¿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 longevidad extrema, lo que genera información sobre enfermedades asociadas con la edad.

LA JOLLA: Los científicos alguna vez pensaron que las neuronas, o posiblemente las células cardíacas, eran las células más antiguas del cuerpo. Ahora, investigadores del Instituto Salk han descubierto que el cerebro, el hígado y el páncreas de los ratones contienen poblaciones de células y proteínas con vidas extremadamente largas, algunas tan antiguas como las neuronas. Los hallazgos, que demuestran “mosaicismo de edad”, se publicaron en 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 vitalicia de las células no divisoras y cómo las células pierden el control sobre la calidad e integridad de las proteínas y las estructuras celulares importantes durante el envejecimiento.

“Nos sorprendió bastante encontrar estructuras celulares que son esencialmente tan antiguas como el organismo en el que residen”, afirma el Vicepresidente y Director Científico de Salk. Martín Hetzer, autor principal y profesor. “Esto sugiere una complejidad celular aún mayor de lo que imaginábamos y tiene implicaciones intrigantes sobre cómo pensamos sobre el envejecimiento de órganos, como el cerebro, el corazón y el páncreas”.”

La mayoría de las neuronas en el cerebro no se dividen durante la adultez y, por lo tanto, experimentan una larga esperanza de vida y un declive relacionado con la edad. Sin embargo, en gran medida debido a limitaciones técnicas, ha sido difícil determinar la esperanza de vida de las células fuera del cerebro.

“Los biólogos se han preguntado: ¿qué edad tienen las células en un organismo? Existe esta idea general de que las neuronas son viejas, mientras que otras células en el 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, las usaron como una “línea de base de edad” para comparar otras células no divisibles. El equipo combinó el marcado isotópico de electrones con un método de imagen híbrido (MIMS-EM) para visualizar y cuantificar la edad celular y proteica y la renovación en el cerebro, páncreas e hígado de 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 viejas como el organismo. Sin embargo, sorprendentemente, las células que recubren los vasos sanguíneos, llamadas células endoteliales, también eran tan viejas como las neuronas. Esto significa que algunas células no neuronales no se replican ni se reemplazan a sí mismas durante toda la vida.

El páncreas, un órgano responsable de mantener los niveles de azúcar en sangre y secretar enzimas digestivas, también mostró células de diferentes edades. Una pequeña porción del páncreas, conocida como los islotes de Langerhans, se presentó 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 vivieron mucho tiempo, de forma similar a las neuronas. Otro tipo de célula, llamada célula delta, no se dividió en absoluto. El páncreas fue un claro ejemplo 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 adultez, 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 tenían la misma edad que el animal, mientras que las células que recubren los vasos sanguíneos y las células tipo estrellado, otro tipo de célula hepática, vivían mucho menos. Así, inesperadamente, el hígado también demostró mosaicismo de edad, lo que apunta a nuevas vías potenciales de investigación regenerativa para este órgano.

A escala molecular, una selección de las células longevas observadas contenía complejos proteicos que mostraban mosaicismo de envejecimiento. Por ejemplo, los cilios primarios (apéndices parecidos a pelos en el exterior de las células) de las células beta del páncreas y las neuronas contenían regiones proteicas de duraciones de vida muy diferentes. En marcado contraste, las células del hígado no contenían ninguna proteína longeva.

“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 junto con Hetzer. Su laboratorio, el Centro Nacional de Investigación de Microscopía e Imágenes, desarrolló y proporcionó los nuevos métodos de imagen tisular para microscopía multiescala y multimodal correlacionada. Estos métodos proporcionaron las nuevas tecnologías habilitadoras que permitieron llevar a cabo este estudio.

“Determinar la edad de las células y las estructuras subcelulares en organismos adultos proporcionará nuevas perspectivas sobre los mecanismos de mantenimiento y reparación celular 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 declive relacionado con la edad de los órganos con renovación celular limitada”.”

A continuación, los autores planean descifrar la diferencia en la longevidad de los ácidos nucleicos y los lípidos. También quieren entender cómo el mosaicismo de la edad se relaciona 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 National Institutes of Health (R01 NS096786, NINDS NIH RO1 NS027177-30, NIGMS 5P41 GM103412-29), la Keck Foundation, la NOMIS Foundation, el Departamento de Energía de EE. UU. (DE-SC0016469), NINDS Neuroscience Core (NS072031), la Waitt Foundation, la Chapman Foundation, el Helmsley Charitable Trust, una beca postdoctoral de la American Diabetes Association (#1-18-PMF-007) y el Cell and Tissue Imaging Facility del Institut Curie (PICT), miembro de la France BioImaging National Infrastructure (ANR-10-INBS-04).

DOI: 10.1016/j.cmet.2019.05.010