¿Qué edad tienen tus órganos? Para sorpresa de los científicos, los órganos son una mezcla de células jóvenes y viejas

¿Qué edad tienen tus órganos? Para sorpresa de los científicos, los órganos son una mezcla de células jóvenes y viejas

Los científicos de Salk descubren estructuras celulares con una longevidad extrema, lo que conduce a conocimientos sobre las enfermedades asociadas con la edad

LA JOLLA—Los científicos alguna vez pensaron que las neuronas, o posiblemente las células del corazón, eran las células más antiguas del cuerpo. Ahora, los investigadores del Instituto Salk han descubierto que el cerebro, el hígado y el páncreas de los ratones contienen poblaciones de células y proteínas con una vida extremadamente larga, algunas tan antiguas como las neuronas. Los hallazgos, que demuestran el "mosaicismo de la edad", se publicaron en El metabolismo celular el 6 de junio de 2019. Los métodos del equipo podrían aplicarse a casi cualquier tejido del cuerpo para proporcionar información valiosa sobre la función de por vida de las células que no se dividen y cómo las células pierden el control sobre la calidad y la integridad de las proteínas y estructuras celulares importantes durante el envejecimiento.

"Nos sorprendió mucho encontrar estructuras celulares que son esencialmente tan antiguas como el organismo en el que residen", dice el vicepresidente y director científico de Salk. Martín Hetzer, autor principal y profesor. "Esto sugiere una complejidad celular aún mayor de lo que imaginábamos anteriormente y tiene implicaciones intrigantes sobre cómo pensamos sobre el envejecimiento de los órganos, como el cerebro, el corazón y el páncreas".

La mayoría de las neuronas del cerebro no se dividen durante la edad adulta y, por lo tanto, experimentan una larga vida útil y un declive relacionado con la edad. Sin embargo, debido en gran parte a limitaciones técnicas, la vida útil de las células fuera del cerebro era difícil de determinar.

“Los biólogos han preguntado: ¿qué edad tienen las células en un organismo? Existe la idea general de que las neuronas son viejas, mientras que otras células del cuerpo son relativamente jóvenes y se regeneran a lo largo de la vida del organismo”, dice Rafael Arrojo e Drigo, primer autor y científico del personal de Salk. “Nos propusimos ver si era posible que ciertos órganos también tuvieran células que fueran tan longevas como las neuronas en el cerebro”.

Dado que los investigadores sabían que la mayoría de las neuronas no se reemplazan durante la vida útil, las usaron como una "línea de base de edad" para comparar otras células que no se dividen. El equipo combinó el etiquetado de isótopos de electrones con un método de imagen híbrido (MIMS-EM) para visualizar y cuantificar la edad y el recambio de células y proteínas en el cerebro, el páncreas y el hígado en modelos de roedores jóvenes y viejos.

Para validar su método, los científicos primero determinaron la edad de las neuronas y descubrieron que, como se sospechaba, eran tan antiguas como el organismo. Sin embargo, sorprendentemente, las células que recubren los vasos sanguíneos, llamadas células endoteliales, también eran tan antiguas como las neuronas. Esto significa que algunas células no neuronales no se replican ni se reemplazan a lo largo de la vida.

El páncreas, órgano responsable de mantener los niveles de azúcar en la sangre y secretar enzimas digestivas, también mostró células de distintas edades. Una pequeña porción del páncreas, conocida como los islotes de Langerhans, apareció ante los investigadores como un rompecabezas de células jóvenes y viejas interconectadas. Algunas células beta, que liberan insulina, se replicaron a lo largo de la vida y eran relativamente jóvenes, mientras que otras no se dividieron y tenían una vida larga, similar a las neuronas. Otro tipo de células, llamadas células delta, no se dividieron en absoluto. El páncreas fue un ejemplo sorprendente de mosaicismo de edad, es decir, una población de células idénticas que se distinguen por su esperanza de vida.

Estudios previos han sugerido que el hígado tiene la capacidad de regenerarse durante la edad adulta, por lo que los investigadores seleccionaron este órgano esperando observar células hepáticas relativamente jóvenes. Para su sorpresa, se descubrió que la gran mayoría de las células hepáticas en ratones adultos sanos eran tan viejas como el animal, mientras que las células que recubren los vasos sanguíneos y las células estrelladas, otro tipo de células hepáticas, tenían una vida mucho más corta. Por lo tanto, inesperadamente, el hígado también demostró mosaicismo de la edad, lo que apunta a nuevos caminos potenciales de investigación regenerativa para este órgano.

A escala molecular, una selección de las células longevas observadas contenía complejos de proteínas que mostraban un mosaico de edad. Por ejemplo, los cilios primarios (apéndices similares a cabellos en el exterior de las células) de las células beta en el páncreas y las neuronas contenían regiones proteicas de vidas muy diferentes. En marcado contraste, las células del hígado no contenían ninguna proteína de larga duración.

“Gracias a las nuevas tecnologías de visualización, podemos determinar la edad de las células y sus complejos supramoleculares con mayor precisión que nunca. Esto abre nuevas puertas para el estudio de todas las células, tejidos y órganos en estados normales y de enfermedad”, dice Mark Ellisman, Profesor Distinguido de Neurociencias en la Facultad de Medicina de UC San Diego y colíder del estudio con Hetzer. Su laboratorio, el Centro Nacional de Microscopía e Investigación de Imágenes, desarrolló y proporcionó los nuevos métodos de imágenes de tejidos para microscopía multimodal y multiescala correlacionada. Estos métodos proporcionaron las tecnologías nuevas y habilitadoras que permitieron llevar a cabo este estudio.

"La determinación de la edad de las células y las estructuras subcelulares en los organismos adultos proporcionará nuevos conocimientos sobre los mecanismos de mantenimiento y reparación de las células y el impacto de los cambios acumulativos durante la edad adulta en la salud y el desarrollo de enfermedades", añade Hetzer. “El objetivo final es utilizar estos mecanismos para prevenir o retrasar el deterioro relacionado con la edad de los órganos con renovación celular limitada”.

A continuación, los autores planean descifrar la diferencia en la esperanza de vida de los ácidos nucleicos y los lípidos. También quieren entender cómo se relaciona el mosaicismo de la edad con la salud y enfermedades como la diabetes tipo 2.

Otros autores incluyeron a Swati Tyagi de Salk; Varda Lev-ram, Ranjan Ramachandra, Thomas Deerinck, Eric Bushong y Sebastien Phan de UC San Diego; Victoria Orphan del Instituto de Tecnología de California; y Claude Lechene del Brigham and Women's Hospital.

El trabajo fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud (R01 NS096786, NINDS NIH RO1 NS027177-30, NIGMS 5P41 GM103412-29), la Fundación Keck, la Fundación NOMIS, el Departamento de Energía de EE. UU. (DE-SC0016469), NINDS Neuroscience Core (NS072031), la Fundación Waitt, la Fundación Chapman, Helmsley Charitable Trust, una beca posdoctoral de la Asociación Estadounidense de Diabetes (#1-18-PMF-007) y el Centro de Imágenes de Células y Tejidos del Institut Curie (PICT), miembro de la Infraestructura Nacional de Bioimagen de Francia (ANR-10-INBS-04).

DOI: 10.1016 / j.cmet.2019.05.010