Trascrizione del DNA mitocondriale nell'invecchiamento

La teoria mitocondriale dell’invecchiamento considera le mutazioni somatiche del DNA mitocondriale (mtDNA), indotte dalle specie reattive dell’ossigeno (ROS), come causa primaria del declino energetico che caratterizza la senescenza.
I mitocondri sono profondamente interessati alla produzione di ROS che si formano normalmente come prodotto “di scarto” della catena respiratoria in prossimità fisica del DNA mitocondriale.
La riduzione della funzionalità degli enzimi della catena respiratoria, non solo diminuisce la sintesi di ATP, ma aumenta la produzione di radicali dell’ossigeno in un catastrofico circolo vizioso tra danno respiratorio, accumulo di radicali liberi e mutazione del mtDNA.
La “catastrofe mitocondriale” spiega come i fenomeni degenerativi della senescenza normale, attribuiti all’accumulo di mutazioni nell’mtDNA, possano avvenire in maniera precoce o più grave in alcune patologie degenerative ad esordio tardivo, quali il morbo di Parkinson o il morbo di Alzheimer.
Per questi motivi, lo studio delle alterazioni del mtDNA è stato ampiamente praticato sia in relazione alla senescenza che alle malattie neurodegenerative. Al contrario l’espressione del genoma mitocondriale, ed in particolare la trascrizione, è stata poco studiata e non sono noti i meccanismi che la regolano. Questo è anche dovuto alla ridotte possibilità di analisi che hanno fornito le tecniche fino ad ora utilizzate. In particolare la più utilizzata (il Northern Blot) consente valutazioni solo semi-quantitative dei risultati ottenuti.
La prima parte di questa tesi è stata volta alla ricerca e messa a punto di un metodo quantitativo, la Real Time PCR, per lo studio di espressione di geni mitocondriali. Tale metodo consente la quantificazione di mRNA a partire da ridotte quantità di materiale di partenza (=1μg). Infatti una delle ragioni che limita tali studi su tessuti umani è la necessità di ottenere dal tessuto quantità elevate di RNA (>10μg) e, di conseguenza, di effettuare prelievi invasivi.
Il metodo da noi definito ha gli ulteriori vantaggi di essere automatizzato e di utilizzare un sistema chiuso; questo riduce notevolmente le possibilità di errore e le variabili incidenti.
La seconda parte della ricerca è stata incentrata sulla quantificazione dell’mRNA dei geni che codificano per alcune subunità (ND 1, ND 5, Cox I, Cox III) dei complessi I e IV della catena respiratoria, nei mitocondri delle piastrine, al fine di confrontare soggetti sani di entrambi i sessi di età inferiore a 25 anni e maggiore di 68.
Sono state scelte le piastrine come obiettivo di studio per numerosi motivi. Innanzi tutto perché recentemente sono state proposte come biomarkers dell’invecchiamento e sono state considerate, a causa delle loro numerose proprietà biochimiche, un utile modello per le cellule neuronali. Inoltre le piastrine sono prive di nucleo e sono facilmente reperibili senza l’ausilio di tecniche bioptiche.
I dati ottenuti mostrano che, sia in soggetti anziani che giovani, allo stato stazionario, la quantità di trascritto di COX III è la metà di COX I; al contrario la quantità di trascritti di ND 1 e ND 5 è raddoppiata nei soggetti anziani rispetto a quelli giovani.
Numerosi studi mostrano come tutta l’espressione mitocondriale sia finemente regolata da meccanismi mitocondriali e nucleari di cui però non si conoscono i dettagli. I nostri dati vanno ad aggiungere un interessante tassello al mosaico poco chiaro della regolazione della trascrizione.
La diversa espressione dei vari geni studiati in questa tesi può essere riconducibile ad una differente stabilità dei trascritti, probabilmente regolata da qualche fattore nucleare non ancora noto. Le differenze significative riscontrate nei geni del Complesso I della catena respiratoria (ND 1 e ND 5) tra giovani e anziani, si possono interpretare come risposta della cellula alla diminuita funzionalità mitocondriale già documenta nell’invecchiamento. Infatti sappiamo che il Complesso I costituisce la tappa limitante della respirazione mitocondriale e possiamo ipotizzare che l’aumento di trascritto di tali geni rappresenti l’aumento della sintesi di tutte le subunità del Complesso I.
Le prospettive future di questo studio prevedono l’impiego della tecnica sviluppata, per l’analisi di tutti gli altri geni codificati dal mtDNA, al fine di chiarire i meccanismi che regolano la trascrizione ed di individuare eventuali markers per l’invecchiamento, o per patologie neurodegenerative, utilizzabili in diagnostica.