Una nuova ricerca del Gladstone Institutes può aiutare nello sviluppo di nuove terapie che mirano al problema del fallimento energetico cellulare, un segno distintivo del Parkinson, dell’Alzheimer e dell’invecchiamento in generale.

 

 

È possibile amplificare la produzione di energia dei mitocondri, le “centrali energetiche” delle cellule, senza aumentare anche i sottoprodotti potenzialmente dannosi?

Se così fosse, un tale metodo potrebbe essere utilizzato per trattare una serie di malattie neurodegenerative in cui si ritiene che i mitocondri compromessi svolgano un ruolo centrale.

Alla ricerca della risposta, un team di scienziati del Gladstone Institutes ha utilizzato la tecnologia di editing genetico CRISPR per analizzare esattamente quali molecole sono responsabili della creazione di energia rispetto a quelle che controllano la produzione di specie reattive dell’ossigeno, o ROS, sottoprodotti tossici comunemente noti come “radicali liberi”.

Le loro scoperte, che appaiono su Proceedings of the National Academy of Sciences, potrebbero portare a strategie per disaccoppiare l’energia dalla produzione di ROS, che potrebbero aiutare nello sviluppo di terapie per malattie come il Parkinson o l’Alzheimer.

“Capire come separare la produzione di energia dalla produzione di ROS è davvero fondamentale per il trattamento della disfunzione mitocondriale”, afferma il ricercatore di Gladstone Ken Nakamura, che ha guidato lo studio.

“Ci sono molte condizioni, tra cui la neurodegenerazione, in cui l’aumento dell’energia mitocondriale potrebbe essere utile, ma non vogliamo danneggiare le cellule attraverso sottoprodotti tossici”.

Quando i mitocondri generano energia cellulare da zuccheri e grassi, rilasciano ROS. Come l’inquinamento sprigionato da una centrale elettrica, i ROS sono stati a lungo considerati sottoprodotti indesiderati ma difficili da prevenire.

Sebbene i ROS svolgano alcune importanti funzioni biologiche, averne troppi in giro è tossico per le cellule e collegato a molte malattie croniche e degenerative.

Risolvere la questione di come aiutare i mitocondri a funzionare in modo più efficiente potrebbe contribuire a nuovi approcci terapeutici per la neurodegenerazione e condizioni come malattie cardiache, diabete e cancro.

Ha anche implicazioni per un invecchiamento sano, poiché i mitocondri diventano difettosi man mano che invecchiamo.

Tuttavia, in molti casi, è difficile capire esattamente come i mitocondri non funzionano correttamente: non producono abbastanza energia cellulare o producono troppi ROS?

Il gruppo di Nakamura ha precedentemente esaminato le cellule per scoprire tutti i geni coinvolti nella regolazione dei livelli di energia. 

Nel loro nuovo lavoro, si sono concentrati su circa 200 di questi geni. Usando la tecnica di editing genetico CRISPR, hanno lavorato nelle cellule tumorali per ridurre selettivamente l’espressione di ciascuno di questi geni e hanno studiato cosa succedeva ai livelli di ROS.

“Volevamo determinare quali molecole sono necessarie per la produzione di energia o per la produzione di ROS”, afferma lo scienziato Neal Bennett, primo autore del nuovo studio.

“In questo modo, siamo stati in grado di discernere i geni e i percorsi che possono cambiare quei sistemi in modo indipendente, il che potrebbe essere molto utile nel trattamento della malattia”.

Infatti, sebbene alcuni geni abbiano influenzato sia l’energia che la produzione di ROS, altri hanno avuto un effetto molto più forte su un prodotto rispetto all’altro.

Nel complesso, questi risultati offrono un punto di partenza convincente per i ricercatori che vogliono sviluppare farmaci che controllano in modo indipendente l’energia mitocondriale e i ROS e per coloro che cercano di capire come la disfunzione mitocondriale è implicata nella malattia.

Il team prevede di condurre ulteriori ricerche sull’impatto dei livelli alterati di ROS sulla salute cellulare e di determinare se i loro risultati sono validi in altri tipi di cellule, comprese le cellule cerebrali.