Mitocondrias e envellecemento

As mitocondrias están presentes en todas as células humanas e adóitase dicir que son centrais enerxéticas das células. De feito, una das principais funcións das mitocondrias é a subministración de enerxía á célula, utilizando fundamentalmente produtos procedentes da dixestión dos alimentos e o osíxeno que respiramos. Este proceso coñécese como respiración celular.

Una célula pode conter un número variable de mitocondrias en función das funcións da célula, da necesidade enerxética e da fase celular; paira iso, as mitocondrias son capaces de fusionarse entre si paira formar una soa, ou de fragmentarse e crear moitas pequenas mitocondrias. Paira non tardar, destacaremos dous das moitas características das mitocondrias. Una, que son estruturas circulares ou ovaladas rodeadas de dúas membranas, e que teñen una importancia capital, entre outras cousas porque na membrana interna prodúcese a síntese da enerxía antes mencionada. O outro, que a mitocondria ten o seu propio material xenético, que codifica as estruturas necesarias paira o seu funcionamento.

Proceso de envellecemento baseado nas mitocondrias

Pódese dicir que o envellecemento é debido a fallos nos sistemas e aparellos do corpo. De feito, aínda que a distintas velocidades, todos os órganos do corpo envellécense. Cando falamos do envellecemento celular, hai un concepto que hai que ter claro: o envellecemento é un fenómeno que se produciu a cambio da diferenciación celular. Os organismos unicelulares orixinais eran inmortais. Nun punto da evolución púidose desenvolver a vida multicelular, xa que as células comezaron a dividirse en dúas e a diferenciarse, e foron aparecendo diferentes tipos de células que podían desempeñar diferentes funcións. Así, organismos máis grandes e complexos (biolóxico, morfológico, funcional, etc.) a división do traballo permitiu a súa aparición, pero ao conseguilo perderon a capacidade de fragmentación e rexeneración continua destas células, que se limitou ás células sexuais nos organismos multicelulares.

Por que nos envellecemos e como podemos evitar este penoso proceso, son dúas preguntas que ultimamente están en auxe. A ciencia expuxo numerosas hipóteses paira responder a estas cuestións, pero a maioría destas hipóteses só identificaron os mecanismos e moléculas que inflúen no proceso de envellecemento, aínda por determinar cales son as causas reais. Na actualidade, a hipótese máis potente é a do proceso de envellecemento baseado nas mitocondrias.

As especies reactivas de osíxeno (ROS, polas súas siglas en inglés, Reactive Oxygen Species) son certas formas químicas do osíxeno que poden ser nocivas paira as células, xa que poden atacar os seus múltiples compoñentes, como o ADN, as proteínas ou as membranas lipídicas. Así mesmo, a principal fonte de ross das células é a mitocondria, cadeas respiratorias das mitocondrias. Se hai ADN mitocondrial preto destas cadeas respiratorias, os danos que poden causar estes ROS no ADN son moito máis violentos que os que poden causar noutras biomoléculas. E eses danos no ADN son moitas veces mutacións. Co paso dos anos, as mutacións no ADN vanse acumulando; cantas máis mutacións haxa, máis erros produciranse nas mitocondrias. Ademais, o ADN das mitocondrias é máis sensible a calquera dano que o do núcleo, xa que a mitocondrial non está enrolada en proteínas protectoras, ten menos mecanismos paira reparar os danos causados por ROS e toda a secuencia de ADN é codificadora (os xenes están un detrás doutro, non ten partes non codificadoras). Así, debido ás incorrectas proteínas xeradas por estas mutacións, aumenta a proporción de ROS que escapan das cadeas respiratorias, o que á súa vez leva máis mutacións. Este ciclo termina provocando que a célula perda o control das súas funcións e procesos, e cando isto ocorre en moitas células e tecidos do corpo, os órganos non poden funcionar correctamente. Ese é o envellecemento e a situación final deste proceso: a morte.

Con todo, como é habitual en bioloxía, este funcionamento de ROS non explica totalmente todo o que ocorre na realidade. A última versión do proceso de envellecemento baseado nas mitocondrias altera lixeiramente o papel de ROS. Segundo esta última versión, os ROS serían una molécula de sinal que comunicaría ao núcleo da célula que esa mitocondria está danada. Isto poría en marcha respostas como vías alternativas de obtención de enerxía (por exemplo, fermentación), mecanismos paira combater a tensión e síntese de máis mitocondrias. Parece, por tanto, que o proceso de envellecemento baseado nas mitocondrias non é tan catastrófico como expuxemos ao principio. Pola contra, é importante non neutralizar os radicais libres de osíxeno a medida que van aparecendo na célula, xa que son un indicador do estado das mitocondrias e una molécula de sinal, imprescindibles paira xerar respostas eficaces paira a célula.

Figura . Segundo a nosa hipótese, a medida que imos envellecendo, cada vez acumularanse máis danos entre a membrana interna das mitocondrias e o ADN (círculos morados). Debido a que nesta relación é imprescindible o colesterol, o colesterol e as enfermidades con defectos no ADN mitocondrial, estamos a investigar paira comprender mellor a relación de ambas as moléculas e posteriormente investigar os procesos de envellecemento. O obxectivo principal é atopar fármacos paira reducir ou deter o dano cognitivo que pode causar una mala regulación de ambos os factores.

E paira combater o envellecemento, que?

Entre as estratexias que se están investigando paira combater o envellecemento, o uso de antioxidantes é una das máis discutidas. Parece ser que o corpo utiliza antioxidantes paira manter en niveis óptimos o balance de reaccións de oxidación e redución (redox) nas células. Por tanto, o consumo de máis antioxidantes só permite ás células sintetizar ou procesar antioxidantes durante o tempo e a enerxía necesarios, e evitar reaccións de oxidación excesivas de forma máis rápida. Isto débese a que os ROS producen máis reaccións de oxidación e os antioxidantes poden axudar a recuperar os niveis óptimos de reacción de redox. Pero, como todo, pronto tamén ten o seu reverso. Parece que as células son capaces de obter suficientes antioxidantes, controlar as reaccións de redox e as que se consideran como aditivos non teñen polo menos un efecto positivo sobre o envellecemento. Ademais, comentouse que un consumo adicional de antioxidantes pode contribuír a evitar as reaccións de oxidación excesivas de forma máis rápida, pero isto pode ser prexudicial paira combater enfermidades como o cancro. De feito, una estratexia natural do corpo é a oxidación das células e, deste xeito, inducilas á súa morte paira evitar o crecemento incontrolado das células cancerosas, polo que se consumimos antioxidantes como aditivos, esgotamos estas estratexias. Por último, lembrade o devandito anteriormente: Os ROS son a molécula de sinal do estado da mitocondria. Por tanto, os resultados das últimas investigacións indican que non deberiamos cambiar nós a dinámica das especies reactivas de osíxeno, xa que o corpo ten os seus mecanismos de regulación para que nos deixemos levar pola súa conta.

A nosa liña de investigación: ADN mitocondrial e colesterol

No noso grupo de investigación, Biodonostia, tamén estamos a investigar o envellecemento. O dano cognitivo é una característica universal do envellecemento e dous factores que inflúen no dano cognitivo son a capacidade de síntese de enerxía e o metabolismo do colesterol. Ambos os compoñentes poderían ser claves en numerosas enfermidades neurológicas, por unha banda, porque o cerebro é o órgano con maior demanda enerxética e por outro, porque se describiu como participa o colesterol nalgunhas enfermidades neurológicas como o parkinson ou o alzheimer. Ademais, recentemente demostramos que estes dous factores non son independentes senón dous procesos estreitamente relacionados. En concreto, o ADN mitocondrial, imprescindible paira producir enerxía, asóciase fisicamente á membrana interna, entre outras cosas grazas ao colesterol. Na idade adulta aparecen numerosas enfermidades mitocondriales, co ADN mitocondrial-colesterol afectado. Con todo, a nosa hipótese é que este vínculo anormal depende da idade e, por tanto, tamén se produce no envellecemento normal de forma lenta e progresiva.

Por tanto, estamos a investigar como o envellecemento afecta ao ADN mitocondrial e ao colesterol, e se o metabolismo deficiente da mitocondria e o colesterol coincide co dano cognitivo. Paira iso, estamos a traballar en pacientes con enfermidades neurológicas, afectadas por erros na mitocondria e no colesterol, e na forma en que os descubrimentos que se obteñen deles afectan os procesos de envellecemento. O obxectivo principal é deseñar tratamentos que poidan frear ou diminuír o dano cognitivo e desenvolver fármacos paira combater enfermidades neurológicas graves. Neste sentido, xa se identificaron os fármacos que interaccionan co ADN mitocondrial e actúan sobre o colesterol, polo que o seguinte paso será testarlos en enfermidades neurológicas e procesos de envellecemento que nos abran a porta a unha vida máis sa e máis longa.

Nos últimos tempos, as investigacións que os gobernantes están a subvencionar están máis enfocadas a mellorar a calidade do envellecemento que a alargar a esperanza de vida. De feito, a maioría dos países avanzados terán nun futuro próximo un modelo de sociedade composto por individuos vellos. Isto débese ás baixas taxas de natalidade e ás mortes cada vez máis tardías. Con todo, está ben mellorar a situación desde o punto de vista médico e biolóxico, pero tamén haberá que mellorar o ámbito social si quérese xestionar adecuadamente o problema do envellecemento e garantir una calidade de vida digna. Tamén haberá que mellorar os plans de pensións, os recursos que se ofrecen ás persoas maiores dependentes e as axudas sociais. Pero iso non depende dos científicos.

Bibliografía