Energia e salute per la nostra mente e il nostro corpo.
Mitocondri e salute
—di Sharon Reynolds
Scoprire i numerosi ruoli che i mitocondri svolgono nella salute e nelle malattie I mitocondri delle tue cellule producono quasi tutta l'energia di cui il tuo corpo ha bisogno per sopravvivere. Svolgono anche un ruolo in molte altre funzioni cellulari vitali. Questo articolo di Research in Context esamina come le intuizioni su queste centrali elettriche cellulari potrebbero portare a nuovi modi di prevenire e curare le malattie.
Mitocondri: è una parola ingannevole per indicare minuscole strutture presenti in quasi tutte le cellule umane. Ma, come stanno scoprendo i ricercatori, queste strutture a forma di capsula hanno probabilmente un'importanza enorme per la salute e la malattia. I mitocondri sono organelli, strutture all'interno delle cellule che svolgono funzioni specifiche. Gli scienziati spesso li chiamano le centrali elettriche della cellula, perché producono circa il 90% dell'energia necessaria al funzionamento delle cellule. Questa energia è immagazzinata in una sostanza chimica chiamata ATP, come l'elettricità immagazzinata in una batteria fino al momento del bisogno. Più energia necessitano le cellule, più mitocondri hanno. Le cellule che necessitano di molta energia, come le cellule muscolari, i neuroni o le cellule epatiche, possono avere centinaia o migliaia di questi piccoli generatori di energia. I mitocondri presentano una serie di caratteristiche uniche tra gli organelli. I mitocondri sono gli unici organelli ad avere un proprio genoma, con un insieme di 37 geni. Vengono ereditati solo dalla madre, attraverso la cellula uovo. Possono essere condivisi tra le cellule in momenti di crisi o essere rubati da agenti patogeni, come le cellule tumorali. Producono molecole di segnalazione che possono viaggiare attraverso il flusso sanguigno per controllare le funzioni in tutto il corpo. Possono anche rispondere in periodi di stress scindendosi o cambiando forma. I mitocondri forniscono alle nostre cellule molto più della semplice energia. Possono influenzare il funzionamento dei neuroni e possono persino avviare un processo per rimuovere le cellule danneggiate dal corpo, chiamato apoptosi. Poiché i mitocondri svolgono un ruolo in così tanti processi corporei, i ricercatori ora ritengono che possano contribuire allo sviluppo di numerose malattie e disturbi. Questo rende i mitocondri un bersaglio allettante per nuovi trattamenti e sforzi di prevenzione.
Energia per il cervello
Anche i neuroni nel cervello, nel midollo spinale e nel sistema nervoso periferico consumano molta energia. I ricercatori stanno studiando se i loro mitocondri possano contribuire a comuni patologie neurologiche e rappresentare un buon bersaglio per il trattamento. Gli studi clinici stanno testando se l'aumento della produzione di energia da parte dei mitocondri nel cervello possa contribuire ad alleviare i sintomi del morbo di Alzheimer. I mitocondri sembrano anche svolgere un ruolo fondamentale nello sviluppo del morbo di Parkinson in alcune persone. Nel morbo di Parkinson, i neuroni cerebrali che producono la dopamina muoiono, in particolare in una parte del cervello chiamata substantia nigra. Questo porta ai tremori e ad altri problemi motori tipici della malattia, nonché a difficoltà cognitive e dell’umore.Un trattamento per aumentare i livelli di dopamina nel cervello può aiutare molte persone affette dal morbo di Parkinson a gestire i sintomi, almeno per un certo periodo. "Ma non disponiamo ancora di terapie in grado di modificare il decorso della malattia", spiega la Dott.ssa Laurie Sanders, ricercatrice sui disturbi del movimento presso la Duke University. Studi che testano nuovi farmaci nella speranza di rallentare, arrestare o addirittura invertire la morte dei neuroni nel morbo di Parkinson hanno avuto risultati deludenti. I ricercatori ora comprendono che il morbo di Parkinson può avere molte cause diverse che possono portare a danni neuronali, e queste probabilmente richiedono trattamenti diversi, spiega Sanders. Una di queste cause sembra essere la disfunzione mitocondriale. In un recente studio, Sanders e il suo team hanno sviluppato un test chiamato Mito DNADX per rilevare i danni al DNA mitocondriale (mtDNA). Il loro test ha rilevato un danno al mtDNA più elevato nelle cellule prelevate dal sangue di persone affette dal morbo di Parkinson rispetto a persone senza la malattia. Si spera che tali test possano in futuro essere utilizzati per individuare le persone con maggiori probabilità di trarre beneficio dai nuovi farmaci attualmente in fase di sperimentazione per prevenire i danni al DNA mitocondriale, afferma Sanders. Il suo team sta sviluppando uno studio clinico per utilizzare il loro test e altri marcatori di danno mitocondriale per assegnare i pazienti a trattamenti sperimentali per il Parkinson in modo più personalizzato rispetto al passato. "Vogliamo abbinare i pazienti giusti ai farmaci giusti", afferma. Altri ricercatori stanno studiando come i mitocondri possano influenzare le condizioni di salute mentale e come le persone rispondono agli stress della vita. "Sappiamo che esiste una cascata di stress-malattia", afferma il Dr. Martin Picard, che studia i mitocondri e la mente alla Columbia University. "L'esposizione allo stress può 'entrare sotto pelle'" e portare a una serie di problemi cronici, sia fisici che mentali, spiega. Il suo team sta verificando se i mitocondri contribuiscano a questo fenomeno. "La nostra ipotesi di lavoro è che la cascata stress-malattia sia in realtà una cascata stress-energia-malattia. Se un fattore di stress non supera la capacità energetica e la salute dei mitocondri, allora starai bene", spiega. Ma se lo stress supera la capacità del sistema di produrre energia, "pensiamo che possa influire sulla salute mentale e fisica". Per testare questa ipotesi, il suo team ha creato un database chiamato MiSBIE (Mitochondrial Stress, Brain Imaging, and Epigenetics). Hanno reclutato volontari con diverse patologie mitocondriali ereditarie note, oltre a volontari sani. I ricercatori hanno raccolto dati estesi da tutti i partecipanti sul loro funzionamento fisico e sulle loro reazioni allo stress. Il loro primo passo è stato quello di verificare se le risposte molecolari allo stress differiscano tra le persone con mitocondri danneggiati e i partecipanti sani allo studio. Il team di Picard sta ora utilizzando il database anche per verificare se i mitocondri svolgano un ruolo in condizioni diverse come depressione, ansia e invecchiamento.
Danni viraliLe infezioni possono anche influenzare il funzionamento dei mitocondri. Molti ricercatori ora ritengono che il danno mitocondriale causato dai virus contenga indizi su alcune condizioni mediche che da tempo tormentano gli scienziati. Una di queste condizioni, chiamata encefalomielite mialgica/sindrome da stanchezza cronica (ME/CFS), è stata un mistero medico per decenni. Viene chiamata sindrome post-virale, una condizione che si sviluppa e persiste dopo che l'organismo ha apparentemente eliminato un'infezione. La ME/CFS è un problema medico complesso che probabilmente ha cause diverse in persone diverse, spiega il Dr. Paul Hwang, ricercatore mitocondriale presso il NIH.
Le persone con ME/CFS spesso sperimentano una spossatezza debilitante, intolleranza all'esercizio fisico, problemi cognitivi e un peggioramento dei sintomi anche dopo uno sforzo lieve (noto come malessere post-sforzo). Poiché il sintomo principale della condizione è la stanchezza cronica (mancanza di energia), i ricercatori si sono chiesti se la disfunzione mitocondriale possa contribuire a scatenarla in alcune persone. Nel 2023, un team di ricerca del NIH, che includeva Hwang, ha collegato una proteina chiamata WASF3 alla ME/CFS in una donna. WASF3 è potenziata nelle cellule dai segnali di stress provenienti da una via di segnalazione chiamata via di risposta allo stress del reticolo endoplasmatico (RE). Questa sovrapproduzione interrompe la produzione di energia mitocondriale. Quando Hwang e i suoi colleghi hanno confrontato campioni di tessuto muscolare prelevati da altre 14 persone con ME/CFS con campioni di 10 volontari sani, hanno riscontrato livelli di WASF3 sostanzialmente più elevati nella maggior parte delle persone con ME/CFS. In esperimenti condotti su cellule, il blocco di WASF3 ha permesso ai mitocondri di produrre energia a livelli normali. I ricercatori stanno ora pianificando uno studio clinico utilizzando un farmaco approvato dalla FDA, riproposto per ridurre lo stress del reticolo endoplasmatico. "Speriamo che, se riusciamo a bloccare la sovrapproduzione di WASF3, avremo la possibilità di migliorare la funzionalità mitocondriale e, auspicabilmente, i sintomi", spiega Hwang. Questa strategia potrebbe essere utile per altre sindromi post-virali, ha aggiunto Hwang, tra cui il COVID-19 lungo. Milioni di persone negli Stati Uniti convivono attualmente con il COVID-19 lungo, definito come sintomi che persistono per almeno 3 mesi dopo un'infezione iniziale con SARS-CoV-2, il virus che causa il COVID-19. Molti dei suoi sintomi, tra cui affaticamento, malessere post-sforzo e "annebbiamento mentale", sono simili a quelli della ME/CFS.
Per mitocondri sani Mentre i ricercatori continuano a studiare come i mitocondri influenzino la salute, esistono modi semplici per mantenere in salute queste centrali elettriche cellulari. "L'esercizio fisico è fondamentale", afferma Glancy. "E non deve essere necessariamente un 'esercizio' di per sé. Potrebbe essere lavorare in giardino. Potrebbe essere una passeggiata nel quartiere. Basta muoversi." "L'esercizio fisico fa bene anche al cervello", spiega Sanders. "Aiuterà anche i mitocondri del cervello." Anche dare priorità a un buon sonno è vitale per questi organelli, aggiunge. "Il sonno permette al cervello di espellere parte dei suoi rifiuti, e questo aiuta i nostri mitocondri." Anche la dieta può migliorare la salute dei mitocondri, afferma Picard. "Non mangiare troppo ed evitare gli zuccheri aggiunti è utile." Quando il corpo ha fame, questo stimola le cellule a effettuare un controllo di qualità sui loro mitocondri e a eliminare quelli danneggiati o prossimi alla fine del loro ciclo vitale, spiega. "Questo accade solo quando si ha fame. Non accade quando si è sovralimentati." "In pratica", conclude Sanders, "tutti i consigli che riceviamo su uno stile di vita sano aiuteranno anche i nostri mitocondri."
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