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Archive for the ‘Las causas moleculares del envejecimiento’ Category

Fuente de la Eterna Juventud en Quo


Recientemente Jorge Alcalde, director de la revista de divulgación científica Quo, se puso en contacto conmigo para conocernos y explorar la posibilidad de establecer una colaboración con la revista. Fruto de ese primer encuentro se publica ahora en el número de Junio de la revista mi primera colaboración, con un artículo dedicado al concepto de “edad biológica” frente al de “edad cronológica”.

Todos sabemos de la importancia de nuestro aspecto físico exterior, especialmente dentro de nuestra cultura latina, en donde muchas veces la apariencia lo es todo. Una de las características fundamentales que a partir de cierta edad buscamos, es la de aparentar menos años de los que tenemos. Ya lo dijo el ilustre Quevedo en el Siglo de Oro español, “todos anhelamos llegar a viejos, pero todos negamos haber llegado”. Los signos del envejecimiento son percibidos por la mayoría como elementos de decrepitud e incapacidad, y pese a valorar positivamente los conocimientos y la experiencia de nuestros ancianos, la presencia de arrugas en nuestra piel son un recuerdo del inexorable paso del tiempo y un aviso de nuestra aproximación a un periodo de nuestra vida incierto y que tememos lleno de disfuncionalidad. Por eso, nos enorgullecemos cuando nos encontramos con antiguos compañeros a los que a lo mejor hace décadas que no vemos y nos dicen “por ti no pasan los años, estás como siempre”. Aunque lo cierto es que aún nos satisface más comprobar que aquel compañero de universidad, o aquella amiga del colegio, muestran claros signos del paso del tiempo comparados con nosotros.

Pero el aspecto físico externo no es un indicador fiable del estado de salud interno. Gente de magnífico aspecto exterior cae fulminada tras un ataque cardiaco o sufre una embolia cerebral incapacitante. Cuando vamos a comprar un automóvil de segunda mano sabemos que no debemos guiarnos únicamente por el aspecto exterior, puesto que la carrocería puede estar muy bien, estamos muy bien de chapa; pero el motor … el carburador, los manguitos, la batería, etc, hacen aguas y muestran la verdadera edad del automóvil.

Desde hace años surgió por todo ello el concepto de “edad biológica” en contraposición al más habitual de “edad cronológica”. Todos entendemos de una manera intuitiva lo que representa la edad cronológica, puesto que estamos familiarizados con la convención universal de medida del tiempo y solemos contar el paso del mismo en años desde la fecha de nuestro nacimiento. Es un criterio administrativo de gran importancia que marca hechos trascendentales en nuestra vida como pueda ser el derecho al voto o la jubilación. Aunque quizás en estos momentos hacer referencia a la jubilación como ejemplo, sirva más para ilustrar el carácter relativo del tiempo. Tiene por tanto un valor social o legal más que biológico.

El concepto de edad biológica, sin embargo, es más reciente y difícil de precisar, puesto que no sabremos dónde mirar para encontrar una respuesta a la pregunta “¿cuál es tu edad biológica?”. La edad biológica sería la relativa al estado funcional de nuestros tejidos y órganos. Es por tanto un concepto fisiológico. Determinar con precisión nuestra edad biológica puede ayudarnos a entender y prevenir futuros problemas de salud relacionados con enfermedades asociadas al envejecimiento, tales como las enfermedades cardiovasculares, la diabetes, la osteoporosis o el cáncer. Sin embargo, del mismo modo que sabemos que la edad cronológica y la biológica no tienen por qué ir necesariamente de la mano, y un aspecto exterior juvenil no tiene por qué estar relacionado con un edad joven, y viceversa, la edad biológica no tiene por qué ser igual para cada tejido u órgano de nuestro organismo. Dependiendo de las características propias de nuestros tejidos y del uso (o maluso) dado a cada uno de ellos, podemos tener un corazón joven, pero unos riñones ancianos; o un sistema inmune debilitado y una mente despejada. Entonces, ¿cuál sería el calendario o el reloj en donde poder consultar nuestra edad biológica? Son muchos los parámetros fisiológicos que se han propuesto como reflejo exacto del estado de salud de nuestros organismo. Uno de los problemas de partida en la búsqueda de biomarcadores del envejecimiento es establecer un patrón de referencia a una determinada edad que sirva para comparar los datos que obtengamos de mediciones posteriores. ¿Cómo sabremos a partir de qué medida entramos en una condición de envejecimiento o no? ¿Cómo sabremos si nuestro biomarcador nos indica que hemos superado la barrera del estado saludable para internarnos en el área de la patología?

Pero antes de nada debemos intentar precisar más cómo podemos determinar nuestra edad biológica. Quizás podamos rellenar alguno de los múltiples cuestionarios online que se ofrecen en internet como método infalible para el cálculo de nuestra edad biológica o, visto desde otra perspectiva, cuántos años de vida nos quedan por delante. O podemos acudir a una de las clínicas que proliferan especializadas en el tratamiento “antiaging” y que, como primer paso, nos someterán a todo tipo de determinaciones de metabolitos en sangre y medida de niveles de hormonas. Las pruebas analíticas metabólicas a partir de muestras de sangre son las habituales a las que estamos familiarizados cada vez que nuestro médico solicita un análisis de sangre para comprobar de manera general cuál es nuestro estado de salud. Sin duda serán útiles para comprobar cómo nos encontramos físicamente, pero realmente no atienden a ningún aspecto concreto derivado del envejecimiento. Si bien es cierto que podemos establecer una relación entre peores parámetros analíticos durante la vejez, no es menos cierto que podemos encontrar ancianos con niveles envidiables de colesterol, azúcar, etc. Las medidas de niveles hormonales por su parte están muy de moda, puesto que es bien conocido que los niveles de estrógenos, testosterona o de hormona de crecimiento disminuyen claramente con la edad, especialmente cuando superamos la cuarentena, edad en la casi todos experimentamos un súbito interés por estos temas relacionados con el envejecimiento. No obstante, su relación con el proceso de envejecimiento no es clara y poseen un peligroso perfil al que posiblemente derivemos en un futuro próximo si no sabemos ponerle coto a tiempo. Siguiendo el camino ya andado en países como Estados Unidos, que siempre actúan a modo de bola de cristal en la que consultar cuál puede ser nuestro futuro como sociedad, podemos terminar asistiendo al triste espectáculo de terapias antienvejecimiento a base de inyecciones hormonales en clínicas incontroladas, en lo que podría terminar siendo una Operación Puerto Edición Tercera Edad. Las clínicas más esotéricas puede que incluso decidan medir nuestros campos y flujos energéticos, procedentes de no-se-sabe qué energías. En contraposición a estas cuestionables prácticas, ¿qué biomarcadores de envejecimiento propone la ciencia?

Todo lo que siempre quiso saber sobre el resveratrol y no se atrevía a preguntar 2


El resveratrol es una fitoalexina, es decir, un compuesto antimicrobiano que se sintetiza y acumula en plantas en altas concentraciones, como respuesta a agresiones como las causadas por infecciones bacterianas o fúngicas, y que ayudan a limitar la dispersión del patógeno. Químicamente, es un polifenol, pertenece a un grupo de sustancias químicas caracterizadas por la presencia de más de un grupo fenol por molécula. Pertenece a la familia de los flavonoides, una extensa familia de polifenoles (otros miembros de la familia son las antocianidinas, los flovonoles, las flavonas, las isoflavonas, etc) sintetizados por muchos vegetales (como el té, los pimientos, las manzanas, las cebollas, las legumbres, etc) y que han sido objeto de estudios en relación con los efectos saludables de las dietas ricas en frutas y verduras. El propio resveratrol había sido estudiado previo a su ascensión a los cielos del olimpo de productos antienvejecimiento, por sus posibles efectos beneficiosos para la salud.

Pero lo que marcó un cambio drástico en su popularidad fue el anuncio, a bombo y platillo, con focos y cámaras, por parte del científico de origen australiano David Sinclair, en la actualidad co-director de los “Paul F. Glenn Laboratories for the Biological Mechanisms of Aging” en Harvard Medical School, de sus supuestos efectos prolongadores de la vida. ¿En qué se basaba Sinclair para adjudicar dichos efectos antienvejecimiento al resveratrol? Todo empezó en el 2003 con una publicación nada menos que en la revista Nature, en la que Sinclair describía su hallazgo de que el resveratrol era un potente activador de las sirtuinas y mimetizaba el efecto de la restricción calórica prolongando extraordinariamente la longevidad de la levadura, Saccharomyces cerevisiae. ¿Pero qué son las sirtuinas y en qué consiste la restricción calórica?

Clive McCay

Clive McCay

La intervención más efectiva en el retraso del envejecimiento de organismos muy diversos es la restricción calórica, consistente en reducir la ingesta de calorías en la dieta sin caer en la malnutrición. Desde los años 30 del siglo pasado, y comenzando con los trabajos de Clive McClay de la Universidad de Cornell, quien demostró que ratas alimentadas con dieta baja en calorías vivían hasta el doble que el grupo de ratas alimentadas ad libitum (es decir, sin restricciones y hasta saciarse), la investigación en restricción calórica y su efecto en longevidad ha experimentado una enorme popularidad. Son muchos los distintos organismos en los que se ha podido demostrar un efecto positivo de la restricción calórica sobre la longevidad. Pese a ello, algunos investigadores han criticado los famosos estudios con ratas y ratones, indicando que en realidad lo que demuestran es que la alimentación en laboratorio de los animales de experimentación no es la adecuada y termina causando problemas de salud y muerte prematura. Según éstos, reducir la ingesta de alimento sitúa a los animales en una contexto más próximo a la realidad que encuentran en la naturaleza. Más aún, según algunos trabajos, la restricción calórica no es beneficiosa en todas las cepas de ratones y cuando se realiza un estudio exhaustivo con un elevado número de ratones de diversas cepas, lo que se observa es que no se produce un beneficio generalizado, e incluso se puede observar un perjuicio para la salud provocado por dicha restricción calórica.

En cualquier caso, los supuestos beneficios de la restricción calórica no están aún demostrados en humanos y podrían ser poco más que modestos en lo relativo a prolongar la vida. No obstante, estos prometedores resultados de laboratorio han convencido ya a algunos hasta el punto de someterse a la tiranía de la balanza y la calculadora en lugar predominante en la mesa, junto a tenedor y cuchillo, en la convicción cuasi-religiosa, de que han encontrado el camino de la verdad hacia la vida eterna. Esta práctica no presenta pocos problemas, puesto que restringir el número de calorías, especialmente en las personas de edad avanzada, supone un grave riesgo de pérdida de masa muscular y ósea, lo cual puede ponerles en una situación de debilidad a tener en cuenta. Por ello conviene ser cautos con este tipo de intervenciones que juegan con la dieta y pueden resultar más perjudiciales que beneficiosas.

¿Restricción calórica?

Pese a todas estas dudas sobre la efectividad de la restricción calórica prolongando la vida, y tras los primeros resultados espectaculares que mostraban la maleabilidad del proceso de envejecimiento en organismos modelo, la investigación biomédica ha tratado de dilucidar el mecanismo molecular responsable del beneficio sobre la salud y la longevidad de la restricción calórica, aportando nuevos datos interesantes cada día, pero también generando disputas y desencuentros entre la comunidad científica, a cuenta de cuáles son las vías de señalización responsables de llevar a cabo la prolongación de la vida tras restricción calórica. El interés comercial es evidente; si supiésemos qué moléculas y qué rutas son las importantes, podríamos lanzarnos a encontrar/desarrollar fármacos que mimeticen el beneficio de la restricción calórica, sin dejar de atiborrarnos a hamburguesas y pizza (según los más críticos con esta aproximación), o sin someterse a unas dietas peligrosas e inviables (según los más favorables). Algunos investigadores apoyan la implicación de la ruta de la insulina en este efecto, otros hablan del estrés oxidativo generado por el exceso de calorías, muchos se decantan por el papel protagonista de la familia de las sirtuinas, … Tanto es así, que recientemente asistimos en la revista Science a un interesante debate a cuenta de una publicación previa en la misma revista, de un artículo de revisión sobre las vías moleculares conservadas a lo largo de las distintas especies e implicadas en el incremento de la longevidad por restricción calórica. Los autores de dicha revisión especularon con las posibles vías que podrían ser responsables de ese beneficio, obviando sorprendentemente la vía de las sirtuinas, para desagradable sorpresa y enojo de no pocos destacados investigadores, que en respuesta decidieron escribir una carta de protesta a la revista Science. ¿Quiénes son estas debatidas sirtuinas?

Lenny Guarente

Las sirtuinas son una familia de genes que codifican enzimas con actividad deacetilasa (eliminan el grupo acetilo que en ocasiones se añade a algunas proteínas para modular su actividad) y con ello son capaces de alterar la actividad de muchas proteínas con distinta función en la célula. Un conjunto de proteínas cuyo estado de acetilación es especialmente importante para determinar su función, es el de las histonas, proteínas que se asocian al ADN (la molécula que porta la información de la vida) y regulan el grado de “accesibilidad” a la información genética y con ello la expresión o no de ciertas regiones genómicas. En levadura, los genes SIR, y en particular el gen SIR2 (de “Silent mating type Information Regulation 2”), fueron señalados como capaces de aumentar de manera espectacular el periodo de vida cuando se aumenta de forma experimental su expresión. Este trabajo se llevó a cabo fundamentalmente en el laboratorio de Lenny Guarente, del MIT, con la destacada participación de los entonces estudiantes de doctorado, Brian Kennedy y Matt Kaeberlein, ambos en la actualidad en la Universidad de Washington de Seattle. Una serie de artículos en revistas de primer orden avanzó de manera rápida durante el cambio de milenio, en el establecimiento de la importancia de las sirtuinas como deacetilasas que controlan el silenciamiento de ciertas regiones del genoma que se expresan durante el envejecimiento celular. Se identificó además al balance NAD+/NADH como modulador de la actividad de SIR2 y se estableció a SIR2 como el mediador del efecto prolongador de la longevidad causado por la restricción calórica en la levadura. El citado balance NAD+/NADH se ha propuesto como un reflejo de la actividad nutricional de la célula por lo que, cerrando el círculo, la restricción calórica altera el balance NAD+/NADH celular, lo que deriva en la activación de las sirtuinas, que modifican el estado de acetilación de las histonas (y otras proteínas diana), y con ello se favorece el patrón transcripcional “joven” frente a “viejo”. Todo ello en levadura, pero los análisis posteriores elevaron aún más el entusiasmo, puesto que SIR2 está conservado (tiene genes que parecen ser parientes más o menos cercanos) en todos los organismos analizados hasta llegar incluso al ser humano. Esto sugería que un mecanismo básico de la vida, el del control del envejecimiento, podía existir en organismos muy alejados evolutivamente. Algo así facilitaría enormemente nuestro entendimiento del proceso de envejecimiento y nos permitiría ensayar fácilmente terapias y productos que lo retrasen. ¿Han respondido las sirtuinas a las expectativas creadas?

(Para ver la primera entrada de esta serie, ir aquí)

Reprogramando la progeria


Hace unos meses teníamos ocasión de comentar cómo la investigación básica resultaba determinante en el avance hacia posibilidades terapéuticas reales para enfermedades tan devastadoras como los síndromes de envejecimiento prematuro, las progerias (ver esta entrada anterior del blog). El síndrome de Hutchison-Gilford (o HGPS), la progeria más común, es una enfermedad de base genética producida por mutaciones en el gen LMNA que codifica para la proteína lamin A. Esta lamin A es un componente esencial de la lámina nuclear, que es una estructura fundamental para mantener una correcta arquitectura nuclear. Las mutaciones en el gen LMNA llevan a la producción de una lamin A defectiva que no se procesa correctamente. Esta proteína se sintetiza primero como “pre-lamin A“; posteriormente se farnesila (se le añade un grupo lipídico, farnesilo), lo que le sirve para anclarse a la membrana del núcleo; y finalmente se corta gracias a la acción de una proteasa (una enzima que reconoce una secuencia específica y da un corte). Sólo entonces tenemos lamin A funcional.

 Como decía, las mutaciones en LMNA resultan en un proteína pre-lamin A que se farnesila, se ancla a la membrana, pero no puede ser cortada por la proteasa debido a que la secuencia alterada en los pacientes es justo la que reconoce como diana la proteasa responsable del paso final de procesamiento de la proteína. Esto lleva a que esa proteína defectuosa se quede anclada en la membrana nuclear en lo que se conoce como “progerina” o proteína de la progeria. Esa acumulación es la que resulta tóxica para las células de los pacientes, ya que acaba por causar la desorganización de la estructura de los núcleos y, con ello, altera las funciones fundamentales que realiza este centro de operaciones celular. El resultado final es envejecimiento acelerado y los pacientes fallecen sin superar los 13 años como viejecitos cuando aún son niños. Es una enfermedad devastadora.

Colonia de células madre en cultivo

Comentamos también en este blog anteriormente, el espectacular avance que supone la técnica de reprogramación a célula pluripotente inducida (o célula iPS), descrita por Shinya Yamanaka en el año 2006 (ver la entrada “Escalando la pendiente de la pluripotencialidad”) La reprogramación celular a célula pluripotente inducida permite retrasar el reloj del desarrollo de una célula (ojo, no confundir con el reloj temporal) con sólo añadirle 3 (originalmente 4) factores, los genes embrionarios Sox2, Klf4 y Oct4 (originalmente también el gen c-Myc formaba parte del “cocktail reprogramador”). Es decir, cualquier célula diferenciada, adulta, puede volver hacia atrás en la senda del desarrollo que siguió desde que formaba parte del embrión, hasta convertirse en “algo” muy similar a una célula madre embrionaria (ES) con sólo añadirle estos factores de reprogramación. Desde que se describió esta técnica, el mundo científico anda revolucionado por las evidentes posibilidades que esta tecnología promete hacer realidad. Tener en la mano la posibilidad de devolver al estado embrionario cualquier célula adulta y, desde ahí, encaminarla de nuevo hacia un tipo celular (el mismo de origen u otro distinto) guiándola de la mano en el laboratorio nos permitiría obtener cualquier tejido adulto para reemplazar tejido dañado, haciéndolo además a partir de células del propio paciente, obviando problemas de compatibilidades, rechazos, etc.

Un ejemplo de la teórica utilidad de las células iPS fue aportado por el Dr Juan Carlos Izpisúa, del Salk Institute de la Jolla en San Diego, California, y del Centro de Medicina Regenerativa de Barcelona, cuando publicó en Nature en el 2009 la reprogramación a iPS de células de pacientes de la anemia de Fanconi tras haber corregido el defecto genético que portan esas células para, posteriormente, diferenciar esas iPS corregidas a célula de la sangre, que son las células afectadas en la anemia de Fanconi. Teóricamente entonces, se podría hacer una transfusión de células sanguíneas corregidas procedentes de las dañadas del propio paciente (“teóricamente” aún).

Otra de las posibilidades que ofrece esta tecnología de reprogramación a célula iPS es la de contar con un verdadero banco de pruebas en donde ensayar la actividad de miles de compuestos sobre células en cultivo que son idénticas a las presentes en la enfermedad. Para muchas enfermedades esto sería un lujo que abriría muchas posibilidades terapéuticas.

Por último, contar con la posibilidad de recrear todo el proceso de la enfermedad en una placa de cultivo, desde el estadio embrionario hasta la célula adulta que refleja el problema y causa la patología, ofrece una oportunidad única de estudio de la enfermedad.

Juan Carlos Izpisía (izq) y Alan Colman (der)

Pues bien, se publica ahora en Nature por parte del grupo de Juan Carlos Izpisúa, e independientemente en Cell Stem Cell por el grupo de Alan Colman, del A*STAR Institute of Medical Biology de Singapur, que se han conseguido reprogramar a células iPS, células procedentes de la piel de pacientes de HGPS. Estas células de la piel, fibroblastos, de HGPS no pueden ser crecidas en cultivo mucho tiempo porque en seguida “envejecen“, entran en lo que se conoce como senescencia celular, para muchos un reflejo celular de lo que es el envejecimiento del organismo. Del mismo modo que estos pacientes envejecen prematuramente, sus células en cultivo parecen también estar mucho más predispuestas a dejar de dividirse y “senescer“. Eso dificulta tener material en cultivo sobre el que analizar el efecto de potenciales fármacos.
Cuando estos grupos de investigadores añadieron los genes de reprogramación a esos fibroblastos de HGPS antes de que se parasen, las células volvieron atrás en su desarrollo hasta células iPS, es decir, a células embrionarias. Las células embrionarias NO expresan de manera normal el gen LMNA, el de la lamin A, por lo que las células así generadas son normales, crecen felices en cultivo y se pueden expandir. Al analizarlas, los investigadores comprobaron que no se acumula progerina, ni existen defectos típicos de las células de HGPS.
Cuando esas células iPS de HGPS se diferencian en el laboratorio a células de músculo liso por ejemplo, las células empiezan a expresar de nuevo lamin A mutante, se acumula progerina y las células entran en senescencia celular, envejecen.

Por todo esto, siguiendo el primero de los puntos del potencial terapéutico asociado a las iPS que comentamos antes, los investigadores proponen que ahora sería posible corregir el defecto genético (antes o después de reprogramar a iPS), diferenciar a un tipo celular dañado en el paciente y con las células generadas realizar una especie de autotransplante. Siguiendo el segundo punto del potencial terapéutico de las iPS, ahora se pueden probar librerías de compuestos farmacológicos en las células diferenciadas a partir de iPS de HGPS para tratar de encontrar “algo” que resulte beneficioso para las células, con la esperanza de que se pueda convertir en un tratamiento eficaz contra la enfermedad. Con respecto al tercer punto, es evidente que si se tienen esas iPS de HGPS, ahora se puede recrear en una placa de cultivo todo el proceso de la enfermedad y analizar en mayor detalle todas sus fases. Sin duda, tres posibilidades que se abren muy prometedoras en la investigación de la progeria.

Estructura nuclear normal de célula sana (arriba) frente a desorganizada de célula HGPS (abajo)

¿Pero, qué tiene todo esto que ver con el envejecimiento natural? En teoría, el estudio de los síndromes de envejecimiento prematuro puede ofrecer una visión sobre el proceso natural de envejecimiento. Pero esto es algo muy controvertido. No está claro que lo que sucede en una persona que muestra signos (algunos) de envejecimiento drásticos debido a un defecto genético concreto, nos pueda aportar toda la información relevante con respecto al complejo proceso multifactorial del envejecimiento. Hay investigadores que han comenzado a seguirle la pista a la lamin A en células de personas sanas, a lo largo del envejecimiento, y es posible que tenga algún papel, pero no está claro que sea un factor determinante. Del mismo modo que hay gente investigando HGPS para entender mejor el envejecimiento natural, Izpisúa y Colman proponen también que usando sus iPS de HGPS podremos entender mejor el envejecimiento natural. De ahí que como se han hecho eco algunos medios de comunicación, Izpisúa haya declarado: “estudiaremos en 15 días un proceso que lleva 80 años“. Sin duda, un titular muy llamativo.

Actualización: Para oir mi intervención en esRadio comentando este artículo y otro relacionado con el ejercicio físico (ver esta entrada) pueden acceder al audio aquí (a partir del minuto 12).

- El artículo original del grupo de Juan Carlos Izpisúa en Nature:

Liu GH, Barkho BZ, Ruiz S, Diep D, Qu J, Yang SL, Panopoulos AD, Suzuki K, Kurian L, Walsh C, Thompson J, Boue S, Fung HL, Sancho-Martinez I, Zhang K, Iii JY, & Belmonte JC (2011). Recapitulation of premature ageing with iPSCs from Hutchinson-Gilford progeria syndrome. Nature PMID: 21346760

- El artículo del grupo de Alan Colman en Cell Stem Cell:

Zhang J, Lian Q, Zhu G, Zhou F, Sui L, Tan C, Mutalif RA, Navasankari R, Zhang Y, Tse HF, Stewart CL, & Colman A (2011). A human iPSC model of Hutchinson Gilford Progeria reveals vascular smooth muscle and mesenchymal stem cell defects. Cell stem cell, 8 (1), 31-45 PMID: 21185252

- Más información sobre la progeria en la página de la “Progeria Research Foundation”: http://www.progeriaresearch.org/

Correr para no envejecer


Todos hemos oído en múltiples ocasiones lo beneficioso que resulta para la salud la práctica de ejercicio físico moderado y continuo. Numerosas voces autorizadas se afanan en convencernos de que deberíamos ser más activos físicamente y que una gran cantidad de nuestros problemas de salud se derivan de una vida sedentaria y un exceso de ingesta energética en la dieta. La sabiduría popular resume estos consejos con un contundente “menos plato y más zapato” o derivados de mayor o menor acierto poético.

Efectivamente existen numerosos estudios epidemiológicos que corroboran las bondades del ejercicio físico moderado y continuo como forma de reducir el riesgo de sufrir enfermedades crónicas, e incluso como medida capaz de aumentar nuestra esperanza de vida (concepto que espero sea ya familiar para los lectores habituales de este blog). Por desgracia, estos estudios epidemiológicos sólo nos hablan de la correlación existente entre ejercicio físico y salud, pero no nos pueden lógicamente aportar un conocimiento más detallado de los mecanismos moleculares subyacentes en esta relación beneficiosa.

Uno de los efectos conocidos del ejercicio físico moderado y continuo es la inducción de biogénesis mitocondrial, y este efecto ha sido asociado con la mejor salud, el menor riesgo de sufrir enfermedades y la mejora de la calidad de vida que produce el ejercicio. Pero, ¿de qué estamos hablando cuando decimos que se induce la biogénesis mitocondrial?

Comencemos repasando las oxidadas clases de biología celular (si las hubiere) diciendo que la mitocondria es un orgánulo celular especializado en la producción de energía. Son las factorías de la célula en donde el alimento es transformado, mediante el proceso de respiración, en una molécula, el ATP, que almacena energía de una forma utilizable por la maquinaria celular. La mitocondria es un ente diferenciado del resto de la célula, presente en el citoplasma y aislado (o comunicado, según se quiera ver) del resto de la maquinaria celular por una doble capa lipídica y que posee incluso su propio ADN en forma de varias cadenas circulares. Todas estas características la asemejan a una bacteria y de hecho se especula desde hace tiempo con la posibilidad de que la célula eucariota surgiera en la evolución por un proceso de endosimbiosis. Según esta teoría, una bacteria, capaz de obtener energía mediante la oxidación de moléculas orgánicas empleando el oxígeno molecular, quedó de alguna manera englobada dentro de una célula, quizás tras ser fagocitada de manera incompleta (sin ser digerida). El resultado de este “accidente” pudo beneficiar a ambas partes, con la bacteria englobada dentro de un rico ambiente que ofrecía protección y barra libre de nutrientes a cambio de monedas moleculares repletas de energía, el ATP, para la célula hospedadora. Vistas hoy en día, las mitocondrias sin duda se asemejan a las bacterias que conocemos en tamaño, estructura y componentes. A lo largo de la evolución, las mitocondrias han “optado” por transferir gran parte de los genes codificados en su molécula de ADN al centro de mando celular, el núcleo, englobando su información genética con la del resto del genoma celular, pero mantienen como decíamos sus propias moléculas de ADN de forma circular y que emplea su propio código genético, ambas, características bacterianas.

El mal funcionamiento de las mitocondrias da lugar a las denominadas enfermedades mitocondriales (más de 150), tales como la enfermedad de Luft o la neuropatía óptica hereditaria de Leber. Durante el envejecimiento, el número y la actividad de las mitocrondrias disminuye, y varios científicos especulan con la hipótesis de que esta disminución mitocondrial está en la base de muchas de las disfunciones propias del envejecimiento como el cáncer, la obesidad, la osteoporosis, la demencia senil, etc. Además de tener menos mitocondrias, el ADN de este orgánulo, al igual que el del núcleo celular, acumula mutaciones, lo que muchos relacionan de nuevo con el envejecimiento. Existen modelos experimentales de ratón en los que se han modificado procesos clave para el mantenimiento e integridad de las mitocondrias y que resultan en fenotipos de envejecimiento prematuro. Uno de ellos, por ejemplo, consiguió alterar la enzima ADN polimerasa gamma (POLG), la encargada de realizar la copia del ADN mitocondrial, de manera que su capacidad correctora de pruebas (todas las polimerasas son “humanas” y cometen errores que han de ser subsanados) era deficiente. Como resultado, el ADN mitocondrial de estos ratones acumula mayor número de mutaciones, más rápidamente. A los seis meses de vida, estos animales presentan alopecia, canas, pérdida de peso, movilidad reducida, etc, signos inequívocos de envejecimiento prematuro.

Mark Tarnopolsky

Recientemente, investigadores de la Universidad McMaster en Ontario, Canadá, dirigidos por Mark A. Tarnopolsky, decidieron poner a prueba los beneficios del ejercicio físico moderado frente al envejecimiento utilizando para ello estos ratones mutadores del ADN mitocondrial, deficientes en POLG. Cuando los animales cumplieron los tres meses de edad, fueron llevados al gimnasio del animalario del centro de investigación provistos de su correspondiente equipación deportiva y, tras un adecuado breve periodo de calentamiento, se les puso a correr. En concreto, los POLG deportistas corrieron 15 metros por minuto, durante 45 minutos, 3 veces por semana (si los cálculos no me fallan, unos 2 km semanales), y hasta que cumplieron los ocho meses de edad, una edad a la que los síntomas de envejecimiento prematuro ya eran más que evidentes en sus hermanos POLG sedentarios.

Cuando se compararon los animales tras estos 5 meses de ejercicio físico, los POLG deportistas resultaban indistinguibles de animales sin defecto genético, mientras que los POLG sedentarios mostraban todos los problemas esperables por su alteración genética. Se sometió a estos animales a test de ejercicio exhaustivo progresivo y, de nuevo, los POLG deportistas se comportaron como ratones sin defecto mitocondrial. Pero, el defecto genético está ahí, no se ha evaporado. Estamos hablando de unos animales cuyo genoma ha sido manipulado con precisión quirúrgica para que porten ese defecto genético preciso. ¿Cómo consigue el ejercicio físico moderado que este defecto genético no resulte en el envejecimiento prematuro esperado?

Deportista a la izquierda, sedentario a la derecha

Es en este momento cuando retornamos a la pregunta planteada al principio de esta entrada, cuando nos planteamos qué es la biogénesis mitocondrial. Pues bien, cuando los investigadores examinaron los tejidos de estos animales POLG deportistas encontraron que eran, de nuevo, indistinguibles de los procedentes de ratones sin defecto genético. Pero lo más importante es que sus células contenían un elevado número de mitocondrias que mantenían una morfología normal, mostraban un ADN mitocondrial menos mutado y su función era la adecuada. Una de las consecuencias últimas que determinan el estado patológico de los ratones con defectos mitocondriales es la inducción sistémica (generalizada en todos los tejidos del organismo) del proceso de apoptosis, o suicidio celular. Los ratones POLG deportistas tenían unos niveles de apoptosis normales, comparados con sus hermanos POLG sedentarios, lo que podría explicar la ausencia de patologías en los que se habían ejercitado. Se sabe que la mitocondria juega un papel crucial en la regulación del proceso de apoptosis y quizás por ello mantener unas mitocondrias sanas resulte tan protector.

Cinta deportiva para ratones

Por tanto, los investigadores de este estudio demostraron que el ejercicio físico había inducido una respuesta adaptativa que consistió en la generación de más mitocondrias que consiguieron compensar el declive progresivo habitual durante el envejecimiento y que, en el caso de los ratones POLG, es crítico debido a su defecto genético. Se desconoce en la actualidad cuáles son las rutas moleculares inducidas por el ejercicio físico que promueven este efecto beneficioso, pero son enormes los intereses que existen por desarrollar intervenciones nutricionales o farmacológicas basadas en compuestos que logren activar estas rutas y con ello podamos obtener el beneficio del ejercicio moderado sin mover un solo músculo, aspiración general en la especie humana, en contraste con lo que sucede en los ratones.

Para someter a ejercicio físico a los ratones en laboratorio, se emplean unas cintas de correr similares a las de los gimnasios que poseen en su extremo inicial una placa que lanza una pequeña descarga eléctrica cada vez que el animal se queda quieto y como consecuencia es arrastrado al inicio de la cinta. De ese modo, los ratones se emplean menos en la actividad física y corren únicamente por obligación. Otra alternativa es la clásica rueda de correr, como la que se usa con los hamsters. De ese modo, los ratones corren felices sin importarles el tiempo que pasan ejercitándose. Todo lo contrario a los humanos, que aún teniendo pruebas científicas del beneficio del ejercicio físico no nos movemos del sofá si no es porque se haya acabado la cerveza.

Para ver un vídeo de cómo se comportan los ratones POLG deportistas frente a sus hermanos sedentarios, pinchar aquí.

Para oir mi intervención en esRadio comentando este artículo y otro relacionado con la progeria (ver esta entrada) pueden acceder al audio aquí (a partir del minuto 12).

El artículo original:

Safdar, A., Bourgeois, J., Ogborn, D., Little, J., Hettinga, B., Akhtar, M., Thompson, J., Melov, S., Mocellin, N., Kujoth, G., Prolla, T., & Tarnopolsky, M. (2011). Endurance exercise rescues progeroid aging and induces systemic mitochondrial rejuvenation in mtDNA mutator mice Proceedings of the National Academy of Sciences DOI: 10.1073/pnas.1019581108

La longevidad del “sexo débil”


Si en la mente de algunos aún permanece la idea de que las mujeres constituyen el “sexo débil”, su mayor esperanza de vida (o longevidad) ofrece aún una razón más para cambiar de opinión. El lector habitual de este blog no necesitará una introducción al término esperanza de vida, pero si no es así le recomendamos una entrada anterior del blog como introducción.

Las mujeres tienen una esperanza de vida, a cualquier edad, más elevada que los hombres. Las diferencias se manifiestan incluso desde el útero, en donde un feto masculino tiene mayores probabilidades de no llegar a término. Se calcula que se conciben 124 fetos masculinos por cada 100 fetos femeninos. Esta diferencia queda reducida al nacer en 105 recién nacidos niño, frente a 100 niñas. En el caso de los partos prematuros, los bebés de tamaño extremadamente pequeño (aquellos que nacen por debajo de los 900 gramos) tienen mayor probabilidad de supervivencia si son niña que si son niño. Si nos situamos en el otro extremo del periodo de vida, hasta un 90% de aquellas personas que alcanzan los 110 años de edad (los denominados “supercentenarios”) son mujeres. Y si nos vamos por encima de los 120 años, sólo una persona (de manera verificable) logró alcanzar los 122 años y, como no podía ser de otra manera, fue una mujer, la francesa Jeanne Calment (sobre la cual puedes encontrar más información en esta otra entrada del blog.

En cualquier caso, es un hecho que los hombres lideran la clasificación de las principales causas de muerte en todos los apartados, lo que implica que no estamos ante un efecto distorsionador producido por una mayor prevalencia de una causa de muerte en particular entre los hombres.

Existen diversas teorías que tratan de explicar esta diferente longevidad de los sexos. Son muchos los que centran sus sospechas en factores socio-sanitarios. Los hombres han ocupado tradicionalmente puestos en la sociedad que los han situado en posiciones más expuestas a daños no intencionados (accidentes) o intencionados (violencia o guerras). Muchos se apresuran a encontrar la explicación en la tradicional separación de papeles por género: hombre trabajando fuera desarrollando una labor dura y estresante, mientras la mujer se ocupa “cómodamente” de las labores del hogar. Antes de que alguien golpee violentamente la pantalla de su inocente ordenador he de aclarar que, evidentemente, esto no es así. Nadie (confío) en su sano juicio puede pensar que la labor de nuestras madres o abuelas al frente del hogar familiar resultó más sencilla que la de nuestros padres o abuelos en sus ocupaciones fuera del mismo. De hecho, la convivencia familiar es más beneficiosa estadísticamente hablando para el hombre, que vive muchos más años si está casado que si vive sólo; que para la mujer, cuya longevidad se ve mínimamente alterada por el matrimonio. Además, la incorporación de la mujer al mercado laboral no ha traído consigo una disminución equiparable en la distancia en la esperanza de vida entre hombres y mujeres.

La anciana Jeanne Calment dejó de fumar a los 117 años

Otra explicación reside en que existe tradicionalmente un mayor consumo de sustancias nocivas (tabaco, alcohol, drogas) entre hombres que entre mujeres en la mayoría de las sociedades. Recientemente un estudio publicado por la revista Tobacco Control,  publicada en open access y perteneciente al prestigioso grupo del British Medical Journal, apuntaba al consumo de tabaco fundamentalmente, y de alcohol en menor medida, como responsable de esas diferencias de expectativa de vida entre hombres y mujeres. Según este estudio, el tabaco sería responsable de entre un 40 y un 60% de la diferencia de esperanza de vida entre hombres y mujeres, y el alcohol de entre un 10 y un 30%, según países. Los autores del trabajo resaltan la menor distancia entre hombres y mujeres en los países del norte de Europa y achacan dicha cercanía en las esperanzas de vida de ambos sexos a una incorporación de la mujer al consumo de tabaco y alcohol anterior a la producida en los países del sur europeo. Una predicción por tanto derivada de la asunción de que la diferente longevidad entre hombres y mujeres está fundamentalmente asociada al consumo de tabaco y alcohol, es que las distancias tenderán a disminuir sensiblemente en los próximos años.

Aún siendo razonable esta explicación (y no estando exenta de cierto acomodo con la visión generalizada actual de lo perjudicial que resulta el consumo de tabaco), no cabe duda de que existe “algo más”. Hay una indiscutible base biológica en la distinta longevidad de hombres y mujeres, puesto que esta diferencia es extensible a todas las especies de mamíferos estudiados (para los cuales se desconocen hábitos insalubres específicos entre los individuos macho).

La longevidad es un balance entre “daño” y “reparación”

¿Cuál es esta base biológica que establece una distinta longevidad entre sexos? Si entendemos el envejecimiento como un balance entre la cantidad de daño al que estamos expuestos y la capacidad de reparación de ese daño de nuestro organismo, deberíamos asumir que estando sometidos a los mismos factores que afectan a nuestro organismo, una distinta capacidad de reparación entre géneros podría ser responsable de esa distinta longevidad.

¿Qué sentido podría tener que un organismo femenino repare mejor el daño que uno masculino? Entrando, en mi opinión, en un área altamente especulativa, Tom Kirkwood, toda una autoridad de la biología molecular del envejecimiento y director del Institute for Ageing and Health de la Universidad de Newcastle en el Reino Unido, propone una explicación cercana a su conocida teoría del soma desechable.

Tom Kirkwood, promotor de la teoría del “soma desechable”

De modo resumido, esta teoría sobre el envejecimiento con tintes evolucionistas propone que un organismo está constituido por células germinales (reproductoras) inmortales y por células somáticas mortales. El soma es útil únicamente en cuanto que garantiza la reproducción y con ello la transmisión de la información genética presente en la línea germinal. Existe un equilibrio entre el gasto de recursos que son empleados en la reparación y el mantenimiento somático y los necesarios para la reproducción. Una vez garantizada la reproducción, el soma es desechado con la satisfacción del deber cumplido.

Pues bien, Tom Kirkwood especula que el organismo femenino ha evolucionado para ser más resistente, poseer mejores mecanismos de mantenimiento y reparación por ser el garante del éxito de la reproducción. El soma femenino sería pues, menos desechable. Por el contrario, y en una visión que agradará a más de una feminista, el organismo masculino cumple un papel en la reproducción mínimo y una vez realizado es desechable.

Tratamiento “anti-aging”

Existen algunas evidencias experimentales que apoyan estas teorías. Por ejemplo, existe una cierta correlación inversa entre fecundidad y longevidad en muchas especies (menor longevidad, mayor número de crías y viceversa). También existen trabajos que apuntan a una mejor capacidad reparadora de las células de ratones hembra que de ratones macho, y parece que esta diferencia se elimina tras la extracción quirúrgica de los ovarios. Como muchos dueños de gatos y perros pueden atestiguar, las mascotas castradas viven habitualmente más tiempo que las no castradas. ¿Existe el mismo efecto en humanos? En ciertos periodos históricos la castración masculina fue una práctica habitual de algunas sociedades, como en la antigua China o en Europa con el caso de los castrati; pero los datos históricos son escasos y poco fiables. Sin embargo, mucho más recientemente, aún era una práctica habitual la castración de los enfermos mentales en instituciones psiquiátricas. Existen datos de una de ellas (en Kansas, EEUU) que atestiguan que los hombres castrados vivían una media de 14 años más que sus compañeros no castrados, como recogió un estudio publicado en 1969 en la revista especializada en investigación del envejecimiento, Journal of Gerontology.

Sin duda, una opción mucho más extrema que el consumo de una pastillita de resveratrol, aunque con evidencias científicas de efectividad a su favor.

Para ahondar más en detalle:

- El estudio de Tobacco Control sobre el consumo de tabaco y alcohol como base de la diferente longevidad de hombres y mujeres, aquí.

- El artículo original de 1969 en Journal of Gerontology con los datos de longevidad de internos castrados frente a no castrados en la institución mental de Kansas, aquí.

- Tom Kirkwood especulando sobre el origen de la distinta longevidad de hombres y mujeres en este artículo de Scientific American, aquí.

Nota: Esta entrada fue publicada primero como colaboración en el blog amazings.es el 09/01/11.

Envejeciendo desde el útero


A lo largo de la historia de la humanidad, desde la Grecia clásica hasta nuestros días, nos hemos preguntado en muchas ocasiones “¿qué causa el envejecimiento?”. La respuesta más intuitiva a esta pregunta que viene a la cabeza de cualquiera es: “el desgaste propio de la vida”. Hoy en día, este “desgaste” es interpretado en términos moleculares como una acumulación progresiva de daño en la molécula esencial de la vida, el ADN, con la edad.

Esta teoría del envejecimiento por acumulación de daño en el ADN propone que nuestras células están expuestas a distintas fuentes generadoras de mutaciones, roturas, etc, que afectan especialmente a las moléculas de ADN. El origen de estas fuentes de daño puede ser externo, más o menos evitable, como es la exposición a los rayos UV; o interno, producido por metabolitos secundarios derivados de procesos vitales, como la obtención de energía en las mitocondrias (que producen radicales libres de oxígeno) o la replicación del ADN (la copia del material genético no está exenta de errores). Dada la crucial importancia de la integridad del ADN (no en vano es la portadora, de generación en generación, de la información básica de cómo “hacernos” y cómo mantenernos) existe toda una maquinaria dedicada al mantenimiento y reparación del ADN.

Pese a ello, durante el envejecimiento la cantidad de defectos acumulados es tan grande que la viabilidad y supervivencia de las células que componen los tejidos se ve seriamente comprometida. Si además el daño afecta a células clave, como son las células madre adultas de un tejido, las responsables del mantenimiento y regeneración del mismo, los tejidos sucumbirán por la pérdida de capacidad de regeneración que asegure el correcto reemplazo de las células que lo componen. Sería como contar con un servicio de mantenimiento de un gran edificio de oficinas que, a la larga, no pueda mantener la funcionalidad del edificio a base de seguir cambiando bombillas fundidas, parcheando el sistema de ventilación y taponando goteras. Tarde o temprano el edificio terminará por hacerse inmanejable y habrá que plantearse tirarlo abajo y dejar que nuevas estructuras ocupen el solar existente.

Representación de una ligasa de ADN reparando la doble hebra (WUSTL)

Además de haberse verificado mayores niveles de daño en el ADN en tejidos viejos de ratón, mono o humanos, frente a los correspondiente tejidos jóvenes, existe una serie de síndromes de envejecimiento prematuro derivados de defectos en genes que forman parte del departamento de mantenimiento. Así por ejemplo, el síndrome de Werner, uno de estos síndromes de envejecimiento prematuro, está causado por mutaciones en el gen RECQL2, una helicasa, es decir, una enzima que desenrolla el ADN y que es un importante componente de la maquinaria de reparación.

Defectos en componentes de esta maquinaria: en proteínas encargadas de “sentir” el daño, las que lo señalizan, las responsables de detener los procesos vitales de la célula para impedir mayores daños y dar paso a las enzimas de reparación, las que abren, separan, o corrigen el ADN; cualquier carencia en este sistema, resultará en una mayor acumulación de lesiones en el ADN. Los modelos animales en los que se han manipulado genéticamente estas funciones confirman además la conexión entre acumulación de errores en el ADN y envejecimiento. Siguiendo con la analogía, si se dan de baja miembros del servicio de mantenimiento, la integridad del edificio se resentirá y sufrirá un mayor deterioro. Aunque hasta el momento, siempre se había establecido esta relación en el organismo adulto, y como resultado del paso del tiempo o de procesos patológicos. Sin embargo, una nueva y provocativa teoría ha sido puesta de relieve por un modelo animal de la enfermedad de Seckel, un síndrome humano de envejecimiento prematuro caracterizado por retraso en el crecimiento, microcefalia con retraso mental y una apariencia facial muy peculiar que recuerda a la cabeza de los pájaros.

El síndrome de Seckel está causado por mutaciones en el gen que codifica la proteína “relacionada con ataxia-telangiectasia y RAD3” (ATR), un nombre ciertamente poco atractivo. ATR es pariente de otra proteína denominada “mutada en ataxia-telangiectasia” (ATM), y ambas son enzimas (del tipo kinasa en concreto, es decir con capacidad de modificar otras proteínas mediante fosforilación) esenciales en iniciar la señalización del daño en el ADN. Como resultado de la acción de ambas kinasas, las células detienen su proliferación y la maquinaria de reparación se pone manos a la obra hasta reparar los cromosomas por completo.

Esquema de la transcripción de ADN a ARNm (tomado de la Wikipedia; autor Pabloes)

En el 2003, se identificó por primera vez una mutación en pacientes de Seckel que causaba una variante del gen ATRhipomórfica”, es decir, una mutación que permite la expresión del producto codificado por el gen, pero a un nivel muy reducido. La mutación “hipomórfica” en ATR descrita en Seckel afecta al splicing del gen ATR. Para los que hayan olvidado las lecciones de Biología, los genes eucariotas sufren un copia/pega según son transcritos de ADN a ARNm, de manera que ciertas regiones del gen son eliminadas (intrones) y sólo permanecen en la molécula de ARNm que será traducida a proteína las regiones codificantes del gen (exones). Los pacientes de Seckel no hacen bien este copia/pega en la región que transcurre desde el exón 8 al 10 del gen ATR, lo que resulta en un ARNm poco estable que tiende a degradarse. A menor ARNm, menor cantidad de proteína ATR y con ello, menor función.

Una de las herramientas experimentales más poderosas a disposición de los biólogos moleculares es la posibilidad de manipular el genoma del ratón para eliminar o añadir genes puntuales y observar sus efectos. Sin embargo, la función de ATR no había podido ser correctamente evaluada en animales modificados genéticamente porque la deficiencia en este gen es letal embrionaria (es decir, no llegan a nacer porque los embriones no son viables).

Oscar Fernández-Capetillo, investigador del CNIO

Por todo ello, el grupo que dirige Oscar Fernández-Capetillo, investigador principal del grupo de Inestabilidad Genómica del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO) de Madrid, decidió plantearse la posibilidad de generar un ratón modificado genéticamente que expresase un gen ATR mutante de manera que recrease el defecto identificado en los pacientes de Seckel. El problema es que en los genes, los exones se encuentran muy conservados entre especies, puesto que son las regiones que darán lugar a productos proteicos con funciones muy similares, mientras que los intrones poseen secuencias mucho más divergentes. Para solucionar este contratiempo, los investigadores reemplazaron la región que comprende los exones 8-10 del gen ATR del ratón por su correspondiente humana, incluyendo o no la mutación que causa Seckel. El resultado son dos líneas de ratones con gen ATR “humanizado”, una con el gen tal cual se encuentra en individuos sanos, y otra portadora de la mutación Seckel.

Lo primero que hicieron los investigadores fue comprobar que la cantidad de proteína ATR producida en ratones a partir del gen mutante (al cual denominaremos ATRs/s), se encontraba muy disminuida, confirmando que el defecto funcionaba de manera idéntica a lo descrito en pacientes. Pero lo más impresionante fue comprobar que los animales ATRs/s recapitulaban todas las características clínicas descritas para los pacientes de Seckel, incluidos el envejecimiento prematuro, el retraso mental, la microcefalia y la característica cabeza con forma de pájaro.

El enanismo es una de las características de los ratones Seckel

En sí mismo, estos resultados son de enorme interés y aportan un valioso modelo experimental de un síndrome humano, además de suponer un despliegue de recursos tanto de conocimiento, como tecnológicos. Pero la mayor sorpresa vino cuando se analizaron los tejidos de estos animales y es que el resultado esperable era encontrar una enorme acumulación de daño en el ADN de las células de estos ratones, por la falta de actividad señalizadora del daño que aporta ATR. De hecho, existen otros modelos animales con deficiencias en otros componentes del sistema de reparación del daño en el ADN que resultan también en fenotipos de envejecimiento prematuro y que muestran claramente acumulación de daño en el ADN tras el nacimiento. El análisis de los tejidos adultos de estos ratones no mostraba mayores niveles de daño en el ADN. Sin embargo, sorprendentemente, los tejidos embrionarios estaban repletos de marcas de daño en el ADN.

Cuando se analizaron los embriones de esta línea de ratones, los investigadores encontraron niveles altísimos de daño en el ADN de las células que deberían estar dividiéndose activamente en verdaderas olas de proliferación, imprescindibles para llevar a cabo correctamente los procesos de embriogénesis. La explicación que postulan estos investigadores es que es este daño producido durante el desarrollo embrionario el que condiciona la apariencia y los defectos de los animales Seckel y, entre estos defectos, el envejecimiento prematuro.

 

Los ratones Seckel también presentan el fenotipo "cara de pájaro" característico de la enfermedad

No deja de resultar chocante comprobar que procesos sufridos durante los primeros pasos del desarrollo, condicionen el final de un organismo (si entendemos que el envejecimiento es una manifestación de la llegada al final del periodo de vida de un organismo). Sin embargo, el concepto de disfunción embrionaria como causante de problemas posteriores durante la madurez del organismo no es nuevo, y ha recibido el nombre de “programación intrauterina”. Algunos ejemplos de esta “programación intrauterina” serían la diabetes tipo 2, la obesidad, la hipertensión, la disfunción cardiaca, la osteoporosis, etc.

Programación intrauterina del envejecimiento

Lo que Oscar Fernández-Capetillo y su laboratorio proponen tras este trabajo, es que el desarrollo del envejecimiento podría también estar influido por las condiciones que se den durante el desarrollo fetal en el útero. Entre otras implicaciones de este trabajo, podemos entonces preguntarnos acerca de cuáles son los defectos generados durante el desarrollo que afectan al proceso de envejecimiento en el adulto. ¿Sería posible desarrollar unas condiciones “ideales” de gestación que potencien al máximo nuestra esperanza de vida antes de nacer? Si estos defectos permanecen desde el desarrollo hasta la etapa adulta, ¿qué mecanismos son responsables de mantener esa “memoria”? Si conociésemos la naturaleza de esa “memoria”, ¿sería posible borrarla de manera específica y con ello prolongar la vida?

Como todos los grandes trabajos, las preguntas derivadas son siempre más numerosas y constituyen un reto aún más grande que las que se consiguieron contestar con la experimentación realizada.

Para ampliar información:

- El artículo original:
Murga M, Bunting S, Montaña MF, Soria R, Mulero F, Cañamero M, Lee Y, McKinnon PJ, Nussenzweig A, & Fernandez-Capetillo O (2009). A mouse model of ATR-Seckel shows embryonic replicative stress and accelerated aging. Nature Genetics, 41 (8), 891-8 PMID: 19620979

- Comentario del autor sobre las implicaciones de la investigación:
Fernandez-Capetillo, O. (2009). Intrauterine programming of ageing. EMBO reports, 11 (1), 32-36 DOI: 10.1038/embor.2009.262

- Una revisión sobre la relación entre el daño en el ADN y el envejecimiento:
Lombard DB, Chua KF, Mostoslavsky R, Franco S, Gostissa M, & Alt FW (2005). DNA repair, genome stability, and aging. Cell, 120 (4), 497-512 PMID: 15734682

La importancia de la investigación básica – El caso de la Progeria


En muchas ocasiones nos encontramos con la pregunta, ¿para qué queremos encontrar terapias antienvejecimiento, si el envejecimiento es un proceso natural irreversible? Sazonado además con la acusación de estar despreciando a los ancianos por tratarles como “enfermos”. En alguna entrada anterior ya mencionamos cuál es el objetivo de la investigación biomédica del envejecimiento: entender las bases moleculares de un proceso que desemboca en patologías claras y definidas, que causan sufrimiento a la mayoría de la población.

Paciente de HGPS

Pero existe además un interés claro y urgente por entender las patologías que afectan a las personas con síndromes de envejecimiento prematuro o acelerado, las denominadas progerias. Estas son enfermedades raras de base genética que provocan un envejecimiento acelerado de ciertos tejidos desde la infancia, causando dramáticos efectos en las personas que la sufren y que resultan sin remedio en la muerte prematura de los pacientes, frecuentemente cuando estos aún son niños.

Un ejemplo paradigmático de lo que la investigación básica puede lograr en el campo de la biomedicina está representado por el caso del síndrome de progeria Hutchinson-Gilford (HGPS, de sus siglas en inglés). Empujada por el entusiasmo y energía de una fundación sin ánimo de lucro puesta en marcha por padres de niños con esta progeria, nos hemos movido en tan solo 10 años desde el más absoluto desconocimiento de la enfermedad hasta la identificación del defecto genético causante, el entendimiento de la biología molecular subyacente, el desarrollo de modelos animales de la enfermedad y el ensayo clínico de una terapia prometedora.

Fundación para la investigación de la progeria

La Fundación para la Investigación de la Progeria (PRF, de sus siglas en inglés) fue puesta en marcha por la pareja de doctores Leslie Gordon y Scott Berns, tras enfrentarse en 1998 al diagnóstico de HGPS de su hijo Sam, entonces de 22 meses. La absoluta falta de información relativa a la enfermedad, así como la carencia de algún tipo de tratamiento o investigación científica orientada a descubrir las causas del síndrome y una potencial cura, llevaron a estos doctores junto con su familia y amigos a fundar la PRF con el objetivo de promover el conocimiento de la enfermedad, así como a recaudar fondos destinados a proyectos de investigación que identificasen la causa del mismo.

Estructura 3D de la lamin A

El primero de sus objetivos culminó en el 2003 con la publicación simultánea de dos artículos, uno en Science y otro en la revista Nature en los que se describía la identificación de mutaciones en el gen LMNA, que codifica la proteína lamin A, como causantes de la enfermedad. El primer trabajo fue dirigido por Nicolas Lévy del INSERM de Marsella en Francia, y el segundo estuvo liderado por el famoso científico Francis Collins, padre (y director hasta el 2008) del proyecto Genoma Humano. En este último participó también Leslie Gordon, la madre de Sam y fundadora de la fundación PRF.

La investigación básica en cultivo celular demostró que la proteína lamin A se sintetiza como un precursor, pre-lamin A, que sufre un proceso de maduración hasta alcanzar su forma definitiva funcional. Este procesamiento implica un paso de modificación denominado farnesilación, por el cual se añade un grupo farnesilo al extremo de la proteína que la permite anclarse a la membrana nuclear, para posteriormente sufrir un corte proteolítico que libera la forma madura. En el caso de los pacientes de HGPS, las secuencias que deberían servir para realizar el corte y liberación de la proteína madura están ausentes y por tanto se acumula la forma precursora, frecuentemente denominada progerina, anclada a la membrana.

Esquema del procesamiento normal (izq) y defectuoso (derecha) de la pre-lamin A

El papel de lamin A está relacionado con el mantenimiento de la arquitectura del núcleo, que se ha demostrado esencial para el correcto funcionamiento del centro de operaciones de la célula que es el núcleo, donde reside el genoma y se realizan procesos clave para la vida. Los investigadores observaron que es la acumulación de esta progerina, o forma inmadura de lamin A, anclada a la membrana nuclear la causante de toxicidad y responsable de la desorganización de la lámina nuclear en las células de pacientes HGPS.

Aspecto del núcleo celular normal (izq), de HGPS (centro) y de HGPS tras tratamiento con FTIs (der)

Más allá de los estudios con cultivos celulares, los investigadores consiguieron reproducir la enfermedad usando modelos animales modificados genéticamente en los que se sustituyó la secuencia codificante de lamin A (el gen LMNA) normal por una idéntica a la que portan los enfermos de HGPS con las mutaciones que impiden el correcto procesamiento de la lamin A. Al igual que ocurre con los enfermos de HGPS, los ratones así modificados nacen sanos, pero inmediatamente comienzan a manifestar los mismos síntomas que se observan en humanos.

Los primeros síntomas de las personas que nacen con HGPS son problemas de piel que se van agravando conforme los pacientes avanzan en la infancia, cuando comienzan también a desarrollar alopecia, crecimiento retrasado, osteoporosis, arterioesclerosis y problemas vasculares que son la causa fundamental de mortalidad de los pacientes antes de los 13 años.

El investigador Carlos López-Otín

Otro modelo animal, al cual podríamos decir se llegó de manera un tanto fortuita, es el ratón deficiente en la proteasa Zmpste24, generado por el grupo que dirige el doctor Carlos López-Otín en la Universidad de Oviedo. Cuando se obtuvo este ratón y se inició su estudio, los investigadores quedaron sorprendidos al observar que, pese a nacer sanos, rápidamente comenzaban a desarrollar síntomas idénticos a los de los pacientes de HGPS. El análisis de la proteína lamin A reveló el mismo tipo de acumulación de progerina, la forma no procesada de lamin A, el mismo defecto que se observa en los pacientes de HGPS. Esto llevó a los investigadores a identificar la proteasa, la “tijera molecular”, responsable del procesamiento normal de pre-lamin A, que no es otra que esta Zmpste24. De este modo no sólo hemos conocido más detalles del proceso normal de maduración de la pre-lamin A, si no que disponemos de un nuevo modelo animal en el que estudiar el desarrollo de la enfermedad y en el que ensayar potenciales terapias para su tratamiento.

En este sentido, de nuevo el caso de HGPS es un buen ejemplo del gran valor de la investigación básica. Desde hacía tiempo teníamos a nuestra disposición inhibidores sintéticos del proceso de farnesilación, puesto que los laboratorios farmacéuticos anduvieron muy interesados en el desarrollo de este tipo de compuestos para su uso contra el cáncer. Uno de los oncogenes más frecuentemente alterados en cáncer humano es Ras, cuya proteína también sufre este tipo de modificación, lo que le permite anclarse a la membrana plasmática de la célula, desde donde emite las señales que permiten a las células cancerígenas proliferar. Diversas compañías farmacéuticas habían desarrollados compuestos inhibidores de las farnesil-transferasas (FTIs), las enzimas que realizan la modificación de farnesilación, y varios investigadores decidieron probar el efecto de estos FTIs en cultivos celulares y en los modelos animales de HGPS. El resultado fue muy prometedor, consiguiendo al menos retrasar muy significativamente el desarrollo de la enfermedad.

Lonafarnib, el FTI usado en los ensayos clínicos para la HGPS

Esto llevó a la fundación de enfermos de progeria, PRF, a plantear la posibilidad de realizar un ensayo clínico con garantías que permitiese estudiar la seguridad y efectividad de un tratamiento basado en FTIs de los niños con HGPS. Gracias al dinero recaudado por la PRF, un primer ensayo con 28 niños procedentes de 16 países distintos de todo el mundo se inició en Mayo del 2007 y concluyó en Diciembre del 2009, con los resultados definitivos del estudio pendientes de publicarse durante este 2010. El estudio ha sido dirigido por el doctor Mark Kieran, oncólogo pediátrico del Dana-Farber Cancer Institute y el Hospital Infantil de Boston, en Massachusets, Estados Unidos y ha permitido a estas 28 familias volar y alojarse en Boston con sus hijos cada cuatro meses durante los dos años de duración del estudio, para someterse a seguimiento médico y al tratamiento con Lonafarnib, el FTI utilizado.

Mark Kieran, director del ensayo clínico para niños con HGPS

Mientras se estaba realizando este estudio, nuevos datos del laboratorio de Carlos López-Otín, de nuevo empleando modelos animales, pusieron de manifiesto la posibilidad de mejorar este tratamiento experimental a base de FTIs mediante la combinación con otros dos fármacos. En concreto se ha diseñado un nuevo ensayo clínico que combina el  FTI Lonafarnib, con Pravastatin, una statina comúnmente usada para reducir los niveles de colesterol, y ácido Zoledrónico, empleado como fármaco en la osteoporosis. Este ensayo comenzó coincidiendo con la conclusión del anterior estudio e incluye ahora a 45 niños de 19 países distintos, gracias a los esfuerzos de la PRF por identificar a todos los pacientes de HGPS del mundo y ofrecerles la posibilidad de participar en estos ensayos clínicos de manera gratuita.

De hecho, desde Octubre del 2009, la PRF inició una campaña denominada “Encontremos a los otros 150” (http://www.findtheother150.org) con la intención de identificar a todos los pacientes de la enfermedad del mundo. Se calcula que la frecuencia con la que se produce la HGPS es de 1 niño por cada 4-8 millones, lo que lleva a una estimación de alrededor de 200 niños que potencialmente podrían tener la enfermedad. De los 54 conocidos por la fundación al inicio de la campaña hemos pasado ya a 68, tan sólo 10 meses desde su inicio.

Volviendo al inicio de esta entrada, creo que resulta evidente que buscar terapias que permitan paliar o incluso revertir estas enfermedades no será visto como un desprecio hacia las personas que sufren estas enfermedades. Del mismo modo, y más allá de los delirios con mayor o menor base científica de los promotores de la búsqueda de una teórica inmortalidad, profundizar en las causas del envejecimiento que derivan en enfermedades asociadas al proceso no tiene porqué ser interpretado como un desprecio hacia los ancianos, si no como un esfuerzo por mejorar la salud y el bienestar de los mismos.

Efecto del IGF-1 en modelos de ratón con progeria

Así, una de las áreas actuales de investigación de la lamin A trata de establecer si la acumulación de la forma no procesada, progerina, durante el envejecimiento normal está detrás de algunas de las enfermedades asociadas al envejecimiento que son comunes a las que de manera acelerada se manifiestan en los enfermos de HGPS. Los primeros indicios apuntan a que así podría ser en las patologías vasculares humanas asociadas a la edad. Del mismo modo, la investigación en envejecimiento apunta a la importancia de los niveles del factor de crecimiento insulínico (IGF-1) y, muy recientemente, el grupo de Carlos López-Otín ha demostrado que aportar IGF-1 a los ratones deficientes en Zmpste24 y que manifiestan síntomas muy similares a los de los enfermos de HGPS, mejora su supervivencia.

Por último, y en un giro insospechado, algo muy habitual en la investigación científica, la acumulación de progerina parece ser la responsable de algunas de las patologías desarrolladas como efectos secundarios derivados de la terapia antirretroviral contra el virus del SIDA. Esta terapia está basada, entre otras cosas, en la administración de inhibidores de la proteasa viral, crucial para la correcta maduración de proteínas del virus. Sin embargo, parece que la administración prolongada de estos compuestos termina también por bloquear la actividad celular de Zmpste24, la encargada del correcto procesamiento de la pre-lamin A, provocando como efecto indeseado su acumulación y la aparición de un envejecimiento acelerado del sistema cardiovascular de los portadores del VIH bajo tratamiento. Como derivación de la investigación con los pacientes de HGPS, resulta prometedor plantear una posible terapia con FTIs que disminuya la presencia de progerina asociada a la membrana nuclear y palie los efectos secundarios de la terapia antirretroviral.

Los caminos para dar con terapias efectivas se basan en investigaciones con cultivos celulares y modelos animales, se apoyan en conocimientos arrancados en el laboratorio paso a paso, o a partir de hallazgos adquiridos quizás con otras perspectivas en mente y por otros investigadores tiempo atrás, y establecen definitivamente su valor superando la prueba del ensayo clínico bien controlado. Creo que si algo podemos concluir de esta historia es que la investigación básica es fundamental para encontrar curas eficaces a enfermedades dramáticas.

Para encontrar más información:

- La página de la “Progeria Research Foundation”: http://www.progeriaresearch.org/

- Información sobre la progeria, la campaña “Encontremos a los otros 150”, los ensayos clínicos, etc, también en español: http://www.findtheother150.org/progeria-prf-in-other-languages.html

- Los dos trabajos simultáneos de identificación del gen de la progeria:
Eriksson, M., Brown, W., Gordon, L., Glynn, M., Singer, J., Scott, L., Erdos, M., Robbins, C., Moses, T., Berglund, P., Dutra, A., Pak, E., Durkin, S., Csoka, A., Boehnke, M., Glover, T., & Collins, F. (2003). Recurrent de novo point mutations in lamin A cause Hutchinson–Gilford progeria syndrome Nature, 423 (6937), 293-298 DOI: 10.1038/nature01629

De Sandre-Giovannoli, A. (2003). Lamin A Truncation in Hutchinson-Gilford Progeria Science, 300 (5628), 2055-2055 DOI: 10.1126/science.1084125

- La demostración en ratón del papel de lamin A en la progeria:
Mounkes LC, Kozlov S, Hernandez L, Sullivan T, & Stewart CL (2003). A progeroid syndrome in mice is caused by defects in A-type lamins. Nature, 423 (6937), 298-301 PMID: 12748643

- La demostración en el modelo animal de que los FTIs funcionan frente a la HGPS:
Fong, L. (2006). A Protein Farnesyltransferase Inhibitor Ameliorates Disease in a Mouse Model of Progeria Science, 311 (5767), 1621-1623 DOI: 10.1126/science.1124875

- La demostración de que la triple terapia es más efectiva que FTIs sólo:
Varela, I., Pereira, S., Ugalde, A., Navarro, C., Suárez, M., Cau, P., Cadiñanos, J., Osorio, F., Foray, N., Cobo, J., de Carlos, F., Lévy, N., Freije, J., & López-Otín, C. (2008). Combined treatment with statins and aminobisphosphonates extends longevity in a mouse model of human premature aging Nature Medicine, 14 (7), 767-772 DOI: 10.1038/nm1786

- La demostración del beneficio en modelo animal del IGF-1 frente a HGPS:
Mariño G, Ugalde AP, Fernández AF, Osorio FG, Fueyo A, Freije JM, & López-Otín C (2010). Insulin-like growth factor 1 treatment extends longevity in a mouse model of human premature aging by restoring somatotroph axis function. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 107 (37), 16268-73 PMID: 20805469

- La identificación de la conexión Zmpste24-inhibidores de proteasa del VIH como causa de efectos secundarios en la terapia antirretroviral:
Coffinier, C., Hudon, S., Farber, E., Chang, S., Hrycyna, C., Young, S., & Fong, L. (2007). From the Cover: HIV protease inhibitors block the zinc metalloproteinase ZMPSTE24 and lead to an accumulation of prelamin A in cells Proceedings of the National Academy of Sciences, 104 (33), 13432-13437 DOI: 10.1073/pnas.0704212104

- Una buena revisión actual sobre la relación entre la investigación en progerias y el envejecimiento fisiológico:
Burtner CR, & Kennedy BK (2010). Progeria syndromes and ageing: what is the connection? Nature reviews. Molecular cell biology, 11 (8), 567-78 PMID: 20651707

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