Invecchiamento: l’occhio può guidare la durata della vita

(invecchiamento-immagine Credit Public Domain).

I ricercatori hanno scoperto una connessione tra dieta, ritmi circadiani, salute degli occhi e durata della vita nella Drosophila, che influenza l’invecchimento.

A volte ci sono connessioni strane e inaspettate nel corpo umano. Ad esempio, il microbioma intestinale, i trilioni di batteri e altri microbi che vivono nel nostro tratto digestivo, possono avere legami con la perdita di peso, la malattia di Lou Gehrig, l’autismo, la gravità della COVID-19 e la sicurezza e l’efficacia dei farmaci.

Molti processi vitali nell’occhio sono soggetti a regolazione circadiana e la disfunzione circadiana è emersa come potenziale fattore di invecchiamento degli occhi. La restrizione dietetica è una delle terapie più robuste per prolungare la durata della vita e amplifica i ritmi circadiani con l’età. In questo studio i ricercatori dimostrano che la restrizione dietetica estende la durata della vita nella Drosophila melanogaster promuovendo processi omeostatici circadiani che proteggono il sistema visivo dai danni associati all’età e alla luce. 

Ora i ricercatori hanno trovato un’altra connessione sorprendente. In un esperimento sulle mosche, hanno scoperto che il processo di invecchiamento è guidato da processi negli occhi.

Gli scienziati hanno dimostrato per la prima volta un legame tra dieta, ritmi circadiani, salute degli occhi e durata della vita nella Drosophila.

L’alterazione del fattore di trascrizione dell’orologio molecolare dei geni CLOCK o CLOCK-output, accelera la senescenza visiva, induce una risposta immunitaria sistemica e riduce la durata della vita. “I nostri risultati stabiliscono che l’occhio è un modulatore della durata della vita sensibile alla dieta e indica che la vista è un processo pleiotropico antagonistico che contribuisce all’invecchiamento dell’organismo”, dicono gli autori.

Nello studio, pubblicato nel numero del 7 giugno 2022 della rivista Nature Communications, i ricercatori del Buck Institute hanno inoltre inaspettatamente scoperto che i processi nell’occhio della mosca guidano effettivamente il processo di invecchiamento.

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“La scoperta che l’occhio stesso, almeno nel moscerino della frutta, può regolare direttamente la durata della vita è stata una sorpresa per noi”, ha detto l’autore principale, Brian Hodge, PhD, che ha svolto i suoi studi post-dottorato nel laboratorio di Kapahi.

“La spiegazione di questa connessione”, ha detto Hodge, “risiede negli “orologi” circadiani, il macchinario molecolare all’interno di ogni cellula di ogni organismo, che si è evoluto per adattarsi agli stress quotidiani, come i cambiamenti di luce e temperatura causati dall’aumento e dal tramontare del sole”.

Queste oscillazioni di 24 ore – i ritmi circadiani – influenzano i comportamenti animali complessi, come le interazioni predatore-preda e i cicli sonno/veglia, fino alla messa a punto della regolazione temporale delle funzioni molecolari della trascrizione genica e della traduzione delle proteine.

Spiegano gli autori:

” I ritmi circadiani sono generati da orologi endogeni che rilevano segnali temporali (ad es. luce e cibo) per governare le oscillazioni ritmiche dei programmi di trascrizione genica, sincronizzando la fisiologia cellulare con i fattori di stress ambientali quotidiani. Oltre a tenere il tempo, l’orologio molecolare regola l’espressione temporale dei geni a valle, noti come geni controllati dall’orologio, per promuovere i ritmi tessuto-specifici in fisiologia. L’invecchiamento è associato a un progressivo declino della funzione visiva e ad un aumento dell’incidenza di malattie oculari. Le cellule dei fotorecettori della drosofila fungono da potente modello di senescenza visiva e degenerazione retinica. I fotorecettori della drosofila e dei mammiferi possiedono un meccanismo di orologio molecolare intrinseco alle cellule che regola temporalmente molti processi fisiologici, tra cui la sensibilità alla luce, il metabolismo, la produzione di pigmenti e la suscettibilità al danno mediato dalla luce. La senescenza visiva è accompagnata da un’ampiezza circadiana ridotta nell’espressione del gene dell’orologio centrale all’interno della retina. Questa riduzione dei ritmi circadiani retinici può essere causale dell’invecchiamento degli occhi, poiché i topi che ospitano mutazioni nei loro geni core-clock, in tutto il loro corpo o solo nelle loro cellule fotorecettrici, mostrano diversi fenotipi di invecchiamento a esordio precoce all’interno dell’occhio. Questi topi formano prematuramente la cataratta e hanno una ridotta sensibilità alla luce e vitalità delle cellule dei fotorecettori. Tuttavia, i meccanismi molecolari con cui l’orologio molecolare influenza l’invecchiamento degli occhi non sono completamente compresi”.

Nel 2016 il laboratorio di Kapahi ha pubblicato uno studio su Cell Metabolism che mostra che i moscerini della frutta che seguono una dieta ristretta hanno avuto cambiamenti significativi nei loro ritmi circadiani oltre a prolungare la durata della vita. Quando Hodge si è unito al laboratorio nello stesso anno, ha voluto scavare più a fondo per capire quali processi che migliorano le funzioni circadiane sono stati alterati dal cambiamento della dieta e se i processi circadiani erano necessari per la durata della vita più lunga ottenuta con la restrizione dietetica.

“Il moscerino della frutta ha una vita così breve, che lo rende un modello davvero utile che ci consente di schermare molte cose contemporaneamente”, ha affermato Hodge, che attualmente è uno scienziato presso Fountain Therapeutics nel sud di San Francisco. Lo studio è iniziato con un’ampia indagine per vedere quali geni oscillano in modo circadiano quando le mosche trattate con una dieta illimitata sono state confrontate con quelle alimentate solo con il 10% delle proteine ​​della dieta illimitata.

Immediatamente, Hodge ha notato numerosi geni “ritmici” che erano entrambi reattivi alla dieta e che mostravano anche alti e bassi livelli in diversi momenti. Ha poi scoperto che i geni ritmici che si attivavano di più con le restrizioni dietetiche sembravano provenire tutti dall’occhio, in particolare dai fotorecettori, i neuroni specializzati nella retina dell’occhio che rispondono alla luce.

Questa scoperta ha portato a una serie di esperimenti progettati per capire come la funzione oculare si adatta alla storia di come la restrizione alimentare può prolungare la durata della vita. Ad esempio, i ricercatori hanno avviato esperimenti che dimostrano che tenere le mosche nell’oscurità costante prolungava la loro vita. “Ci è sembrato molto strano”, ha detto Hodge. “Pensavamo che le mosche avessero bisogno che i segnali luminosi fossero ritmici o circadiani”.

Hanno quindi utilizzato la bioinformatica per verificare se i geni negli occhi che sono anche ritmici e reattivi alle restrizioni dietetiche influenzano la durata della vita? La risposta è stata: ” Sì, lo fanno”.

“Pensiamo sempre all’occhio come a qualcosa che ci serve, per ottenere una visione. Non lo pensiamo come qualcosa che deve essere protetto per proteggere l’intero organismo”, ha affermato Kapahi, che è anche Professore associato di urologia all’UCSF.

“Poiché gli occhi sono esposti al mondo esterno”, ha spiegato, “le difese immunitarie sono attive in modo critico, il che può portare a infiammazioni che, se presenti per lunghi periodi di tempo, possono causare o peggiorare una serie di malattie croniche comuni. Inoltre, la luce di per sé può causare la degenerazione dei fotorecettori che può causare infiammazione”.

“Fissare gli schermi di computer e telefoni ed essere esposti all’inquinamento luminoso fino a tarda notte sono condizioni molto inquietanti per gli orologi circadiani“, ha detto Kapahi. “La protezione per gli occhi e ciò potrebbe avere conseguenze oltre la semplice vista, intervenendo a difesa del resto del corpo e del cervello”.

C’è molto da capire sul ruolo che l’occhio gioca nella salute generale e nella durata della vita di un organismo. Ci si interroga su come fa l’occhio a regolare la durata della vita e se lo stesso effetto si applica ad altri organismi.

La domanda più grande sollevata da questo lavoro in quanto potrebbe applicarsi agli esseri umani è, semplicemente: “I fotorecettori nei mammiferi influenzano la longevità?”. “Probabilmente non tanto quanto nei moscerini della frutta”, ha detto Hodge, osservando che la maggior parte dell’energia in un moscerino della frutta è dedicata all’occhio. “Ma poiché i fotorecettori sono solo neuroni specializzati”, ha detto il ricercatore, “il legame più forte direi che è il ruolo che la funzione circadiana gioca nei neuroni in generale, specialmente con le restrizioni dietetiche e come queste possono essere sfruttate per mantenere la funzione neuronale durante l’invecchiamento”.

“Una volta che i ricercatori capiscono come funzionano questi processi, possono iniziare a prendere di mira l’orologio molecolare per decelerare l’invecchiamento”, ha affermato Hodge, aggiungendo che è possibile che gli esseri umani possano aiutare a mantenere la vista attivando gli orologi all’interno dei nostri occhi. “Potrebbe essere attraverso la dieta, i farmaci, i cambiamenti nello stile di vita… Ci aspettano molte ricerche davvero interessanti”, ha detto il ricercatore.

Fonte:Nature