Harvard Medical School gli scienziati riferiscono di aver ripristinato con successo la visione nei topi ruotando indietro l’orologio sulle cellule oculari invecchiate nella retina per riconquistare la funzione genica giovanile.

Il lavoro del team, descritto Dic. 2 nella pubblicazione Nature, rappresenta la prima dimostrazione che può essere possibile riprogrammare in modo sicuro tessuti complessi, come le cellule nervose dell’occhio, ad un’età più precoce.

Oltre a ripristinare l’orologio di invecchiamento delle cellule, i ricercatori hanno invertito con successo la perdita della vista negli animali con una condizione che imita il glaucoma umano, una delle principali cause di cecità in tutto il mondo.

Il risultato rappresenta il primo tentativo riuscito di invertire la perdita della vista indotta dal glaucoma, piuttosto che limitarsi ad arginare la sua progressione, ha detto il team.

Se replicato attraverso ulteriori studi, l’approccio potrebbe aprire la strada a terapie per promuovere la riparazione dei tessuti attraverso vari organi e invertire l’invecchiamento e le malattie legate all’età negli esseri umani.

“il Nostro studio dimostra che è possibile tranquillamente invertire l’età di tessuti complessi, come la retina e ripristinare la sua giovanile funzione biologica,” ha detto l’autore senior David Sinclair, professore di genetica in Blavatnik Istituto presso la Harvard Medical School, co-direttore del Paul F. Glenn Centro per la Biologia dell’Invecchiamento e di Ricerca presso HMS e un esperto di invecchiamento.

Sinclair e colleghi avvertono che i risultati rimangono da replicare in ulteriori studi, anche in diversi modelli animali, prima di qualsiasi esperimento umano. Tuttavia, aggiungono, i risultati offrono una prova di concetto e un percorso per progettare trattamenti per una serie di malattie umane legate all’età.

“Se affermati attraverso ulteriori studi, questi risultati potrebbero essere trasformativi per la cura delle malattie della vista legate all’età come il glaucoma e per i campi della biologia e della terapia medica per la malattia in generale”, ha detto Sinclair.

Per il loro lavoro, il team ha utilizzato un virus adeno-associato (AAV) come veicolo per consegnare nelle retine dei topi tre geni che ripristinano i giovani-Oct4, Sox2 e Klf4 — che sono normalmente accesi durante lo sviluppo embrionale. I tre geni, insieme a un quarto, che non è stato utilizzato in questo lavoro, sono noti collettivamente come fattori Yamanaka.

Il trattamento ha avuto molteplici effetti benefici sull’occhio. In primo luogo, ha promosso la rigenerazione del nervo dopo la lesione del nervo ottico nei topi con nervi ottici danneggiati. In secondo luogo, ha invertito la perdita della vista negli animali con una condizione che imita il glaucoma umano. E in terzo luogo, ha invertito la perdita della vista negli animali che invecchiano senza glaucoma.

L’approccio del team si basa su una nuova teoria sul perché invecchiamo. La maggior parte delle cellule del corpo contengono le stesse molecole di DNA, ma hanno funzioni ampiamente diverse. Per raggiungere questo grado di specializzazione, queste cellule devono leggere solo geni specifici per il loro tipo. Questa funzione regolatrice è la competenza dell’epigenoma, un sistema di accensione e spegnimento dei geni in modelli specifici senza alterare la sequenza di DNA sottostante di base del gene.

Questa teoria postula che i cambiamenti nell’epigenoma nel tempo causano alle cellule di leggere i geni sbagliati e malfunzionamenti — dando origine a malattie dell’invecchiamento. Una delle modifiche più importanti all’epigenoma è la metilazione del DNA, un processo mediante il quale i gruppi metilici vengono attaccati al DNA. I modelli di metilazione del DNA sono stabiliti durante lo sviluppo embrionale per produrre i vari tipi di cellule. Nel corso del tempo, i modelli giovanili di metilazione del DNA vengono persi e i geni all’interno delle cellule che dovrebbero essere accesi vengono spenti e viceversa, con conseguente compromissione della funzione cellulare. Alcuni di questi cambiamenti di metilazione del DNA sono prevedibili e sono stati usati per determinare l’età biologica di una cellula o di un tessuto.

Tuttavia, non è chiaro se la metilazione del DNA determini cambiamenti legati all’età all’interno delle cellule. Nell’attuale studio, i ricercatori hanno ipotizzato che se la metilazione del DNA, in effetti, controlla l’invecchiamento, la cancellazione di alcune delle sue impronte potrebbe invertire l’età delle cellule all’interno degli organismi viventi e ripristinarle al loro stato precedente e più giovanile.

Il lavoro passato aveva raggiunto questa impresa in cellule coltivate in piatti di laboratorio, ma non è riuscito a dimostrare l’effetto negli organismi viventi.

Le nuove scoperte dimostrano che l’approccio potrebbe essere utilizzato anche negli animali.

Superare un ostacolo importante

L’autore principale dello studio, Yuancheng Lu, ricercatore in genetica presso HMS ed ex studente di dottorato nel laboratorio di Sinclair, ha sviluppato una terapia genica che potrebbe invertire in modo sicuro l’età delle cellule in un animale vivente.

Il lavoro di Lu si basa sulla scoperta del premio Nobel di Shinya Yamanaka, che ha identificato i quattro fattori di trascrizione, Oct4, Sox2, Klf4, c-Myc, che potrebbero cancellare i marcatori epigenetici sulle cellule e riportare queste cellule al loro stato embrionale primitivo da cui possono svilupparsi in qualsiasi altro tipo di cellula.

Studi successivi, tuttavia, hanno mostrato due importanti battute d’arresto. In primo luogo, quando utilizzati in topi adulti, i quattro fattori Yamanaka potrebbero anche indurre la crescita del tumore, rendendo l’approccio pericoloso. In secondo luogo, i fattori potrebbero ripristinare lo stato cellulare allo stato cellulare più primitivo, cancellando così completamente l’identità di una cellula.

Lu e colleghi hanno aggirato questi ostacoli modificando leggermente l’approccio. Hanno lasciato cadere il gene c-Myc e consegnato solo i restanti tre geni Yamanaka, Oct4, Sox2, e Klf4. L’approccio modificato ha invertito con successo l’invecchiamento cellulare senza alimentare la crescita del tumore o perdere la loro identità.

Terapia genica applicata alla rigenerazione del nervo ottico

Nell’attuale studio, i ricercatori hanno mirato alle cellule del sistema nervoso centrale perché è la prima parte del corpo colpita dall’invecchiamento. Dopo la nascita, la capacità del sistema nervoso centrale di rigenerarsi diminuisce rapidamente.

Per verificare se la capacità rigenerativa degli animali giovani potrebbe essere impartita a topi adulti, i ricercatori hanno consegnato la combinazione modificata di tre geni tramite un AAV in cellule gangliari retiniche di topi adulti con lesioni del nervo ottico.

Per il lavoro, Lu e Sinclair hanno collaborato con Zhigang He, professore HMS di neurologia e oftalmologia al Boston Children’s Hospital, che studia la neuro-rigenerazione del nervo ottico e del midollo spinale.

Il trattamento ha comportato un aumento di due volte del numero di cellule gangliari retiniche sopravvissute dopo la lesione e un aumento di cinque volte della ricrescita nervosa.

“All’inizio di questo progetto, molti dei nostri colleghi hanno detto che il nostro approccio sarebbe fallito o sarebbe troppo pericoloso per essere mai usato”, ha detto Lu. “I nostri risultati suggeriscono che questo metodo è sicuro e potrebbe potenzialmente rivoluzionare il trattamento dell’occhio e di molti altri organi colpiti dall’invecchiamento.”

Inversione di glaucoma ed età-correlate perdita di visione

di Seguito i risultati incoraggianti nei topi con lesioni del nervo ottico, il team ha collaborato con i colleghi di Schepens Eye Research Institute del Massachusetts Eye and Ear Bruce Ksander, HMS professore associato di oftalmologia, e Meredith Gregorio-Ksander, HMS professore assistente di oftalmologia. Hanno pianificato due serie di esperimenti: uno per verificare se il cocktail a tre geni potrebbe ripristinare la perdita della vista a causa del glaucoma e un altro per vedere se l’approccio potrebbe invertire la perdita della vista derivante dal normale invecchiamento.

In un modello murino di glaucoma, il trattamento ha portato ad un aumento dell’attività elettrica delle cellule nervose e ad un notevole aumento dell’acuità visiva, misurato dalla capacità degli animali di vedere linee verticali in movimento su uno schermo. Sorprendentemente, lo ha fatto dopo che la perdita della vista indotta dal glaucoma si era già verificata.

” Il recupero della funzione visiva dopo l’infortunio è stato raramente dimostrato dagli scienziati”, ha detto Ksander. “Questo nuovo approccio, che inverte con successo molteplici cause di perdita della vista nei topi senza la necessità di un trapianto di retina, rappresenta una nuova modalità di trattamento nella medicina rigenerativa.”

Il trattamento ha funzionato allo stesso modo in topi anziani di 12 mesi con una diminuzione della vista dovuta al normale invecchiamento. Dopo il trattamento dei topi anziani, i modelli di espressione genica e i segnali elettrici delle cellule del nervo ottico erano simili ai topi giovani e la visione è stata ripristinata. Quando i ricercatori hanno analizzato i cambiamenti molecolari nelle cellule trattate, hanno trovato modelli invertiti di metilazione del DNA – un’osservazione che suggerisce che la metilazione del DNA non è un semplice marcatore o un passante nel processo di invecchiamento, ma piuttosto un agente attivo che lo guida.

“Ciò che questo ci dice è che l’orologio non rappresenta solo il tempo, è il tempo”, ha detto Sinclair. “Se si riavvolgono le lancette dell’orologio, anche il tempo va indietro.”

I ricercatori hanno detto che se i loro risultati sono confermati in ulteriori lavori sugli animali, potrebbero iniziare studi clinici entro due anni per testare l’efficacia dell’approccio nelle persone con glaucoma. Finora, i risultati sono incoraggianti, hanno detto i ricercatori. Nell’attuale studio, un trattamento di un anno per tutto il corpo di topi con l’approccio a tre geni non ha mostrato effetti collaterali negativi.

Correlato

Scansione del cervello del ratto.

Collegamento di vista e movimento

I ricercatori chiave nella ricerca che può aiutare auto a guida autonoma ‘vedere’

Illustrazione concettuale di scansioni MRI.

dare un senso di come il cieco di ‘vedere’ il colore

Studio suggerisce che i non vedenti e vedenti, con esperienza di fenomeni visivi in modo diverso, ma che hanno in comune la comprensione di loro

Altri autori sulla carta includono Benedikt Brommer, Xiao Tian, Anitha Krishnan, Margarita Meer, Chen Wang, Daniel Vera, Qiurui Zeng, Doudou Yu, Michael Bonkowski, Jae-Hyun Yang Songlin Zhou, Emma Hoffmann, Margarete Karg, Michael Schultz, Alice Kane, Noè Davidsohn, Ekaterina Korobkina, Karolina Chwalek, Luis Rajman, Giorgio Chiesa, Konrad Hochedlinger, Vadim Gladyshev, Steve Horvath e Morgan Levine.

Questo lavoro è stato sostenuto in parte da una Harvard Medical School Epigenetics Seed Grant e Development Grant, la Glenn Foundation for Medical Research, Edward Schulak, il National Institutes of Health (grants R01AG019719,R37AG028730, R01EY026939, R01EY021526, R01AG067782, R01GM065204, R01AG065403, R01EY025794, R24EY028767 e R21EY030276), e la Fondazione St. Vincent de Paul.

Categorie: Articles

0 commenti

Lascia un commento

Segnaposto per l'avatar

Il tuo indirizzo email non sarà pubblicato. I campi obbligatori sono contrassegnati *