La esperanza de vida media en el planeta pasó de 66,5 años en 2000 a 72 años en 2016 (74,2 años en las mujeres y 69,8 en los hombres), de acuerdo a la Organización Mundial de la Salud (OMS), por lo que ha advertido en la necesidad de prestar una mayor atención a las diferencias de género en la elaboración de políticas sanitarias.
En Chile, la cifra bordea los 80 años y la población femenina alcanza los 85 años (cinco más que la masculina).
Un trabajo de la científica chilena, la Dra. Cheril Tapia, investigadora del Centro Basal ANID Ciencia y Vida y la Universidad San Sebastián, publicado por la revista International Journal of Molecular Science, describió las diversas alteraciones de un componente de las neuronas, conocido como mitocondrias, y que tendría un papel crucial en la pérdida de memoria y el aprendizaje durante el envejecimiento.
Las mitocondrias son los organelos celulares que generan la mayor parte de la energía química necesaria para activar las reacciones bioquímicas de la célula. Las poblaciones que se ubican en las zonas de comunicación de las neuronas son conocidas como mitocondrias sinápticas, y se ven afectadas en su función de facilitadoras para la conexión entre las células del cerebro.
El trabajo liderado por el laboratorio de la Dra. Tapia aspira a explorar en profundidad las distintas funciones de las mitocondrias y por qué sus alteraciones son tan relevantes en el envejecimiento, esto porque el interés de su grupo de investigación radica en la necesidad de avanzar en la comprensión del envejecimiento como uno de los principales problemas de salud pública mundial.
Específicamente, la disfunción mitocondrial que se registra en el hipocampo, una región del cerebro desde donde se controlan los procesos cognitivos de aprendizaje y memoria que se ven deteriorados en las etapas avanzadas de la vida de los seres humanos.
La explicación de por qué mujeres viven más según el estudio de científica chilena
La investigadora explica que existen diversos factores asociados a una mayor longevidad femenina, por ejemplo, “presentamos un sistema inmunológico más desarrollado y una mayor protección contra las enfermedades cardiovasculares por efecto de las hormonas”.
Sin embargo, lo que la investigación vio es que la mitocondria también es un factor a considerar en los factores asociados al envejecimiento.
Las mitocondrias del hipocampo pierden gradualmente sus funciones a medida que el individuo envejece, lo que produce una alta cantidad de especies oxidativas en comparación con las jóvenes y esto daña a las propias mitocondrias y a otras funciones de las neuronas. Además, se observa menor producción de energía.
“Pero en el caso de las mitocondrias de machos, estas producen una mayor cantidad de especies oxidativas que hembras (en modelos animales), lo que genera un ambiente más tóxico para la mitocondria y la neurona en general” añade Tapia.
Es decir, las mitocondrias aisladas de machos en análisis experimentales exhiben una mayor vulnerabilidad y mayor producción de especies reactivas de oxígeno, lo que actualmente este grupo del centro basal ANID sigue explorando.
El estrés oxidativo tiene lugar cuando se producen en nuestro cuerpo compuestos que no son útiles para la vida.
Las mitocondrias del hipocampo de roedores femeninos parecen estar más protegidas frente a daño oxidativo. “En el caso de los machos observamos una disminución en las enzimas antioxidantes, fenómeno que no es tan brusco en las hembras, ya que estas últimas mantienen sus niveles durante el envejecimiento” comenta la científica.
Además, “los machos envejecidos muestran menor protección frente a la acumulación de proteínas anómalas en la mitocondria” añade Tapia, ya que durante el envejecimiento se reducen los niveles de la proteasa mitocondrial Lonp1, proteína encargada de degradar las proteínas dañadas, oxidadas o envejecidas en la mitocondria, efecto que es más severo que en las hembras.
¿Ralentizar la vejez?
Las observaciones de las doctora hasta hoy se han realizado en una colonia de roedoras hembras, de alrededor de 20 meses, equivalente a los 70 años de los seres humanos aproximadamente.
Estos animales tienen manifestaciones físicas del paso del tiempo: joroba en su espalda y algo de alopecia. Pero también cognitivas: un alto porcentaje tiene pérdida de memoria, les cuesta identificar objetivos nuevos y tienen dificultades para encontrar la salida de un laberinto.
“De esta manera sabemos que, por su comportamiento, y no solo por la edad y sus características físicas, están manifestando señales del envejecimiento”, plantea la científica chilena.
“Si tomáramos una población humana sobre 70 años e hiciéramos un test cognitivo, de orientación espacial o de reconocimiento de objetos, nos daríamos cuenta que en muchas personas hay problemas de aprendizaje y memoria: demoran más en aprender o lo que aprenden al cabo de unos días no lo recuerdan”.
Pero ¿se podría ralentizar la vejez en las mujeres?
“Con nuestra investigación estamos proponiendo a la mitocondria y específicamente a proteasa mitocondrial Lonp1 como un potencial blanco anti-envejecimiento” señala la investigadora.
Sin embargo, hasta ahora los estudios liderados por la Dra., no han evaluado el efecto del a mitocondria en la expectativa de vida. “Sino que estamos probando distintas estrategias para mantener la función mitocondrial y que se centran en mejorar la calidad de vida de un individuo envejecido, para que a pesar de su edad presente una menor pérdida de memoria” explica.
El colapso de la mitocondria femenina
En su laboratorio, su grupo de investigación logró diseccionar el cerebro y el hipocampo de las roedoras, seleccionando una fracción enriquecida en mitocondrias. Trabajaron con esta región específica, aislada del resto del cerebro, y la sometieron a distintos desafíos para ver su respuesta.
Primero, estimularon a estas mitocondrias para verificar si producían suficiente energía, lo que permitió observar que existía un déficit de energía en la mitocondria de animales envejecidos.
Esto es importante ya que la principal función de las mitocondrias es proveer de energía a la célula. Sin embargo, sus tareas también se vinculan con el manejo de los niveles de calcio en la célula (sin este elemento, las células no podrían estabilizarse, ni retener su contenido). En poblaciones envejecidas no solo hay una gestión deficiente de esta función, sino que peor aún: se produce un colapso.
“Al recibir un estímulo de calcio, las mitocondrias envejecidas se hinchan y revientan. Este es un fenómeno que se llama swelling mitocondrial. Además, también vemos que hay una importante producción de especies oxidativas por las mitocondrias, que como sabemos es la hipótesis más extendida para el envejecimiento. Este daño se va acumulando con el paso del tiempo”.
Uno de los pocos trabajos
Lo más relevante de esta investigación es que, si bien la mitocondria es un tema muy relevante y que es foco de estudios de muchos grupos investigativos en Chile y en el mundo, “nuestro trabajo se centra en entender los cambios que sufren las mitocondrias sinápticas” enfatiza la científica.
Una población mitocondrial que se ubica en las zonas de comunicación neuronal y que son vitales para que se produzca un adecuado traspaso de información en el hipocampo, permitiéndonos almacenar memorias.
“Nuestros estudios nos han permitido entender que estas mitocondrias fallan antes que las mitocondrias localizadas en otras regiones de la neurona y estamos interesados en entender a que se deben estas diferencias” explica la experta. En este último punto, la proteasa mitocondrial Lonp1 es clave, ya que son las mitocondrias sinápticas las que reducen drásticamente los niveles de esta proteína.
Así, “somos unos de los pocos grupos centrados en comprender los cambios estructurales, funciones y de regulación de Lonp1 que ocurren durante el envejecimiento” añade la investigadora.
Una célula sin energía
Las mitocondrias son la estructura interna de la célula que trabaja en producir energía en altas cantidades, entre otras funciones. Sin embargo, durante el envejecimiento, su desempeño es débil, por distintas razones. Una de las explicaciones que el grupo de la Dra. Tapia está analizando es el control de calidad de las proteínas que residen en su interior.
Su foco está puesto en una proteasa mitocondrial llamada Lonp1 que es importante pues se encarga de degradar las proteínas dañadas, que ya han cumplido su ciclo de vida útil y necesitan un recambio.
“Lo que hemos descrito y el foco central de mi proyecto en curso es que esta proteasa en el envejecimiento, específicamente en la región del hipocampo, se encuentra disminuida en cuanto a su expresión y actividad. Esto podría explicar por qué en la mitocondria tenemos acumulación de proteínas anómalas, y por qué este organelo podría estar fallando”.
La investigadora agrega que ”en el segundo de estos cuatro años, la idea es entender qué le pasa a la proteasa en la mitocondria, por qué podría estar fallando, o si tenemos alguna forma de atenuar esa disfunción y ver qué impacto tiene eso a la pérdida de memoria”.
Aunque el decaimiento de energía es a menudo el síntoma más típico en el ciclo vital, la alteración de otras funciones podría ser igualmente clave. El trabajo en los laboratorios del Centro Basal ANID Ciencia y Vida indagó en las características de otras funciones que se encuentran debilitadas, entre ellas, la producción de especies reactivas de oxígeno, que configuran un ambiente de pobre desempeño energético.
Todo esto en el cerebro es tremendamente importante, explica la científica, ya que la neurona es una célula con alta demanda energética. “Entonces, la deficiencia de energía le afecta de sobremanera, pero también requiere de especies reactivas de oxígeno controladas para una correcta función, y también requiere de poder generar un adecuado balance de los niveles de calcio al interior de la célula, ya que en conjunto esto controla la actividad sináptica de las neuronas”.
Esto tiene relación con una población específica de mitocondrias neuronales: las mitocondrias sinápticas, ubicadas precisamente en los sitios de contacto de estas células y que son fundamentales para su comunicación.
La sinapsis es un proceso fisiológico que se establece de neurona en neurona como un medio de comunicación para transmitir la información que se origina en en alguna estructura y que tiene como meta llegar a ejecutar una respuesta final.
Se cree que durante el envejecimiento, las neuronas se vuelven menos eficientes. A medida que el individuo alcanza las etapas finales de la vida, el cerebro y el sistema nervioso pasan por cambios naturales.
En el caso de las neuronas, se atrofian y pueden comenzar a transmitir mensajes más lentamente que en el pasado. De acuerdo a los recientes hallazgos del grupo de la Dra. Cheril Tapia, las deficiencias a nivel de las proteínas en la mitocondria también podrían estar jugando un papel en ese proceso.
De hecho, para que la sinapsis se realice de forma correcta se necesita que la mitocondria tenga un funcionamiento óptimo, no solo por su generación de energía, sino por las otras funciones que cumple. El grupo de la Dra. Tapia ya demostró en una investigación previa que las mitocondrias que se ubican en la región sináptica son las primeras en fallar, y que su papel se vincula directamente con el deterioro cognitivo.
“Hay diversos mecanismos involucrados, y uno de ellos es la disfunción mitocondrial. Porque para que las personas aprendan, y puedan almacenar esta nueva información y recordarla en el tiempo se necesita una alta tasa de comunicación, una alta sinapsis. Para que esta sinapsis pueda funcionar de manera correcta y las neuronas se puedan comunicar, se necesita un alto funcionamiento de las mitocondrias”.
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