ της σύγχρονης βιοϊατρικής έρευνας είναι η κατανόηση της μοριακής βάσης δύο εκ διαμέτρου αντίθετων θεμελιωδών φαινομένων στη βιολογία: της θνησιμότητας του σώματος και της αθανασίας της λεγόμενης γεννητικής κυτταρικής σειράς, δηλαδή των κυττάρων του ένα αναπαραγωγικό σύστημα που εξασφαλίζει την αναπαραγωγή. Η προοπτική της αποκάλυψης του μηχανισμού που ευθύνεται για αυτήν την εξαιρετικά ιδιότυπη φύση των κυτταρικών τύπων, μέσα στον ίδιο οργανισμό, ήταν ένα ισχυρό κίνητρο για εμάς να προσπαθήσουμε να απαντήσουμε σε αυτό το σημαντικό ερώτημα. Αποφασίσαμε να επικεντρωθούμε στην πυρηνική μορφολογία, η οποία επιδεινώνεται στα σωματικά κύτταρα κατά τη γήρανση, ενώ, αντίθετα, παραμένει αμετάβλητη στη γενεαλογία των γεννητικών κυττάρων. Υποθέσαμε ότι ένας εξαιρετικά αποτελεσματικός ομοιοστατικός μηχανισμός διατηρεί τη δομή του πυρήνα των γεννητικών κυττάρων ενώ αποτυγχάνει να κάνει το ίδιο στα σωματικά κύτταρα του σώματος κατά τη γήρανση. Με έκπληξη ανακαλύψαμε ότι μια ειδική διαδικασία αυτοφαγίας, η πυρηνοφαγία, είναι κεντρικής σημασίας για τη διατήρηση της πυρηνικής αρχιτεκτονικής, την ανακύκλωση πυρηνικού υλικού, ενώ περιορίζει την αύξηση του πυρηνικού μεγέθους που παρατηρείται κατά τη γήρανση. Είναι επίσης ενδιαφέρον ότι η ίδια η πυρηνοφαγία ρυθμίζεται από μονοπάτια σηματοδότησης και παρεμβάσεις, όπως αυτές της ινσουλίνης και του θερμιδικού περιορισμού, που καθορίζουν τη διάρκεια ζωής σε πολλούς διαφορετικούς οργανισμούς, από νηματώδεις έως θηλαστικά. Αυτό αναδεικνύει την κεντρική θέση της πυρηνοφαγίας, ως σημείο σύγκλισης μοριακών και κυτταρικών διεργασιών που επηρεάζουν τη γήρανση», δήλωσε ο καθηγητής Νεκτάριος Ταβερναράκης.

Τα αποτελέσματα της μελέτης των επιστημόνων του IMBB-ITE αναδεικνύουν την πυρηνοφαγία ως έναν κεντρικό μοριακό μηχανισμό με τον οποίο διασφαλίζεται η μακροχρόνια διατήρηση της πυρηνικής αρχιτεκτονικής και ομοιόστασης. Τα μέλη της οικογένειας πρωτεϊνών ANC-1/Nesprin έχουν βασικό ρυθμιστικό ρόλο στην πυρηνοφαγία. Η ανακύκλωση πυρηνικού υλικού με πυρηνοφαγία συμβάλλει στη μακροζωία των σωματικών κυττάρων, ενώ παράλληλα διασφαλίζει την απαθανάτιση των βλαστικών κυττάρων του αναπαραγωγικού συστήματος και, γενικά, την αναπαραγωγική υγεία. Το γεγονός ότι οι μοριακοί μηχανισμοί που ελέγχουν την πυρηνοφαγία διατηρούνται εξελικτικά μεταξύ πολλών διαφορετικών οργανισμών υποδηλώνει ότι σχετικές διαδικασίες διέπουν τη γήρανση και την αναπαραγωγή στους ανθρώπους. Αυτά τα ευρήματα αναμένεται να χρησιμοποιηθούν για τη θεραπεία ασθενειών που χαρακτηρίζονται από την κατάρρευση της πυρηνικής αρχιτεκτονικής, καθώς και την ανθρώπινη υπογονιμότητα.

Leave a Comment

Your email address will not be published. Required fields are marked *