JUEVES 17 DE MAYO
Logran "rejuvenecer" la memoria de ratas de laboratorio
Martes 24 de
Octubre 2023
Investigadores de la Universidad Nacional de La Plata exploran caminos para revertir los cambios que sobrevienen con la edad
Los biólogos que estudian poblaciones de osos polares en ambientes silvestres solían tener que extraerles un premolar e inspeccionar sus anillos de crecimiento para calcular su edad. Ahora, según cuenta Carl Zimmer en una nota publicada hace algunas semanas en The New York Times, basta con que obtengan una gota de sangre.
Esto es posible gracias a un singular método desarrollado por Steve Horvath, matemático de Altos Labs, una empresa de biotecnología del área de la Bahía de San Francisco. Conocido como reloj epigenético, permite estimar la edad biológica a partir de cambios químicos sufridos por moléculas que “se adhieren” o “envuelven” a los genes. Estudios realizados en casi dos centenares de especies, incluidos los humanos, muestran que permite estimar la edad con un error aproximado de un año.
Dos estudios publicados respectivamente en Science (DOI: 10.1126/science.abq5693) y en Nature Aging (https://doi.org/10.1038/s43587-023-00462-6) sugieren que estos relojes empiezan a funcionar en cuanto un óvulo es fertilizado por un espermatozoide y que la velocidad de su tic tac determina la longevidad de cada especie. Otro trabajo publicado en esta última revista (https://doi.org/10.1038/s43587-022-00220-0) también vincula este marcador con una variedad de patologías y procesos biológicos críticos involucrados en el envejecimiento.
Aunque tiene detractores, la ecuación enunciada por Horvath despertó un enorme interés; entre otras cosas, porque se espera que ayude a entender mecanismos asociados con el deterioro de la vejez y, tal vez, permita revertirlos. Rodolfo Goya, investigador del Conicet en la Universidad Nacional de La Plata (UNLP), trabaja en este tema. En colaboración con el científico norteamericano, acaba de enviar a bioRxiv un preprint sobre experimentos que aparentemente lograron rejuvenecimiento cognitivo en ratas.
La fórmula del envejecimiento
“Horvath descubrió el reloj epigenético en 2013 mientras estaba en la Universidad de California en Los Ángeles –cuenta Goya–. Con esta fórmula logró dar una medida de la edad biológica del organismo, que no es igual a la cronológica. Él busca en mamíferos rasgos comunes que se conservaron a lo largo de la evolución y que vinculen el reloj epigenético con otras características del organismo, como la longevidad máxima, el peso corporal en la adultez, el tiempo de desarrollo hasta la pubertad... Todo eso está conectado e intenta medirlo a través de análisis bioinformáticos. Los trabajos recientes de Science y de Nature Aging son monumentales. Participó un consorcio de autores entre los que nos encontramos, que contribuyeron cada uno con una especie diferente”.
Entender de qué se trata el reloj epigenético exige una breve introducción. Nuestro ADN es una doble hebra de ácidos nucleicos en la que se encuentran codificados los genes en algo así como un alfabeto de cuatro letras (adenina, timina, citosina y guanina). El ADN es como un plano o un mapa que contiene las instrucciones para formar un organismo, pero “para construirlo, se necesitan ‘intermediarios’: ingenieros, obreros y otros especialistas que hagan realidad esas instrucciones –explica Goya–. Las moléculas que lo envuelven son las que forman el ‘epigenoma’, o sea, ‘lo que está más allá del genoma’. Y resulta que mientras el ADN es una molécula estable, y es importante que lo sea, el epigenoma, formado por una multitud de moléculas más pequeñas, es dinámico y está cambiando todo el tiempo en respuesta al ambiente, externo e interno”.
Dentro del epigenoma, hay unos componentes muy chiquitos llamados “grupos metilos” (formados por un átomo de carbono enlazado a tres átomos de hidrógeno). Y lo que Horvath descubrió es que esas pequeñas moléculas “se pegan” al ADN a modo de etiqueta química siguiendo un patrón, y van variando con las condiciones fisiológicas y con la edad.
Cuatro factores que hacen la diferencia
Para explicarlo, Goya propone una analogía con la sala de un teatro. Cada fila de butacas sería el ADN. En algunas se sientan espectadores y en otras, no. “Hay personas sentadas y asientos vacíos –ilustra–. Esas personas representarían los ‘sitios de metilación’, y pueden tener puesto un sombrero o no. Ese sombrero sería el grupo metilo. Cuando estas personas tienen puesto el sombrero, decimos que están ‘metiladas'. Y cuando se lo sacan, decimos que ese sitio está ‘desmetilado’. O sea, solo a esos sitios y no a otros se puede unir el grupo metilo”.
Pero resulta que esos sitios de metilación van variando año a año de acuerdo con un determinado patrón; de modo que si se cuenta con un registro preciso, se puede saber qué edad tiene el teatro.
“Se dice que el patrón de metilación es un muy buen marcador de edad epigenética –destaca Goya–. Y cuando hablamos de epigenética, hablamos de edad biológica. Por ejemplo, si un día entro al teatro, miro el patrón de personas con y sin sombrero, busco en mi planilla y veo que corresponde a un edificio de 15 años, cuando en realidad tiene 10, puedo deducir que por algún motivo está envejeciendo aceleradamente. Si eso ocurriera en una persona, sugeriría que padece alguna enfermedad y la veríamos más avejentada de lo que debería estar para su edad cronológica. Si miramos el patrón de un día cualquiera y nos da que tiene menos edad de la que tiene, esa persona está envejeciendo más lentamente, se mantiene mejor. Es una analogía con limitaciones, pero vale”.
Aunque no se sabe exactamente cuál es su función, los científicos suponen que la metilación sería una forma de activar o silenciar genes. “Agregar grupos metilo alrededor de un gen puede ser un paso para desactivarlo, mientras que eliminarlos puede implicar que el gen vuelva a activarse –escribe Zimmer–. En la década de 1960, investigadores rusos notaron que a medida que el salmón envejecía, su ADN se volvía menos metilado. En años posteriores, algunos estudios encontraron un patrón similar en otras especies. Y otros, que ciertas regiones del ADN adquieren grupos metilo adicionales con la edad”. También se encontró que fumar, tener exceso de peso o tomar mucho alcohol pueden agregar años al reloj epigenético, y que esta aceleración de la edad biológica predice un mayor riesgo de muerte.
A la luz de estas investigaciones, en todo el mundo se está investigando si es posible modificar el reloj epigenético de las células para que vivamos más. Y aquí entra otro hallazgo sensacional que les mereció el Nobel 2012 de Fisiología o Medicina a Shinya Yamanaka y John Gurdon por haber descubierto cómo reprogramar células adultas, ya diferenciadas en alguno de los más de 200 tejidos que forman nuestro organismo, y volverlas pluripotentes (es decir, con la capacidad de convertirse en cualquier tipo celular especializado) añadiéndoles solo cuatro genes.
Más fácil de decir que de hacer
“Si voy al teatro cuando éste tiene 15 años y rocío todo el ambiente con un spray que tiene los genes de Yamanaka –imagina Goya–, al día siguiente veré en mi registro que su patrón de personas con sombrero y sin sombreo ya no corresponderá a 15, sino a 14 años, porque le cambié el patrón de metilación. Al otro día veré que corresponde a 13 años… ¿Qué están haciendo los genes de Yamanaka? Están rejuveneciendo el epigenoma, cambiando los patrones de metilación hacia el principio de la vida. Horvath observó que el reloj epigenético también indica que el organismo rejuvenece bajo la acción de los genes de Yamanaka; o sea, que es una excelente herramienta para medir en una muestra de sangre o de piel si el organismo tratado con los genes de Yamanaka está rejuveneciendo o no”.
Claro que, como es sabido, el rejuvenecimiento es más fácil de teorizar que de alcanzar. Hasta ahora, sólo se logró en células. Se obtuvieron células de piel de un individuo centenario, se las cultivó, se las expuso a los genes de Yamanaka y en un par de semanas se convirtieron en embrionarias. “El reloj epigenético (el patrón de metilación) retrocedió hasta el principio –subraya Goya–. Y eso fue acompañado de un cambio en las características de la célula, que se convirtió de muy vieja en súper joven. Es el sueño de los alquimistas, una historia fantástica. Parece magia. Por eso es que atrajo a tanta gente. Pero rejuvenecer un animal y eventualmente un humano es mucho más complicado. Ya de por sí la célula es una entidad muy compleja, pero un ser humano es un conjunto de millones y millones, y millones de células que trabajan coordinadamente. Es un reto monumental y que va a llevar muchos años. Con nuestra tecnología actual, se pensaría que es imposible, pero…”
Goya se resiste a considerarlo inalcanzable. “Durante décadas, se creyó que cuando una célula se diferenciaba y llegaba a su madurez era imposible volver hacia atrás, ese proceso era irreversible –afirma–. De la misma forma, se supuso durante mucho tiempo que el proceso de envejecimiento era consecuencia del daño acumulativo en el ADN y que eso también era permanente; se podía enlentecer (con un régimen de vida adecuado), pero nunca revertir. Sin embargo, esas doctrinas respetadas por personalidades incuestionables quedaron demolidas. Ahora sabemos que el envejecimiento no es un proceso genético. El ADN no se daña con la edad, lo que conduce al envejecimiento son los cambios en el epigenoma. No es una teoría, se hizo en el laboratorio. Con los genes de Yamanaka se puede transformar una célula de una persona de 100 años, que estaba al borde de la muerte, en otra embrionaria, que rebosa de vida. Es un campo de enorme promesa, pero hay que transitar un camino que todavía puede ser largo”.
El científico argentino lo está explorando desde 2014. Con su equipo, logró construir un vector viral que lleva en su interior los cuatro genes y también una proteína fluorescente que sirve como un marcador para seguir su trayectoria. Luego, lo insertó en el hipocampo de ratas añosas, donde se forma y en parte se almacenan los recuerdos.
Una revolución en la biología
“Tal como sucede en humanos, en la rata la memoria se va deteriorando con la vejez –cuenta–. Cuando uno les hace tests cognitivos, ve que su aprendizaje disminuye. Entonces, les inyectamos el vector a animales de experimentación que tenían el equivalente a 70 años humanos y dejamos que se expresaran los genes de Yamanaka durante 40 días. En paralelo, al grupo control le inyectamos un placebo. Después, hicimos pruebas cognitivas en ratas jóvenes, que mostraron una aprendizaje muy rápido. Al compararlas, los controles mostraron un aprendizaje casi nulo; en cambio, las tratadas con nuestro vector tuvieron una performance no tan buena como la de las jóvenes, pero sustancialmente mejor. Cuando le enviamos el hipocampo disecado a Horvath, vio que tenían una epigenética un poquito más joven. (Eso no fue sorpresa porque los genes de Yamanaka rejuvenecen.) Pero lo más importante fue que en el grupo control había una ‘hipermetilación’ y eso nos permitía pensar que, dado que cuando un grupo metilo se pega a un gen lo silencia, quizás la represión de una cantidad de genes en el hipocampo podría estar afectando la performance de la rata, y por eso aprendían menos que las jóvenes. Una hipótesis bastante plausible. Lo que encontró Horvath fue que lo genes de Yamanaka los había ‘desmetilado’. El envejecimiento había llenado el ADN de grupos metilos y había traído consecuencias funcionalmente desfavorables. Los genes de Yamanaka deshicieron en parte lo que había hecho el envejecimiento. Este hallazgo es muy novedoso”.
Fernando Pitossi, jefe del Laboratorio de Terapias Regenerativas y Protectoras del Sistema Nervioso Central de la Fundación Instituto Leloir y un pionero de la investigación en células madre, advierte que si bien "es cierto que los factores de reprogramación de Yamanaka pueden 'rejuvenecer' células, también pueden provocar tumores. Faltarían experimentos adicionales como para validar su conclusión de que pueden 'rejuvenecer' sin efectos adversos en animales de laboratorio. Si no se lo detiene a tiempo, el proceso puede pasar a un estado maligno. Los animales del trabajo se estudian hasta los 39 días, que es bastante temprano; habría que seguirlos hasta tiempos más tardíos. Como es un preprint, es probable que los revisores pidan estos experimentos antes de publicarlo definitivamente".
Y concluye Goya: “Los genes de Yamanaka comenzaron una revolución. Están reescribiendo las reglas de la biología, por eso resultan tan fascinantes. Pero queda mucho por delante, porque hacen cosas que queremos que hagan, como rejuvenecer, pero también otras que no queremos que hagan, como llevar a las células a la pérdida de su identidad. Tenemos que seguir trabajando para despojarlos de lo que es negativo y conservar lo que resulta positivo”.
Esto es posible gracias a un singular método desarrollado por Steve Horvath, matemático de Altos Labs, una empresa de biotecnología del área de la Bahía de San Francisco. Conocido como reloj epigenético, permite estimar la edad biológica a partir de cambios químicos sufridos por moléculas que “se adhieren” o “envuelven” a los genes. Estudios realizados en casi dos centenares de especies, incluidos los humanos, muestran que permite estimar la edad con un error aproximado de un año.
Dos estudios publicados respectivamente en Science (DOI: 10.1126/science.abq5693) y en Nature Aging (https://doi.org/10.1038/s43587-023-00462-6) sugieren que estos relojes empiezan a funcionar en cuanto un óvulo es fertilizado por un espermatozoide y que la velocidad de su tic tac determina la longevidad de cada especie. Otro trabajo publicado en esta última revista (https://doi.org/10.1038/s43587-022-00220-0) también vincula este marcador con una variedad de patologías y procesos biológicos críticos involucrados en el envejecimiento.
Aunque tiene detractores, la ecuación enunciada por Horvath despertó un enorme interés; entre otras cosas, porque se espera que ayude a entender mecanismos asociados con el deterioro de la vejez y, tal vez, permita revertirlos. Rodolfo Goya, investigador del Conicet en la Universidad Nacional de La Plata (UNLP), trabaja en este tema. En colaboración con el científico norteamericano, acaba de enviar a bioRxiv un preprint sobre experimentos que aparentemente lograron rejuvenecimiento cognitivo en ratas.
La fórmula del envejecimiento
“Horvath descubrió el reloj epigenético en 2013 mientras estaba en la Universidad de California en Los Ángeles –cuenta Goya–. Con esta fórmula logró dar una medida de la edad biológica del organismo, que no es igual a la cronológica. Él busca en mamíferos rasgos comunes que se conservaron a lo largo de la evolución y que vinculen el reloj epigenético con otras características del organismo, como la longevidad máxima, el peso corporal en la adultez, el tiempo de desarrollo hasta la pubertad... Todo eso está conectado e intenta medirlo a través de análisis bioinformáticos. Los trabajos recientes de Science y de Nature Aging son monumentales. Participó un consorcio de autores entre los que nos encontramos, que contribuyeron cada uno con una especie diferente”.
Entender de qué se trata el reloj epigenético exige una breve introducción. Nuestro ADN es una doble hebra de ácidos nucleicos en la que se encuentran codificados los genes en algo así como un alfabeto de cuatro letras (adenina, timina, citosina y guanina). El ADN es como un plano o un mapa que contiene las instrucciones para formar un organismo, pero “para construirlo, se necesitan ‘intermediarios’: ingenieros, obreros y otros especialistas que hagan realidad esas instrucciones –explica Goya–. Las moléculas que lo envuelven son las que forman el ‘epigenoma’, o sea, ‘lo que está más allá del genoma’. Y resulta que mientras el ADN es una molécula estable, y es importante que lo sea, el epigenoma, formado por una multitud de moléculas más pequeñas, es dinámico y está cambiando todo el tiempo en respuesta al ambiente, externo e interno”.
Dentro del epigenoma, hay unos componentes muy chiquitos llamados “grupos metilos” (formados por un átomo de carbono enlazado a tres átomos de hidrógeno). Y lo que Horvath descubrió es que esas pequeñas moléculas “se pegan” al ADN a modo de etiqueta química siguiendo un patrón, y van variando con las condiciones fisiológicas y con la edad.
Cuatro factores que hacen la diferencia
Para explicarlo, Goya propone una analogía con la sala de un teatro. Cada fila de butacas sería el ADN. En algunas se sientan espectadores y en otras, no. “Hay personas sentadas y asientos vacíos –ilustra–. Esas personas representarían los ‘sitios de metilación’, y pueden tener puesto un sombrero o no. Ese sombrero sería el grupo metilo. Cuando estas personas tienen puesto el sombrero, decimos que están ‘metiladas'. Y cuando se lo sacan, decimos que ese sitio está ‘desmetilado’. O sea, solo a esos sitios y no a otros se puede unir el grupo metilo”.
Pero resulta que esos sitios de metilación van variando año a año de acuerdo con un determinado patrón; de modo que si se cuenta con un registro preciso, se puede saber qué edad tiene el teatro.
“Se dice que el patrón de metilación es un muy buen marcador de edad epigenética –destaca Goya–. Y cuando hablamos de epigenética, hablamos de edad biológica. Por ejemplo, si un día entro al teatro, miro el patrón de personas con y sin sombrero, busco en mi planilla y veo que corresponde a un edificio de 15 años, cuando en realidad tiene 10, puedo deducir que por algún motivo está envejeciendo aceleradamente. Si eso ocurriera en una persona, sugeriría que padece alguna enfermedad y la veríamos más avejentada de lo que debería estar para su edad cronológica. Si miramos el patrón de un día cualquiera y nos da que tiene menos edad de la que tiene, esa persona está envejeciendo más lentamente, se mantiene mejor. Es una analogía con limitaciones, pero vale”.
Aunque no se sabe exactamente cuál es su función, los científicos suponen que la metilación sería una forma de activar o silenciar genes. “Agregar grupos metilo alrededor de un gen puede ser un paso para desactivarlo, mientras que eliminarlos puede implicar que el gen vuelva a activarse –escribe Zimmer–. En la década de 1960, investigadores rusos notaron que a medida que el salmón envejecía, su ADN se volvía menos metilado. En años posteriores, algunos estudios encontraron un patrón similar en otras especies. Y otros, que ciertas regiones del ADN adquieren grupos metilo adicionales con la edad”. También se encontró que fumar, tener exceso de peso o tomar mucho alcohol pueden agregar años al reloj epigenético, y que esta aceleración de la edad biológica predice un mayor riesgo de muerte.
A la luz de estas investigaciones, en todo el mundo se está investigando si es posible modificar el reloj epigenético de las células para que vivamos más. Y aquí entra otro hallazgo sensacional que les mereció el Nobel 2012 de Fisiología o Medicina a Shinya Yamanaka y John Gurdon por haber descubierto cómo reprogramar células adultas, ya diferenciadas en alguno de los más de 200 tejidos que forman nuestro organismo, y volverlas pluripotentes (es decir, con la capacidad de convertirse en cualquier tipo celular especializado) añadiéndoles solo cuatro genes.
Más fácil de decir que de hacer
“Si voy al teatro cuando éste tiene 15 años y rocío todo el ambiente con un spray que tiene los genes de Yamanaka –imagina Goya–, al día siguiente veré en mi registro que su patrón de personas con sombrero y sin sombreo ya no corresponderá a 15, sino a 14 años, porque le cambié el patrón de metilación. Al otro día veré que corresponde a 13 años… ¿Qué están haciendo los genes de Yamanaka? Están rejuveneciendo el epigenoma, cambiando los patrones de metilación hacia el principio de la vida. Horvath observó que el reloj epigenético también indica que el organismo rejuvenece bajo la acción de los genes de Yamanaka; o sea, que es una excelente herramienta para medir en una muestra de sangre o de piel si el organismo tratado con los genes de Yamanaka está rejuveneciendo o no”.
Claro que, como es sabido, el rejuvenecimiento es más fácil de teorizar que de alcanzar. Hasta ahora, sólo se logró en células. Se obtuvieron células de piel de un individuo centenario, se las cultivó, se las expuso a los genes de Yamanaka y en un par de semanas se convirtieron en embrionarias. “El reloj epigenético (el patrón de metilación) retrocedió hasta el principio –subraya Goya–. Y eso fue acompañado de un cambio en las características de la célula, que se convirtió de muy vieja en súper joven. Es el sueño de los alquimistas, una historia fantástica. Parece magia. Por eso es que atrajo a tanta gente. Pero rejuvenecer un animal y eventualmente un humano es mucho más complicado. Ya de por sí la célula es una entidad muy compleja, pero un ser humano es un conjunto de millones y millones, y millones de células que trabajan coordinadamente. Es un reto monumental y que va a llevar muchos años. Con nuestra tecnología actual, se pensaría que es imposible, pero…”
Goya se resiste a considerarlo inalcanzable. “Durante décadas, se creyó que cuando una célula se diferenciaba y llegaba a su madurez era imposible volver hacia atrás, ese proceso era irreversible –afirma–. De la misma forma, se supuso durante mucho tiempo que el proceso de envejecimiento era consecuencia del daño acumulativo en el ADN y que eso también era permanente; se podía enlentecer (con un régimen de vida adecuado), pero nunca revertir. Sin embargo, esas doctrinas respetadas por personalidades incuestionables quedaron demolidas. Ahora sabemos que el envejecimiento no es un proceso genético. El ADN no se daña con la edad, lo que conduce al envejecimiento son los cambios en el epigenoma. No es una teoría, se hizo en el laboratorio. Con los genes de Yamanaka se puede transformar una célula de una persona de 100 años, que estaba al borde de la muerte, en otra embrionaria, que rebosa de vida. Es un campo de enorme promesa, pero hay que transitar un camino que todavía puede ser largo”.
El científico argentino lo está explorando desde 2014. Con su equipo, logró construir un vector viral que lleva en su interior los cuatro genes y también una proteína fluorescente que sirve como un marcador para seguir su trayectoria. Luego, lo insertó en el hipocampo de ratas añosas, donde se forma y en parte se almacenan los recuerdos.
Una revolución en la biología
“Tal como sucede en humanos, en la rata la memoria se va deteriorando con la vejez –cuenta–. Cuando uno les hace tests cognitivos, ve que su aprendizaje disminuye. Entonces, les inyectamos el vector a animales de experimentación que tenían el equivalente a 70 años humanos y dejamos que se expresaran los genes de Yamanaka durante 40 días. En paralelo, al grupo control le inyectamos un placebo. Después, hicimos pruebas cognitivas en ratas jóvenes, que mostraron una aprendizaje muy rápido. Al compararlas, los controles mostraron un aprendizaje casi nulo; en cambio, las tratadas con nuestro vector tuvieron una performance no tan buena como la de las jóvenes, pero sustancialmente mejor. Cuando le enviamos el hipocampo disecado a Horvath, vio que tenían una epigenética un poquito más joven. (Eso no fue sorpresa porque los genes de Yamanaka rejuvenecen.) Pero lo más importante fue que en el grupo control había una ‘hipermetilación’ y eso nos permitía pensar que, dado que cuando un grupo metilo se pega a un gen lo silencia, quizás la represión de una cantidad de genes en el hipocampo podría estar afectando la performance de la rata, y por eso aprendían menos que las jóvenes. Una hipótesis bastante plausible. Lo que encontró Horvath fue que lo genes de Yamanaka los había ‘desmetilado’. El envejecimiento había llenado el ADN de grupos metilos y había traído consecuencias funcionalmente desfavorables. Los genes de Yamanaka deshicieron en parte lo que había hecho el envejecimiento. Este hallazgo es muy novedoso”.
Fernando Pitossi, jefe del Laboratorio de Terapias Regenerativas y Protectoras del Sistema Nervioso Central de la Fundación Instituto Leloir y un pionero de la investigación en células madre, advierte que si bien "es cierto que los factores de reprogramación de Yamanaka pueden 'rejuvenecer' células, también pueden provocar tumores. Faltarían experimentos adicionales como para validar su conclusión de que pueden 'rejuvenecer' sin efectos adversos en animales de laboratorio. Si no se lo detiene a tiempo, el proceso puede pasar a un estado maligno. Los animales del trabajo se estudian hasta los 39 días, que es bastante temprano; habría que seguirlos hasta tiempos más tardíos. Como es un preprint, es probable que los revisores pidan estos experimentos antes de publicarlo definitivamente".
Y concluye Goya: “Los genes de Yamanaka comenzaron una revolución. Están reescribiendo las reglas de la biología, por eso resultan tan fascinantes. Pero queda mucho por delante, porque hacen cosas que queremos que hagan, como rejuvenecer, pero también otras que no queremos que hagan, como llevar a las células a la pérdida de su identidad. Tenemos que seguir trabajando para despojarlos de lo que es negativo y conservar lo que resulta positivo”.
Con información de
El Destape
