Ricerche recenti rivelano che i mitocondri agiscono come bacini idrici per NAD, a sostegno delle cellule durante una maggiore domanda. Questa intuizione apre le porte alle strategie terapeutiche per mitigare l'invecchiamento e le malattie correlate
Al centro di questa nuova scoperta c'è una molecola chiamata NAD, ovvero Nicotinamide Adenine Dinucleotide. Il professor Mathias Ziegler (1) del Dipartimento di Biomedicina (Universitetet i Bergen - UiB), che ha guidato il team internazionale di ricercatori dietro il nuovo studio, ne spiega l'importanza: «La cosa affascinante del NAD è che la molecola è essenziale per la vita, poiché svolge ruoli critici in tutti i processi cellulari. Pertanto, livelli disregolati di NAD sono coinvolti nei processi di invecchiamento e in molte patologie che vanno dal cancro al diabete e alle malattie neurodegenerative. E la ragione di ciò è che detiene una posizione chiave sia nel metabolismo energetico che nella regolazione delle funzioni vitali».
Il NAD è come una batteria ricaricabile
Come tutti sappiamo: tutte le funzioni corporee dipendono dall'energia. Senza energia non potremmo né correre, né respirare, né pensare. L'energia di cui il nostro corpo, o le nostre cellule, hanno bisogno per funzionare proviene dal cibo che ingeriamo. I nutrienti, come lo zucchero o i grassi, vengono convertiti in una forma universale di energia che le nostre cellule possono utilizzare per mantenere tutte le funzioni che richiedono energia.
Il professor Mathias Ziegler racconta: «Il NAD è fondamentale per queste conversioni, poiché funziona come una batteria ricaricabile. Si carica con l'energia recuperata dal cibo e la trasmette per alimentare tutte le attività cellulari. Una parte importante di questo trasferimento di energia avviene in strutture cellulari chiamate mitocondri, che sono anche chiamate la centrale elettrica della cellula. È interessante notare che durante l'invecchiamento, il nostro DNA può accumulare danni che, a loro volta, aumenteranno la domanda di molecole NAD. Infatti, vediamo che i livelli cellulari di NAD diminuiscono con l'età e si presume che l'aumento dell'attività di riparazione del DNA sia una delle ragioni principali di questo declino. Il problema sorge quando i mitocondri o la loro riserva di NAD vengono colpiti o sfruttati per lunghi periodi di tempo».
Fondamentalmente, il NAD contribuisce anche a molte altre funzioni vitali in tutta la cellula. Funge da segnale chimico per regolare eventi cellulari chiave, tra cui l'espressione genica e la riparazione del DNA, che hanno luogo nel nucleo cellulare.
Ma come fanno le cellule a far fronte all'aumentata richiesta di NAD? E la diminuzione dei livelli di NAD provoca necessariamente condizioni patologiche?
Per rispondere a queste domande, Ziegler e il suo team hanno sviluppato modelli per studiare il modo in cui le cellule reagiscono alla riduzione dei livelli di NAD che si verifica durante l'invecchiamento. In precedenza avevano sviluppato un metodo che consentiva loro di rilevare le molecole NAD cellulari e la loro distribuzione nelle cellule viventi.
Inoltre, hanno implementato tecniche analitiche avanzate, tra cui la spettrometria di massa ad alta risoluzione, per studiare la dinamica cellulare dei processi dipendenti dal NAD.
Di conseguenza, i ricercatori hanno scoperto un ruolo finora sconosciuto dei mitocondri nel mantenimento dei livelli di NAD cellulare:
La dottoressa Lena Elise Høyland (2), dottoranda e prima autrice dello studio, dice: «Questi organelli fungono da riserva di NAD che si riempie quando le cellule funzionano normalmente e fornisce NAD alla cellula quando la richiesta aumenta».
Utilizzando metodi di tecnologia genetica come l'editing del genoma CRISPR-Cas9, sono riusciti a stabilire i meccanismi molecolari con cui i mitocondri contrastano il declino cellulare del NAD.
La dottoressa Lena Elise Høyland aggiunge: «I livelli ridotti di NAD cellulare sembrano quindi essere generalmente ben tollerati dalle cellule. Il problema, tuttavia, sorge quando i mitocondri o la loro riserva di NAD vengono colpiti o sfruttati per lunghi periodi di tempo. Ciò può avere conseguenze fatali poiché le cellule potrebbero non avere più una “capacità di batteria” di NAD sufficiente a guidare processi vitali dipendenti dall'energia».
L'integrazione di NAD ha fornito risultati incoraggianti
La ricerche condotte negli ultimi anni hanno dimostrato che la disfunzione mitocondriale e i bassi livelli di NAD cellulare rappresentano caratteristiche dell'invecchiamento e dei disturbi ad esso correlati, come la demenza o le malattie neurodegenerative (3).
Sulla base delle nuove scoperte, il team di ricercatori ritiene che un consumo eccessivo di NAD mitocondriale potrebbe costituire un fattore chiave che porta a disfunzioni nelle centrali elettriche cellulari e quindi a malattie legate all'invecchiamento.
In effetti, i primi studi clinici condotti in Norvegia e a livello internazionale utilizzando approcci di integrazione terapeutica volti ad aumentare i livelli di NAD hanno fornito risultati incoraggianti (4).
«Siamo molto entusiasti di aver scoperto un altro meccanismo potenzialmente coinvolto nello sviluppo e nella progressione della malattia», afferma Høyland, e Ziegler conclude: «Il nostro studio dimostra anche l’importanza della ricerca di base per identificare obiettivi promettenti con lo scopo di rallentare l’invecchiamento e curare le malattie legate all’invecchiamento».
I risultati sono stati pubblicati sulla rinomata rivista Nature Metabolism (5) e presentati in un articolo della rivista News and Views (6) nello stesso numero.
Riferimenti:
(1) Mathias Ziegler
(3) NAD metabolism: Role in senescence regulation and aging
(4) Regulation of and challenges in targeting NAD+ metabolism
(5) Subcellular NAD+ pools are interconnected and buffered by mitochondrial NAD+
(6) Guardians of the cell: mitochondria as a rheostat for cellular NAD+ levels
Descrizione foto: Il gruppo di ricerca: Dal basso a sinistra a destra: Hanan Ashrafi, Eva Lucena Ersilia Bifulco, Asma Reggad, Ai Yan Wang, Juha Kallio, Kjellfrid Haukanes, Lena Høyland, Andrew Summers, Mathias Ziegler, Øyvind Strømland , Marc Nière, Luis Ramirez. - Credit: Torstein Ravnskog.
Autore traduzione riassuntiva e adattamento linguistico: Edoardo Capuano / Articolo originale: Newly discovered mechanism sheds light upon aging>