Con la edad, las células madre propician más envejecimiento por un cambio en sus funciones rítmicas

Imagen representativa de los efectos del ritmo circadiano en envejecimiento (Autora: Iris Joval Granollers)
Imagen representativa de los efectos del ritmo circadiano en envejecimiento (Autora: Iris Joval Granollers)
  • <p>Image representing the effects of the circadian clock in ageing (Author: Iris Joval Granollers)</p>
  • <p>DNA damage accumulation (in green) in old mice skin (Guiomar Solanas and Francisca Peixoto, IRB Barcelona)</p>
  • <p>Skin stem cells from young mice (Guiomar Solanas and Francisca Peixoto, IRB Barcelona)</p>
  • <p>(from left to right): Francisca O. Peixoto, Salvador Aznar Benitah, Guiomar Solanas (IRB Barcelona team), Pura Muñoz-Cánoves and Eusebio Perdiguero (UPF team)</p>

Las funciones de las células madre siguen estando marcadas por el día y la noche (ritmo circadiano) durante el envejecimiento pero están destinadas a reparar los tejidos y no a mantenerlos tonificados.

Los dos estudios que publica Cell, liderados por Salvador Aznar Benitah en el IRB Barcelona, refutan un dogma científico que asociaba el envejecimiento con la pérdida del ciclo circadiano de las células madre.

Una dieta baja en calorías retrasa el cambio de funciones rítmicas de las células madre y ralentiza el envejecimiento.

Una hipótesis ampliamente aceptada sostenía que con el tiempo las células madre dejaban de saber si era de día o de noche (perdían el ritmo circadiano) y dicha pérdida promovía el envejecimiento. Pero no es así. Científicos del Instituto de Investigación Biomédica (IRB Barcelona), la Universidad Pompeu Fabra (UPF) y de la Universidad de California Irvine, en Estados Unidos, refutan la hipótesis con dos estudios que publican en la revista Cell en la edición del 10 de agosto. Durante el envejecimiento las células madre siguen trabajando rítmicamente, lo que ocurre es que reprograman las funciones circadianas que llevan a cabo.

 

 

“Las células madre envejecidas conservan perfectamente el ritmo circadiano pero ahora desempeñan todo otro conjunto de funciones para hacer frente a problemas que aparecen con la edad”, describe el investigador ICREA Salvador Aznar Benitah, jefe del grupo Células Madre y Cáncer y líder de ambos estudios. Los científicos desconocen por el momento las causas de dicha reprogramación. Aznar Benitah añade, “el problema es que desaparece la funcionalidad rítmica que tenían las células madre “jóvenes” y que tiene que ver con la protección y la preservación del tejido, funciones que pasan a no ser rítmicas. Ese abandono de sus antiguas funciones circadianas durante el envejecimiento natural contribuye a que, de algún modo, se acumule más daño y haya más envejecimiento”.

Las primeras autoras de ambos trabajos, la investigadora asociada Guiomar Solanas y la estudiante de doctorado “la Caixa” Francisca Oliveira Peixoto, ambas del IRB Barcelona, compararon células madre de ratones jóvenes (de tres meses) con las de ratones envejecidos (de entre 18 y 22 meses) en tres tipos de tejidos: piel, músculo e hígado, cada cuatro horas durante el día. “Han sido experimentos técnicamente muy complejos y exigentes pero los resultados son sorprendentes”, declara Solanas.

Reprogramación específica para cada tejido

La reprogramación de genes se da, por ejemplo, para hacer frente al daño acumulado en el ADN, para actuar sobre tejidos inflamados, o sobre un sistema de auto limpieza celular (autofagia) ineficaz.

“Aunque siempre hay reprogramación circadiana en el envejecimiento, un aspecto interesante de nuestros resultados es que es específica y distinta para cada tejido estudiado. Esto significa que aunque todo el organismo esté envejeciendo, cada tejido lo hace a su manera, y por lo tanto el abordaje para ralentizar el envejecimiento habría de estudiarse y hacerse tejido a tejido”, explica Pura Muñoz-Cánoves, investigadora ICREA del Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud de la UPF, y coautora de uno de los trabajos.

La dieta hipocalórica mantiene un ritmo circadiano jovial

Se sabe que la dieta hipocalórica retrasa los signos de envejecimiento en primates y ratones. Solanas y Peixoto, en otro conjunto de experimentos, dieron a ratones una dieta hipocalórica durante seis meses y lo compararon con ratones con una dieta normal. Los animales envejecidos con dieta hipocalórica conservaban la mayoría de las funciones rítmicas de “su juventud”. 

“La dieta hipocalórica contribuye a prevenir muy potentemente lo que ocurre durante el envejecimiento fisiológico. Mantener las células madre con un ritmo “joven” es importante porque al fin y cabo su función es renovar y preservar los tejidos en ritmos de día y noche muy marcados. Comer menos parece prevenir el envejecimiento del tejido y por lo tanto no hay necesidad de reprogramar las funciones circadianas”, describe Aznar Benitah.

Según los investigadores, sus estudios dan una explicación a por qué una dieta restringida en calorías ralentiza el envejecimiento. Lo que no está tan claro es que para los humanos las dietas hipocalóricas sean una solución para mantener a raya el envejecimiento. “No son muy recomendables, ya que se pasa hambre constantemente y por lo tanto requiere mucha fuerza de voluntad; además, mantienen al organismo con la energía mínima para sus funciones, lo que a la larga puede tener consecuencias negativas en el día a día de la persona”, subraya Aznar Benitah. El científico explica que en este sentido lo importante ahora es ahondar en porqué el metabolismo tiene este efecto tan dominante sobre el envejecimiento de las células madre y, una vez identificado el nexo de unión que promueve o retrasa el envejecimiento, desarrollar terapias que modulen dicho nexo de unión.

Estos trabajos liderados por el laboratorio del Profesor de Investigación ICREA Salvador Aznar Benitah en el IRB Barcelona, se han desarrollo junto a investigadores liderados por la Profesora de Investigación ICREA Pura Muñoz-Cánoves en el Departamento de Ciencias Experimentales y de la Salud la Universidad Pompeu Fabra en Barcelona, y el profesor de investigación Paolo Sassone-Corsi del Centro de Epigenética y Metabolismo de la Universidad de California Irvine, en Estados Unidos.

Los estudios han recibido financiación del Consejo Europeo de Investigación (ERC en inglés), la red europea E-Rare, la Institución ICREA de la Generalitat de Catalunya, el Ministerio de Economía y Competitividad (fondos Feder), AFM-Teléthon, la Fundació La Marató de TV3, la Fundación Botín/Santander Universidades y la Fundación “la Caixa”. El IRB Barcelona es Centro de Excelencia “Severo Ochoa” y el Dpto. de Ciencias Experimentales y de la Salud es Unidad de Excelencia “María de Maeztu”.

 

Artículos de referencia:

Guiomar Solanas, Francisca Oliveira Peixoto, Eusebio Perdiguero, Mercè Jardí, Vanessa Ruiz-Bonilla, Debayan Datta, Aikaterini Symeonidi, Andrés Castellanos, Patrick-Simon Welz, Juan Martín Caballero, Paolo Sassone-Corsi, Pura Muñoz-Cánoves, and Salvador Aznar Benitah

Aged Stem Cells Reprogram Their Daily Rhythmic Functions to Adapt to Tissue-Specific Stress

Cell (2017) Doi: 10.1016/j.cell.2017.07.035

Shogo Sato, Guiomar Solanas, Francisca Oliveira Peixoto, Leonardo Bee, Aikaterini Symeonidi, Mark S. Schmidt, Charles Brenner, Selma Masri, Salvador Aznar Benitah, Paolo Sassone-Corsi

Circadian reprogramming in the liver identifies metabolic pathways of aging

Cell (2017) Doi: 10.1016/j.cell.2017.07.042

 

Sobre el IRB Barcelona
Creado en 2005 por la Generalitat de Catalunya y la Universidad de Barcelona, el IRB Barcelona es Centro de Excelencia Severo Ochoa desde 2011. El objetivo del IRB Barcelona es hacer investigación de excelencia en biomedicina y mejorar la calidad de vida de las personas y, en paralelo, potenciar la formación de talento, la transferencia tecnológica y la comunicación social de la ciencia. Los 25 laboratorios y siete plataformas tecnológicas trabajan para responder a preguntas básicas en biología y orientadas a enfermedades como el cáncer, la metástasis, el Alzheimer, la diabetes y enfermedades raras. Es un centro internacional que acoge alrededor de 400 trabajadores de 32 nacionalidades. Está ubicado en el Parque Científico de Barcelona. El IRB Barcelona forma parte del Barcelona Institute of Science and Technology (BIST) y la red de Centros de Investigación de Catalunya (CERCA).