Para revertir el envejecimiento de las células madre, el gen NANOG ‘reconecta’ las redes metabólicas

Recientes estudios de laboratorio han demostrado que el envejecimiento es un proceso reversible, un avance que ha llevado a los científicos a buscar formas de detener el deterioro funcional de las células y los tejidos, así como restaurar su capacidad regenerativa.

Esto incluye a investigadores de la Universidad de Buffalo, donde el ingeniero químico Stelios Andreadis demostró que el gen embrionario NANOG podría reprogramar células madre adultas senescentes (envejecidas) y células del músculo esquelético, revirtiendo así las características del envejecimiento.

Sin embargo, cómo funciona exactamente NANOG ha sido un misterio.

Ahora, dos nuevos estudios del laboratorio de Andreadis están ayudando a responder esta pregunta. Uno en Informes de celda explora el papel que juega NANOG en la restauración de la función mitocondrial en las células madre envejecidas. El otro, publicado el 2 de febrero. 16 en Comunicaciones de la naturalezaarroja luz sobre cómo revierte el envejecimiento en el músculo esquelético.

El trabajo se basa en la comprensión de la comunidad científica de NANOG, que lleva el nombre de la tierra mítica de la juventud en el folclore irlandés, y podría ayudar a desarrollar medicamentos que imiten el gen.

«Con estos estudios, descubrimos que NANOG revierte la senescencia celular al restaurar las vías metabólicas que están activas en las células más jóvenes. Esto nos acerca al desarrollo de tratamientos mejorados que ayudarán a aliviar el sufrimiento de las personas en todo el mundo que luchan contra enfermedades relacionadas con la edad», dijo Andreadis. Ph.D., Profesor Distinguido de SUNY en el Departamento de Ingeniería Química y Biológica de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UB.

Restauración de la función mitocondrial en células madre envejecidas

En Informes de celda, el equipo de investigación se centró en las células madre mesenquimales senescentes. Estas son células envejecidas con una capacidad muy reducida para dividirse y crecer.

Dentro de estas células, el equipo descubrió que la glucólisis y la respiración mitocondrial estaban comprometidas. La condición llevó a las células, en un esfuerzo por encontrar una nueva fuente de energía, a reconfigurar su metabolismo para descomponer un aminoácido llamado glutamina. Esta acción condujo a una acumulación de urea dentro de las células, lo que obstaculizó aún más la capacidad de las mitocondrias para proporcionar energía a las células y, por lo tanto, provocó un mayor envejecimiento.

Para contrarrestar este recableado metabólico, el equipo restringió una enzima conocida como glutaminasa 1, que impidió que las células descompusieran la glutamina.

«Esto restauró parcialmente la función mitocondrial y disminuyó las características de la senescencia celular en modelos animales», dijo el autor principal del estudio, Debanik Choudhury, Ph.D. candidato en el laboratorio de Andreadis.

El equipo observó resultados similares en células de pacientes con síndrome de progeria de Hutchinson-Gilford, un raro trastorno genético progresivo que hace que los niños envejezcan rápidamente.

Revertir el envejecimiento en el músculo esquelético

En Comunicaciones de la naturalezalos investigadores investigaron los cambios metabólicos relacionados con la edad que ocurren en mioblastos envejecidos y rejuvenecidos, que son células que forman el tejido muscular.

Estos experimentos, que utilizaron modelos de envejecimiento tanto in vitro como in vivo, revelaron que los mioblastos sufren de glucólisis alterada y resistencia a la insulina. Los experimentos también demostraron que los mioblastos generan trifosfato de adenosina (un compuesto orgánico que proporciona energía para los procesos celulares) al descomponer la metionina, un aminoácido esencial que también se encuentra en la carne, el pescado y los productos lácteos.

Este proceso produce niveles significativos de amonio que pueden empeorar el envejecimiento celular.

Para combatir este problema, el equipo expresó NANOG, el proceso mediante el cual la información codificada en un gen se convierte en una función. A su vez, esto suprimió la producción de metionina adenosiltransferasa 2A, la primera enzima en la vía de la metionina, lo que provocó una disminución del amonio, restauró la sensibilidad a la insulina, aumentó la captación de glucosa y mejoró la regeneración muscular después de la lesión.

Además, los investigadores descubrieron que el bloqueo de la metionina adenosiltransferasa 2A activa la señalización de Akt2, una enzima involucrada en la señalización de la insulina. También repara la piruvato quinasa, restaura la glucólisis y mejora la regeneración, todo lo cual conduce a una mejora significativa de la fuerza muscular en un modelo de ratón con envejecimiento prematuro.

Nika Rajabian, Ph.D., exalumna del laboratorio de Andreadis, es la autora principal del estudio, y Kirkwood Personius, PT, Ph.D., profesor clínico asociado en el Departamento de Ciencias de la Rehabilitación de la Facultad de Salud Pública y Profesiones de la Salud, colaboraron en el trabajo.

«Nuestra investigación indica que la inhibición del metabolismo de la metionina puede restaurar las deficiencias asociadas con la edad con una ganancia significativa en la fuerza muscular y la capacidad de curación», dijo Rajabian.

«Debido a que los estudios implican vías metabólicas, esto podría conducir al desarrollo de moléculas pequeñas, en otras palabras, medicamentos, que imitan a NANOG para restaurar el metabolismo y revertir las características celulares del envejecimiento, como la inflamación y el daño del ADN», dijo Andreadis.