Rapamicina-immagine: il DNA, che ha una struttura a doppia elica, può presentare numerose mutazioni e varianti genetiche. Crediti: NIH
Una ricerca condotta dall’Università di Oxford ha scoperto che la rapamicina a basso dosaggio agisce come protettore genomico nelle cellule immunitarie umane invecchiate, riducendo i danni al DNA.
Il bersaglio meccanicistico della rapamicina (mTOR) è una via di segnalazione centrale che regola e coordina la crescita, il metabolismo e la sopravvivenza cellulare in risposta a stimoli ambientali. Aiuta le cellule a integrare i segnali provenienti da fattori di crescita, nutrienti e stress per controllare se si trovano in uno stato anabolico (accumulo) o catabolico (degradazione).
I sistemi immunitari invecchiati accumulano danni al DNA legati all’immunosenescenza. La rapamicina è un farmaco che inibisce la via mTOR. Originariamente sviluppata per il trapianto di organi per prevenire il rigetto immunitario, ricerche precedenti hanno dimostrato che, a dosi non immunosoppressive, la rapamicina può mitigare la senescenza cellulare.
Nello studio “La rapamicina esercita i suoi effetti geroprotettivi nel sistema immunitario umano che invecchia migliorando la resilienza contro i danni al DNA“, pubblicato sul server di pre-stampa bioRxiv, i ricercatori hanno combinato test in vitro sui danni al DNA nelle cellule T umane, profilazione ex vivo di sottogruppi immunitari correlati all’età e uno studio in singolo cieco controllato con placebo su adulti anziani per verificare se l’inibizione di mTOR a basso dosaggio migliora la stabilità del genoma e limita la senescenza indotta dai danni al DNA.
Nove partecipanti maschi anziani (65-75 anni) sono stati randomizzati in uno studio in singolo cieco, controllato con placebo, per ricevere 1 mg/giorno di rapamicina (n=4) o placebo (n=5) per quattro mesi, con campioni di cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC) prelevati in più punti temporali.
I ricercatori hanno attivato PBMC umane con anti-CD3 e anti-CD28 per tre giorni, hanno indotto danni acuti al DNA con zeocina per due ore o perossido di idrogeno per 15 minuti e hanno valutato il recupero a quattro e 24 ore. Le colture di PBMC hanno ricevuto rapamicina a basso dosaggio (10 nM) prima, durante e dopo l’esposizione alla genotossina, con controlli paralleli.
Il danno al DNA ha spinto le cellule T umane a segnali di danno al DNA che hanno raggiunto il picco dopo quattro ore e si sono attenuati entro le 24 ore, insieme all’aumento degli allarmi dei checkpoint e delle proteine dello stress p53 e p21 (un inibitore della ciclina chinasi controllato da p53 e un segno di senescenza indotta da danni al DNA).
La rapamicina e un secondo bloccante mTOR hanno ridotto il segnale di danno principale e il segnale di lettura del pathway, con la rapamicina che ha ridotto p53 e p21 dopo quattro ore e oltre entro le 24 ore. Somministrata prima, durante o dopo l’esposizione a zeocina (il trattamento che danneggia il DNA), la rapamicina ha ridotto il segnale di danno (γH2AX) nelle cellule T CD4.
La zeocina ha spinto le cellule fuori dalla modalità di copia del DNA verso la preparazione alla divisione. La rapamicina non ha influenzato questo mix di fasi tra le cellule danneggiate. La produzione di proteine a breve termine non è diminuita con la rapamicina durante o dopo il danno.
Le cellule più danneggiate hanno mostrato una minore autofagia, un processo di riciclo protettivo e il blocco dell’autofagia ha aumentato ulteriormente i segnali di danno. La rapamicina ha ridotto questi segnali anche sotto blocco e ha anche aumentato l’autofagia.
Leggi anche:La Rapamicina migliora la funzione immunitaria
Un test di rottura del DNA ha mostrato un numero inferiore di rotture con la rapamicina da 0 a 24 ore dopo il danno. La sopravvivenza è migliorata con circa il 20% di pazienti vivi con la sola esposizione a zeocina rispetto a oltre il 60% con la rapamicina a 24 ore. Dopo quattro mesi di trattamento con rapamicina, p21 è diminuito nella maggior parte dei sottogruppi immunitari, mentre p53 è aumentato e i marcatori inibitori KLRG1, NKG2A e LAG3 sono diminuiti, con PD-1 invariato.
Astratto
“Gli inibitori di mTOR come la rapamicina sono tra gli interventi più efficaci per prolungare la vita conosciuti, tuttavia i meccanismi alla base dei loro effetti geroprotettivi negli esseri umani rimangono incompleti. A dosi non immunosoppressive, questi farmaci sono senomorfici, ovvero attenuano la senescenza cellulare, ma non è chiaro se proteggano la stabilità del genoma stesso. Dato che il danno al DNA è uno dei principali fattori dell’invecchiamento immunitario e il declino immunitario accelera l’invecchiamento dell’intero organismo, abbiamo testato se l’inibizione di mTOR migliori la stabilità del genoma. Nelle cellule T umane esposte a stress genotossico acuto, abbiamo scoperto che la rapamicina e altri inibitori di mTOR sopprimevano la senescenza non rallentando la sintesi proteica, arrestando la divisione cellulare o stimolando l’autofagia, ma riducendo direttamente il carico lesionale del DNA e migliorando la sopravvivenza cellulare. L’analisi ex vivo di cellule immunitarie invecchiate provenienti da donatori sani ha rivelato un netto arricchimento di marcatori di danno al DNA, senescenza e iperattivazione di mTORC, suggerendo che l’invecchiamento immunitario umano possa essere suscettibile di intervento mediante inibizione di mTOR a basso dosaggio. Questi risultati rivelano un ruolo precedentemente non riconosciuto dell’inibizione di mTOR: la genoprotezione diretta. Questo meccanismo può contribuire a spiegare l’eccezionale profilo geroprotettivo della rapamicina e apre nuove strade per il suo utilizzo in contesti in cui l’instabilità del genoma determina patologie, che vanno dall’invecchiamento sano, all’esposizione clinica alle radiazioni e persino ai rischi delle radiazioni cosmiche nei viaggi spaziali”.
Gli autori concludono che la rapamicina fornisce una protezione genomica diretta nelle cellule immunitarie umane e può favorire un invecchiamento sano, offrire benefici dopo l’esposizione clinica alle radiazioni e potrebbe persino affrontare i rischi derivanti dalle radiazioni cosmiche durante i viaggi spaziali prolungati.
Fonte: biorxiv