A medida que el cuerpo envejece, la función de los órganos se deteriora y aumenta el riesgo de padecer enfermedades relacionadas con la edad, como las cardiovasculares, el cáncer y las neurodegenerativas. Un mejor entendimiento de este declive podría servir para promover una edad avanzada más saludable.

Ahora, un equipo científico del Baylor College of Medicine, el Chan Zuckerberg Biohub de San Francisco y la empresa Genentech (EE UU) ha publicado en Science el primer atlas de envejecimiento celular de la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster), que caracteriza de forma detallada el proceso de envejecimiento en 163 tipos celulares distintos de este insecto.

El Aging Fly Cell Atlas (AFCA), que será de acceso abierto para investigadores, ha revelado que los diferentes tipos celulares del organismo envejecen de forma diferente, siguiendo cada uno de ellos un proceso que implica patrones específicos.

La Drosophila es un modelo animal muy utilizado ya que el 75 % de los genes asociados a enfermedades humanas tienen homólogos similares en este tipo de mosca. Imagen: Pixabay.

Según explica a SINC, el coautor del estudio, Hongjie Li, profesor de Genética Molecular de Baylor, su equipo “ha caracterizado los 163 tipos celulares con un alto grado de fiabilidad a lo largo de cuatro edades diferentes de la vida de la mosca. Hasta donde sabemos, se trata del conjunto de datos más completo que abarca la mayoría de los tipos celulares más importantes de todo el organismo en proceso de envejecimiento”.

Células adiposas: escisión nuclear sin replicación

“Descubrimos que las células grasas o adiposas aumentan significativamente su número nuclear durante el envejecimiento. Nuestros datos in vivo muestran que el incremento se debe a un evento atípico, en el que estas células experimentan una escisión nuclear sin replicación del ADN. Hasta donde sabemos —subraya— es la primera vez que se informa de este fenómeno”.

En este sentido, el equipo encontró que “los tipos celulares que envejecen más rápido son las células grasas y las del hígado, que constituyen los principales tejidos de control del metabolismo. Es posible que lo mismo ocurra en los humanos, dice Li. “Si podemos ralentizar el envejecimiento de estos tipos de células, podremos obtener el máximo beneficio para la salud”.

Además, los autores observaron que el envejecimiento afecta a la composición celular de toda la mosca. “Hemos desarrollado modelos de reloj de envejecimiento para 64 tipos celulares y demostrado qué tipos celulares y qué genes pueden utilizarse para predecir mejor la edad biológica”, dice el experto.

Para ello, analizaron varias características biológicas de tipos celulares individuales a medida que las moscas de la fruta envejecían de forma natural en el laboratorio. Según el investigador, “este es un modelo animal es muy utilizado, debido a que el 75 % de los genes asociados a enfermedades humanas tienen homólogos funcionalmente similares en este tipo de mosca”.

Análisis de los cambios de expresión génica 

A medida que los dípteros envejecían, los científicos tomaron muestras cuando tenían 30, 50 y 70 días (este último equivale a una persona de 80 años). En cada momento, se realizó una secuenciación de ARN de núcleo único para analizar los cambios de expresión génica en células individuales de distintos órganos y se compararon los resultados con los de moscas jóvenes (5 días de edad).

El equipo examinó cuatro características distintas del envejecimiento: cambios en la composición celular, número de genes expresados diferencialmente, variación en su número y disminución de la identidad celular. Los autores observaron que, a medida que las moscas se hacían más viejas, estas características cambiaban en conjunto según patrones específicos de cada tipo celular.

Otro de los descubrimientos relevantes, comenta Li, “es que observamos una divergencia en la contribución de los distintos tipos celulares al fenotipo de envejecimiento de un tejido. Por ejemplo, en el sistema reproductor de las hembras de Drosophila, las células foliculares envejecían muy rápido, en cambio, las células de la línea germinal lo hacían lentamente. Esto indica que el declive de la fertilidad femenina relacionado con la edad probablemente esté influido principalmente por el envejecimiento de las células foliculares”.

Los autores también hallaron que alrededor del 80 % de todos los tipos celulares analizados disminuían el número de genes expresados, y el 20 % lo aumentaba. “Tenemos previsto estudiar el mecanismo de esta observación en el futuro”, señala Tzu-Chiao Lu, otro de los coautores e investigador en Baylor.

Además, han investigado si los procesos de expresión de los genes celulares que definen la identidad celular cambian a medida que los animales envejecen. Por ejemplo, según el experto, “en comparación con el marcador de identidad del músculo de vuelo Nig1 en las moscas jóvenes, este marcador en las de más edad disminuye drásticamente, mientras que otros empezaron a aparecer a medida que las moscas envejecían”.

“Hemos aprendido que cada uno de los cuatro rasgos de envejecimiento que estudiamos mide un aspecto diferente de la célula y que no hay un único rasgo que se aplique a todos los tipos celulares”, señala Li.

Patrones únicos de envejecimiento

La combinación de todas las características del envejecimiento, agrega, “nos llevó a descubrir patrones únicos de envejecimiento específicos de cada tipo celular, y compararlos llevó a hallazgos útiles e interesantes. Por ejemplo, vieron que “las neuronas del cerebro envejecen lentamente, mientras que las células musculares, adiposas y hepáticas lo hacen mucho más rápido. Además, estos patrones pueden variar según el sexo”.

Por su parte, Heinrich Jasper, coautor del estudio e investigador de Genentech, recalca que “una observación fundamental de este estudio es que estos patrones únicos pueden utilizarse para calibrar la edad biológica, es decir, el estado de envejecimiento relativo de un organismo, independientemente de su edad cronológica”.

En opinión de Jasper, “esto permitirá conocer mejor factores como las dietas, los fármacos y las enfermedades que pueden cambiar la trayectoria del envejecimiento y, por tanto, hacer que un organismo sea ‘más joven’ o ‘más viejo’ que su edad cronológica”.

Una herramienta para investigar el envejecimiento

Para Stephen Quake, catedrático de Bioingeniería de la Universidad de Stanford y coautor del artículo, el nuevo atlas constituye un potente recurso de libre acceso para que los científicos comprendan mejor la biología del envejecimiento.

“A través de una colaboración muy productiva, nuestro equipo ha creado un mapa excepcionalmente detallado de cómo cambia la expresión génica con el envejecimiento en una amplia gama de tipos celulares de la mosca”, comenta.

Según Quake, “dado que la mayoría de estos genes tienen funciones similares en las personas, este conjunto de datos ofrece un punto de vista único para empezar a descifrar por qué muchas enfermedades humanas graves surgen en edades avanzadas”.

Hongjie Li explica también que en este estudio han aplicado sus modelos de reloj del envejecimiento al Atlas del Envejecimiento del Ratón (Nature, 2020) que identifica genes predictivos del envejecimiento de este animal.

“Comparamos los genes del envejecimiento de la mosca y el ratón y descubrimos que los cambios en la expresión génica de la proteína ribosómica son predictores conservados en ambos modelos”, destaca.

Para finalizar, este experto señala que Aging Fly Cell Atlas constituye una herramienta valiosa y será de interés para la comunidad investigadora: “Tiene el potencial de servir como referencia del envejecimiento de todo el organismo, y puede utilizarse como base para explorar cómo diferentes alteraciones aumentan la esperanza de vida a escala celular”.

La Drosophila melanogaster fue también ‘protagonista’ de otro hito científico en marzo, cuando dos equipos de EE UU y Reino Unido publicaron el primer mapa completo del cerebro de este insecto y sus conexiones neuronales.

Referencia: 

“Aging Fly Cell Atlas identifies exhaustive aging features at cellular resolution”. Science (junio 2023).