Posts Tagged ‘oxidacion’

Biología del envejecimiento

26 septiembre, 2015

LA BIOLOGÍA DEL ENVEJECIMIENTO – ¿QUÉ SABE USTED SOBRE ESTE TEMA?
——————————–
Entender el envejecimiento ayuda a envejecer. En los estudios realizados en ratones en su hábitat silvestre en Australia y África, se observó que el 90% de los animales mueren antes del año de vida y el 70% de ellos, mueren durante los primeros seis meses de vida. Esto contrasta con los 2 años que viven esos mismos ratones en un laboratorio y enseña que el fenotipo del envejecimiento aparece en medios protegidos. Por otro lado, el envejecimiento es el principal factor de riesgo para la gran mayoría de las enfermedades que son mortales en la población y predice la mortalidad en los hospitales: por ejemplo, la probabilidad de fallecer en una hospitalización de un paciente mayor de 70 años es mayor al 40%, pero ese riesgo sube al 70%, cuando se tienen 95 años.
—————-
Es importante no confundir longevidad con envejecimiento. Se habla de especies o individuos longevos (aquellos que viven un gran número de años) pero aún no hay un consenso sobre la definición de envejecimiento, lo que en general se lo entiende como el proceso biológico universal que afecta a todo el cuerpo, que implica una pérdida progresiva de funciónes, que aumentan la probabilidad de morir, con el paso del tiempo. Hay distintas teorías que intentan explicar el porque envejecemos. Veamos algunas. LA TEORIAS ESTOCASTICA, que basadas en el azar plantean que el envejecimiento ocurre de un modo aleatorio y el daño se va acumulando con el tiempo, debido a las agresiones del medio ambiente, hasta alcanzar un nivel incompatible con la vida. Ella no explica nada sobre lo que ocurre ni como. Esta era la teoría dominante en el pasado, ante la falta total de información sobre el funcionamiento del cuerpo humano, a nivel celular.
—————
Otra teoría, un poco más racional, sobre el envejecimiento es la TEORÍA DE LAS MUTACIONES ACUMULATIVAS: la que plantea que el envejecimiento, luego de la reproducción, no está sometido a la presión de la selección natural y hay una serie de genes que producen en la vejez, un daño tal que lleva a la muerte. Aqui la naturaleza no solucionó el tema de limpiar los genes perjudiciales, luego de la reproducción. Esta teoría implica que los organismos son como máquinas cuyo único fin es transmitir genes y fenotipos a las otras generaciones para sobrevivir. Así que todos los mecanismos que permiten mantener al organismo en buenas condiciones, incluyendo la reparación celular y limpieza de daños, funcionan sólo durante la etapa fértil de la vida, luego de la cual, deja de tener sentido la lucha contra la entropía para mantener el cuerpo vivo.
—————
Todo indica que pueden haber genes muy favorables para la etapa inicial, pero que a largo plazo se asocian a un fenotipo negativo (cambia el entorno y los hábitos de vida) y ellos ahora causan daño. Un buen ejemplo es el de los genes relacionados con el almacenamiento de energía a través de la acumulación de grasa en el organismo, los que permiten defenderse del frío y del hambre cuando se es joven, pero luego, se asocian a un fenotipo negativo. Así, los organismos jovenes que repiten ese cambio de entorno y hábitos de vida de la vejez, sufren las mismas consecuencias negativas que los organismo viejos. Aún no sabemos bien cuales son todos los genes que cambian en este proceso del envejecimiento desfavorable, por lo complejo del tema y por la indiferencia que provoca aún estos temas. Es probable que estén involucrados los genes de la familia APO, que regulan las lipo-proteínas, los genes relacionados con interleuquinas involucradas en la inflamación y los que codifican para ciertas moléculas reguladoras del metabolismo de la glucosa.
—————–
Con el envejecimiento (65 años por convención en 1984) se inicia un proceso de deterioro paulatino de órganos y sus funciones asociadas. Muchas enfermedades, como ciertos tipos de demencia, enfermedades articulares, cardíacas y algunos tipos de cáncer han sido asociados al proceso de envejecimiento. A nivel celular, se sabe que las células normales están programadas para un número determinado de divisiones. Cada cromosoma celular tiene en sus extremos unas secuencias repetitivas y no codificantes llamados telómeros. Al replicarse el ADN de las células, los telómeros se van acortando con las divisiones. Aquí la enzima telomerasa, atenua esto en las células embrionarias, pero se inactiva en las células somáticas, lo que lleva al acortamiento progresivo de telómeros y cuando estos llegan a cierto nivel mínimo, se desencadena un mecanismos que conduce a la muerte celular. Por ello el largo de los telómeros representa una forma de calcular el tiempo de vida de las células.
—————-
Se pueden apreciar a simple vista algunas características del envejecimiento humano que se repiten en todas las personas, a distintas edades, sin importar el medio ambiente y los hábitos que se tengan:
1) Pérdida progresiva de los sentidos: vista, oído, gusto y olfato.
2) Pérdida progresiva de fuerza, elasticidad, agilidad y reflejo muscular. Pérdida del colágeno.
4) Alteración del sueño.
5) Degeneración ósea (acromegalias, osteoporosis, artritis reumatoideas).
6) En cerebro: demencia senil, pérdida de memoria y de razonar y Alzheimer.
8) Sube por acumulación la hipertensión arterial, colesterol y glucosa en sangre.
9) Se altera la Prostata y se degrada el sistema inmune.
10) Pérdida progresiva de la libido, menopausia en la mujer.
————————
Nuestro cuerpo es un sistema en EQUILIBRIO DINAMICO entre la degradación y la reparación constante. El envejecimiento ocurre cuando se produce una ruptura de ese equilibrio, es decir, cuando el daño supera la capacidad de reparación. Para que esta ruptura de ese equilibrio dinámico se produzca hacen falta que ciertos factores fallen. Estos factores incluyen genes, medio ambiente y hábitos de vida, los cuales afectan de manera positiva o negativa el proceso de equilibrio. La acumulación de daños moleculares del envejecimiento se debe a varios fenómenos:

1) LOS RADICALES LIBRES: que se crea a partir de un enlace débil donde un electrón queda sin pareja. Esto produce ROS (especies reactivas del oxigeno) dentro de las mitocondrias que son compuestos moleculares inestables, extremadamente reactivos, que alteran todos los componentes celulares (ácidos nucleicos, proteínas y lípidos). Se calcula que cada molécula de ADN contenida en cada una de nuestras células es objeto de 10.000 ataques diarios de los radicales libres. El ADN en el interior de las mitocondrias está más expuesto que el ADN del núcleo, por estar próximo a la fuente de los ROS y estar menos protegido, al carecer de histonas. Cuando la producción de energía ATP disminuye por debajo de un umbral, la célula desencadena su muerte celular por apoptosis, lo que disminuye las células productoras de energía y contribuye al envejecimiento.

2) LA GLICACIÓN: algunos azúcares esenciales como la glucosa, reaccionan con los aminoácidos de las proteínas de nuestro organismo (pero también con los ácidos nucleicos y los lípidos), en una reacción química lenta llamada glicación, la cual avanza y acumula en productos de glicación avanzada llamados PGA. La glicación (llamada también reacción de Maillard) se estudió en los alimentos. Al envejecer, se produce una acumulación de lesiones producidas por la oxidación de los radicales libres y van a “caramelizarse” por efecto de la glicación. Este proceso sinérgico se conoce como glicoxidación, y esta implicado en la diabetes, las cataratas, el alzheimer, la aterosclerosis, las nefropatías o las alteraciones vasculares periféricas, entre otras.

3) LA SENESCENCIA CELULAR: los telómeros se van acortando. Los fibroblastos humanos fetales pueden dividirse unas 60 veces, luego entran en G0 o quiescencia, del que no saldrán. Si tomamos el mismo tipo celular en alguién con 40 años, se dividirán unas 40 veces, mientras que si se toman de un individuo de 80 años, sólo se dividirán unas 30 veces: hay una relación entre la edad y la capacidad de dividirse de sus células. Este fenómeno de senescencia se identificó en los años 1960 y se llama “límite de Hayflick” en honor al descubridor. En los 80 se supo el tema de los telómeros asociado a esto: al alcanzar un mínimo, se activa una respuesta de daño del ADN, dependiente del gen supresor tumoral denominado p53, que desencadena la muerte celular por apoptosis. El mecanismo de p53 se activa cuando se produce cualquier tipo de lesión oxidativa del ADN, o por modificaciones de la cromatina que alteran su estructura (por ejemplo por efecto de un fármaco) o también cuando se producen modificaciones oncogénicas.

Para evitar la acumulación de daños en el ADN, la célula posee una batería de enzimas responsables del mantenimiento y la reparación así como una telomerasa encargada de restituir la longitud de los telómeros. Sin embargo, la telomerasa se reprime en tejidos somáticos, mientras que los mecanismos de reparación, como el resto de los componentes celulares, acumulan también daños que los inactivan de forma progresiva. Desde este punto de vista, la senescencia y la muerte celular constituye un mecanismo de defensa, evitando que células que acumulan daños en su ADN puedan proliferar, dado que las células dañadas pueden convertirse en tumores y aumentar el riesgo de cáncer.
————————–
ENVEJECIMIENTO Y REPRODUCCIÓN: hay una relación entre la función reproductora y el envejecimiento. En los animales se observa que en las especies con reproducción múltiple, una reproducción precoz está ligada, estadisticamente a una disminución de la esperanza de vida. En otras especies, la reproducción única está ligada a un envejecimiento acelerado y una muerte precoz. Esta relación se ha estudiado experimentalmente usando como modelo moscas de la especie Drosophila:11 cuando se seleccionan moscas durante muchas generaciones (en función de un timing impuesto de reproducción) se observa que las moscas a las que se les ha impuesto una reproducción tardía son más longevas que las moscas con reproducción precoz. Esta diferencia en la longevidad se observa después de 10 años de selección a partir de un ancestro común. Por otro lado, se ha demostrado experimentalmente que los tejidos reproductivos pueden emitir una señal capaz de influenciar la longevidad. Así, la irradiación de drosófilas con dosis radiactivas débiles, que destruyen sus ovocitos, aumenta la vida media de estos insectos. También se observa un efecto similar si de destruyen las células germinales en el gusano C. elegans o en ratones.
——————-
Recientemente se ha entendido un mecanismo genético universal, conservado a través de la evolución, que controla la rapidez del proceso del envejecimiento en la mayoría de las especies. La función de estos genes sería adaptar la distribución de los recursos energéticos en relación con las limitaciones del entorno para permitir la reproducción: en buenas condiciones ambientales (alimento ampliamente disponible), estos genes controlarían el uso de la energía disponible hacia el crecimiento, la madurez sexual y la reproducción. Esta estrategia implicaría descuidar las actividades de mantenimiento y reparación, lo que llevaría a envejecimiento prematuro y fallecimiento precoz. Pero cuando hay RESTRICCIÓN CALÓRICA, cuando no hay suficiente alimento disponible, los recursos disponibles van a los mecanismos de supervivencia (mantenimiento y reparación), y se ralentiza así el proceso de envejecimiento, para permitir al organismo que espere las condiciones más favorables para la reproducción.

Las vías metabólicas implicadas en este proceso incluyen al factor de transcripción FOXO y las SIRTUINAS. La actividad de FOXO está regulada por la vía de señalización de la insulina, y su activación induce la transcripción de muchos genes implicados en la resistencia al estrés, la reparación del ADN, la apoptosis, el control del ciclo celular. Por su parte, las sirtuinas son deacetilasas o ADP ribosilasas que utilizan NAD como cofactor, y por tanto pueden funcionar como sensores del estado metabólico celular. Su activación (por restricción calórica) aumenta la longevidad de los organismos, de manera dependiente de FOXO. Algunas sustancias, como el resveratrol presente en las uvas y sus derivados (entre otros alimentos), son activadoras de las sirtuinas.
——————–
LAS CONSECUENCIAS DE ENTENDER EL ENVEJECIMIENTO: Para resumir, el envejecimiento está asociado con dos procesos que se superponen y que finalmente llevan a la muerte del organismo: la degeneración progresiva de las células y la pérdida de la capacidad regenerativa. Tanto la degeneración como la regeneración de las células son procesos que ocurren en cada una de las etapas de la vida y permanecen en un perfecto equilibrio en condiciones normales, no patológicas. Los puntos de control y los mecanismos de reparación celulares permiten que las células dañadas sean reemplazadas, preservándose así la integridad funcional de tejidos y órganos. Sin embargo, en el envejecimiento esta balanza se inclina hacia la degeneración y ella está principalmente relacionada a la oxidacion y la glicación de proteínas: ambos procesos muy relacionados con factores ambientales. Luego la capacidad regenerativa estaría determinada genéticamente por el acortamiento de los telómeros y los procesos de muerte celular. Esta forma de entender el proceso, resalta la importancia y participación de factores exógenos como endógenos en el envejecimiento. Hay otros factores ambientales y de hábitos que ayudan a degradar o defender: los fumadores, por la inhalación permanente de radicales libres de oxígeno, pueden ayudar en la degradación. El tomar mucho sol, puede envejecer prematuramente la piel. La restricción calórica en cualquier momento de la vida, mejora la mayor parte de los parámetros biológicos e incrementa la longevidad, una dieta equilibrada en fibras y vegetales (antioxidantes naturales) será también positiva.
——————–
LAS INVESTIGACIONES SOBRE EL ENVEJECIMIENTO: Se puede resumir que el envejecimiento comienza a los 30 años, aunque se sabe que la memoria y los reflejos ya declinan a partir de los 24 años. Especialistas del Centro Nacional de Investigaciones Oncológicas (CNIO), han desarrollado un tratamiento que actúa sobre los genes que, aplicado en ratones adultos, una única vez, consigue de manera segura alargar la vida media de los individuos. Este tipo de investigaciones obligaba a modificar permanentemente los genes de los animales desde la fase embrionaria. Sin embargo, la terapia génica desarrollada por el CNIO para combatir el envejecimiento ha sido probada en ratones adultos de uno y dos años, e igual tuvo un efecto rejuvenecedor sobre ellos. El procedimiento consiste en modificar la carga genética de un virus cuyo ADN ha sido modificado, sus genes se sustituyen por uno de los genes más importantes para el envejecimiento de las especies tratadas: el que codifica la enzima telomerasa. El virus con el ADN tratado e inoculado en el animal actúa como un vehículo que deposita el gen de la telomerasa en las células.
————-
En diciembre de 2013 la revista Cell publicó una investigación según la cual se ha podido revertir uno de los mecanismos del envejecimiento, el relacionado con el desgaste y ruptura de la comunicación química molecular entre el núcleo celular y la mitocondria. El trabajo demuestra, solo en ratones por ahora, que suministrando un compuesto natural fabricado por el propio organismo humano, se logra revertir el envejecimiento al menos para tres indicadores básicos de una buena salud: resistencia a la insulina (una condición que eleva el riesgo de diabetes), la inflamación (relacionada con cáncer y enfermedades cardiovasculares) y, quizá lo más importante, el desgaste muscular. Otro estudio mas reciente apunta aque la Turritopsis nutricula, que es una medusa que no muere, se rejuvenece sola , debido a su capacidad natural de programar sus células para renovarse, aparte que soporta cualquier tipo de clima en el planeta pero no tiene sistema nervioso, la clave celular o la programación del rejuvenecimiento pareciera estar en esta medusa.
————–

See on Scoop.itNovedades Cientificas y Médicas

El ADN y el ARNm importan

15 noviembre, 2014

Source: A stuck ribosome could be rescued by factors that released it from the mRNA and chewed up the damaged transcipt. But if the factors involved in this quality-control system were absent, damaged mRNA accumulated in the cell, just as it does in Alzheimer’s.

EL ADN Y EL ARNm IMPORTAN
————————-
El daño al ADN es un problema para todas las células, en particular en el cáncer, donde los mecanismos que reparan el daño normalmente fallan. Los mismos agentes que dañan el ADN también dañan su molécula hermana, el ARN mensajero (ARNm), que transporta las transcripciones de los genes a las decenas de miles de los ribosomas en cada célula. Pero poca atención se ha prestado a este daño. “Todo el mundo pensaba, ‘¿Para qué preocuparse por el ARN mensajero?. Estas moléculas tienen altas tasas de rotación y se degradan rápidamente, así que ¿qué importa si una está dañada?'”, Dijo Hani Zaher, PhD, profesor asistente de biología en Artes y Ciencias en Universidad de Washington en St. Louis.
————-
“En organismos como E. coli o la levadura, esto quizás sea probablemente cierto”, dijo Zaher. “Usted no tiene que preocuparse de ARNm, ya que da la vuelta muy rápido. Pero en las neuronas no se puede usar ese argumento porque un ARNm puede persistir, en algunos casos por días. Y si ese ARNm es realmente dañado, puede convertirse en un gran problema. Puede haber casos en los que el ARN mensajero es tan importante como el ADN. Es evidente que el daño oxidativo del ARN esta de alguna manera involucrado en las enfermedades neurodegenerativas, como el Alzheimer y ALS. No es necesariamente que causen la enfermedad, puede ser una especie de subproducto, pero está en la mezcla”.
————
En condiciones normales sólo el 1 % de los ARNm celulares se oxida, dijo Zaher, pero si usted estrés oxidativo, por cualquier razón, un porcentaje más alto se puede dañar. Una de las características de la enfermedad de Alzheimer es el estrés oxidativo, y los estudios han demostrado que en las personas con Alzheimer avanzado, la mitad de las moléculas de ARN en las neuronas puede estar oxidado. En la edición de noviembre 13 del Cell Reports, Zaher, Simms y sus colegas informan que cuando alimentan ARNm oxidados a los ribosomas, las nanomáquinas que convierten ARNm en proteína se atascan y se detuvieron. Un ribosoma atascado podría ser rescatado por factores que se publican desde el ARNm y procesan la Transcripción del daño. Pero si los factores del sistema de control de calidad estan ausentes, el ARNm dañado se acumula en la célula, tal como lo hace en la enfermedad de Alzheimer.
———–
Los 3 procesos celulares esenciales para la vida (que son realizar una copia del ADN, la copia de ADN en ARNm y la traducción del ARNm en proteína) han sido penalizados por miles de millones de años de evolución, si se produce algún descuido. Los errores en la copia de ADN se producen sólo una vez cada 1.000 millones de eventos. Cuando el ADN se transcribe a ARNm, hay un error aproximadamente una vez cada 10.000 eventos .y cuando el ARNm se traduce a la proteína, podría haber un error una vez cada 1.000 eventos. Para poner a prueba la solidez del proceso, el laboratorio Zaher se dispuso intervenir dando transcripciones de ARNm defectuosos a los ribosomas. Para ello dañaron una letra en una unidad de mRNA de tres letras de codificación, la oxidación de un G (guanina la base), para crear lo que se llama 8-oxo-G.
———–
“Elegimos esta base oxidada”, dijo, “porque sabíamos que cuando se copia el ADN, un G oxidado provoca un error. En lugar de apareamiento con una C, ya que normalmente, 8-oxo-G se asociará con una A”. Pensó que el ribosoma leería el codón de tres letras C [8-oxo-G] no como CGC sino más bien como CAC y por ello C pone el aminoácido equivocado en la cadena de proteína que estaba haciendo. Pero cuando se añadió 8-oxo-G a una sopa que contenía todos los factores necesarios para traducir el ARNm en proteína, sucedió algo sorprendente. “Esperábamos obtener proteínas aberrantes”, dijo Simms. “Pero el ribosoma no comete errores. Sólo se detuvo. No podía hacer frente a la ARNm en absoluto”. Podria decirse que estaba atascado porque los niveles de la proteína codificada, los ARNm defectuosos se desplomaron. Para asegurarse de que era la presencia en lugar de la posición de la 8-oxo-G que importaba, Simms hizo mRNAs con la 8-oxo-G en cada una de las tres posiciones de la unidad de codificación de tres letras. Y cada vez que el ribosoma se estancó.
———-
Sabiendo que habían encontrado algo interesante, los científicos aumentan su juego. Simms construyó un mRNA de 300 nucleótidos más largo para usar como una sonda. Y en lugar de añadir el ARNm dañado para un sistema bacteriano reconstituido, lo puso en extractos de células vegetales y animales. No podríamos mirar a los ribosomas en los extractos, dijo Simms, pero podía mirar las proteínas que han hecho. Ellos hicieron proteínas cortas, exactamente la longitud era de esperar si el ribosoma se detiene en la base dañada”. Un único ARNm normalmente tiene varios ribosomas que viajan a lo largo de ella, toda la traducción de esta transcripción simultánea en proteína. Cuando el primer ribosoma se detiene, los otros se amontonan detrás de él. Se obtiene este pequeño producto, que obtiene productos aún más pequeños está diciendo que hay múltiples ribosomas pegados detrás del primer ribosoma. Así que las copias de seguridad en los ribosomas hacen una escalera de péptidos”, dijo Zaher. “Este es un problema”, dijo. “Entre otras cosas, el ribosoma es una máquina costosa en el que la célula ha invertido una gran cantidad de energía en fabricar y ahora está atrapado en un ARNm. Usted necesita esos ribosomas de nuevo”.
———–
Afortunadamente los ribosomas tienen 3 sistemas de control de calidad que velan por los errores en el ARNm y los rescatan si detectar errores graves. Uno de estos sistemas es “no-go decadencia.” Cuando los ribosomas son atascados y no pueden seguir adelante, reclutan factores que agregan una etiqueta al péptido defectuoso que lo marca para su degradación”. “Cuatro mil millones de años de evolución ha hecho que su genoma no tiene secuencias que forman horquillas, por lo que estos no son claramente los objetivos previstos para la no-go decadencia”, dijo Zaher. Para averiguarlo, los científicos se centraron en las células de levadura. Si los ribosomas de la levadura atascado en el ARNm oxidado fueron rescatados por no-go decaimiento, muy poco dañado mRNA se acumularía en la célula. En esta levadura nocaut el nivel de ARNm oxidado subió. Luego se elimina el gen de un factor que es reclutado para degradar el ARNm después de soltar el ribosoma, y de nuevo el nivel de ARNm oxidado se levantó. Sin no-go decadencia, las células fueron claramente en problemas. El sistema que traduce el ARNm en una proteína está altamente conservada, por lo que, lo cierto para la levadura es probablemente cierto para la gente también”, dijo Zaher.
—————
Estan los ARNm oxidados implicados con las enfermedades?. Los trabajos recientemente publicados muestran que los ratones con un doble defecto en su sistema de traducción tienen enfermedad neurodegenerativas graves, dice Zaher. Uno de los defectos es un error en el ratón t-RNA (otro tipo de ARN implicados en la traducción) que atasca el ribosoma y el otro es un defecto en el sistema que rescata el ribosoma cuando se cala. Los ratones con ambos defectos comienzan a tener problemas para caminar y mueren en pocas semanas, dijo Zaher. La gente siempre ha dicho que el ARNm es sólo un intermediario, dijo Simms: “ADN y proteínas son los factores claves. El ARN, estamos viendo que es importante, mucho más de lo que creíamos. Es claro que el ARNm importa. “Es por eso que hemos desarrollado tres vías independientes para asegurarse de que los ARNm rotos no cuelguen alrededor por mucho tiempo”.
—————

See on Scoop.itNovedades Cientificas y Médicas

A %d blogueros les gusta esto: