Ogni organismo vivente esposto alla luce del sole possiede un orologio interno impostato su un programma di circa 24 ore. I cicli del giorno e della notte influenzano ogni cellula del nostro corpo. Governati da una regione dell’ipotalamo del cervello chiamata nucleo soprachiasmatico (SCN), i ritmi circadiani modulano la funzione cellulare e controllano processi corporei come il ritmo sonno-veglia, la fame, i tassi metabolici e i livelli ormonali. Il nostro cervello è programmato per rispondere al sorgere e al tramontare dell’astro del giorno.

I meccanismi del ritmo circadiano sono molto complessi e il loro funzionamento interno è ancora in gran parte un mistero per gli esperti. Molti scienziati ritengono che, con il passare del tempo, le cellule staminali perdano essenzialmente il loro ritmo circadiano, smettendo di distinguere tra il ciclo del giorno e quello della notte, e che questo sia la causa dell’invecchiamento. Tuttavia, grazie alle ricerche in corso sul ritmo circadiano delle cellule staminali e sull’invecchiamento, ora sappiamo che questo non è vero.

Secondo due studi condotti da scienziati dell’Università Pompeu Fabra e dell’Istituto di Ricerca in Biomedicina (IRB Barcelona) in Spagna e dell’Università della California Irvine, anche con l’età i ritmi circadiani delle cellule staminali rimangono attivi, ma le loro funzioni vengono riprogrammate.

I ritmi circadiani precedentemente collegati all’invecchiamento e al benessere

Sappiamo che quando i nostri ritmi biologici vengono scombussolati, si verificano problemi di salute. Le interruzioni dei nostri cicli circadiani possono causare problemi di salute come depressione, obesità, abbassamento della risposta immunitaria e disturbi metabolici. Per esempio, chi fa i turni di notte è notoriamente più soggetto al cancro e al diabete.

Un gruppo di ricercatori del laboratorio di Leonard Guarente, professore di biologia Novartis al MIT, ha studiato il rapporto tra cicli circadiani e salute. Secondo Guarente, “praticamente tutto ciò che avviene a livello fisiologico è in realtà organizzato lungo il ciclo circadiano”. Ora sta emergendo l’idea che il mantenimento del ciclo circadiano sia molto importante per la salute e che, se viene interrotto, si paghi uno scotto in termini di salute e forse di invecchiamento”.

Il precedente lavoro di Guarente ha contribuito a scoprire un legame tra le interruzioni del ciclo circadiano e l’invecchiamento. In uno studio pubblicato sulla rivista Cell, il team ha esaminato il legame tra l’interruzione del ciclo circadiano e l’invecchiamento, notando che una particolare proteina (SIRT1) associata alla longevità sembra anche regolare l’orologio del corpo.

La SIRT1 è “un regolatore principale delle risposte delle cellule allo stress, che coordina una serie di reti ormonali, proteine e geni per aiutare a mantenere le cellule vive e sane”. Con l’invecchiamento, i livelli di questa proteina SIRT1 diminuiscono e influenzano la capacità dei cicli circadiani di adattarsi allo stress. Questa nuova ricerca sul ritmo circadiano delle cellule staminali e sull’invecchiamento potrebbe aiutare a comprendere meglio la natura di questa relazione.

Secondo alcuni studi, le alterazioni del ritmo circadiano delle cellule staminali aggravano l’invecchiamento

Secondo due recenti studi sul ritmo circadiano delle cellule staminali e l’invecchiamento, entrambi pubblicati sulla rivista Cell e supervisionati dal dottor Salvador Aznar Benita dell’IRB di Barcellona, con l’avanzare dell’età le nostre cellule staminali si riprogrammano per diventare meno interessate alla regolare manutenzione dei tessuti e concentrarsi invece sulla gestione dello stress e dei danni legati all’età.

Per confrontare i cambiamenti nelle cellule staminali, il team ha esaminato campioni di tessuto epatico, muscolare e cutaneo di topi giovani di tre mesi e di topi anziani di età compresa tra 18 e 22 mesi. Hanno scoperto che nel corso del tempo i geni che controllano i cicli circadiani sono rimasti attivi nei topi più anziani come in quelli più giovani ma, sorprendentemente, hanno iniziato a influenzare funzioni cellulari diverse.

I ricercatori hanno osservato che nei topi più giovani i processi circadiani regolavano le normali funzioni cellulari come la protezione e il mantenimento dei tessuti, processi come la replicazione del DNA, la guarigione delle ferite e la pulizia delle cellule. Tuttavia, il team ha scoperto che nei topi più anziani i processi circadiani regolavano i meccanismi cellulari per far fronte allo stress, come la riparazione del DNA e la risposta infiammatoria.

Secondo la dott.ssa Benitah, “le cellule staminali invecchiate conservano il ritmo circadiano ma ora svolgono un’altra serie di funzioni per affrontare i problemi che sorgono con l’età”.

Sebbene questo possa sembrare un comportamento atteso e persino desiderato, in realtà può causare ulteriori complicazioni legate all’età. Benitah ha spiegato: “Il problema è che, invecchiando, le cellule staminali perdono le funzioni ritmiche necessarie per la protezione e il mantenimento dei tessuti, che vengono sostituite da funzioni volte a far fronte allo stress. La perdita delle precedenti funzioni circadiane delle cellule staminali durante l’invecchiamento naturale contribuisce in qualche modo ad aumentare i danni e l’invecchiamento”.

La riprogrammazione circadiana è specifica per diversi tipi di tessuto

Sebbene i ricercatori non abbiano scoperto cosa innesca questo evento di riprogrammazione con l’età, hanno scoperto che la riprogrammazione circadiana è specifica e unica per ogni tipo di tessuto. Gli autori ritengono che questo suggerisca che ogni tessuto del corpo invecchia in modo diverso nel tempo, un fatto che potrebbe cambiare la direzione della ricerca futura sul processo di invecchiamento.

La riprogrammazione genica avviene normalmente in risposta a eventi quali l’infiammazione dei tessuti, i processi di autofagia difettosi o i danni al DNA accumulati. La ricercatrice dell’Università Pompeu Fabra e coautrice di uno studio, Pura Muñoz-Cánoves, ha spiegato che “sebbene l’invecchiamento comporti sempre una riprogrammazione circadiana, un aspetto interessante dei nostri risultati è che tale riprogrammazione è specifica e distinta per ogni tipo di tessuto studiato. Questa osservazione implica che, sebbene l’intero organismo stia invecchiando, ogni tessuto attraversa questo processo in modo diverso. Quindi, per affrontare il rallentamento dell’invecchiamento, sarà necessario studiare ogni tessuto separatamente”.

La restrizione calorica mantiene un ritmo circadiano “giovane

Studi precedenti hanno suggerito che una dieta ipocalorica rallenta i segni dell’invecchiamento. I ricercatori hanno condotto una seconda serie di esperimenti in cui hanno alimentato i topi con una dieta ipocalorica e li hanno poi confrontati con le loro controparti alimentate normalmente dopo sei mesi. Hanno scoperto che i topi che seguivano la dieta ipocalorica mantenevano la funzionalità del ritmo circadiano di uno stato più giovane.

“La dieta ipocalorica contribuisce notevolmente a prevenire gli effetti dell’invecchiamento fisiologico. Mantenere il ritmo delle cellule staminali ‘giovani’ è importante perché, alla fine, queste cellule servono a rinnovare e a preservare cicli giorno-notte molto pronunciati nei tessuti. Mangiare meno sembra prevenire l’invecchiamento dei tessuti e quindi impedisce alle cellule staminali di riprogrammare le loro attività circadiane”, ha spiegato la dottoressa Benitah.

I ricercatori ritengono che i loro studi spieghino perché la restrizione calorica sembra rallentare il processo di invecchiamento. Anche se rimane incerto se una dieta ipocalorica avrebbe lo stesso effetto negli esseri umani, i ricercatori sottolineano che la restrizione calorica potrebbe non essere la risposta. “È improbabile che tali diete vengano seguite su larga scala perché comportano una fame costante e quindi richiedono molta forza di volontà; inoltre, tali regimi alimentari forniscono all’organismo l’energia minima per svolgere le sue funzioni di base, il che a lungo termine può avere effetti negativi sulla vita quotidiana delle persone”, afferma la dott.ssa Benitah.

Anche se una dieta ipocalorica potrebbe non essere la chiave per la longevità, i ricercatori sul ritmo circadiano delle cellule staminali e l’invecchiamento ritengono che sia importante studiare ulteriormente l’effetto del metabolismo sulle cellule staminali e sul processo di invecchiamento, al fine di identificare il legame per future terapie.