La metformina rallenta l'invecchiamento molecolare nelle cellule umane, mentre la rapamicina mostra effetti limitati

Studiare come invecchiano le cellule umane nel tempo è difficile. I topi sono modelli imperfetti dell'invecchiamento umano, e la maggior parte dei modelli cellulari confronta donatori giovani e anziani in un singolo momento oppure forza l'invecchiamento con fattori di stress come ossidanti, progerina o divisioni ripetute fino alla senescenza. Traxler e colleghi si sono chiesti se il semplice mantenimento in vita di fibroblasti cutanei umani non in divisione, a confluenza, per sei mesi potesse creare un modello controllabile e basato sul tempo dell'invecchiamento cellulare intrinseco.

Il gruppo ha raccolto fibroblasti da biopsie cutanee di 33 donatori di età compresa tra 0 e 92 anni come riferimento in vivo. Quattro donatrici di 53, 55, 67 e 68 anni sono state poi mantenute a confluenza con inibizione da contatto, senza passaggi, per sei mesi. Le cellule sono state campionate ogni mese (da 5 a 7 time point) per il sequenziamento dell'RNA e per gli array di metilazione EPIC. Le cellule non sono diventate senescenti: non hanno mostrato colorazione per p21 o p16, né aumento del SASP, avevano nuclei piccoli e, dopo sei mesi, erano ancora in grado di dividersi quando sottoposte a passaggio. Tra gli orologi di metilazione del DNA, Blood&Skin ha ottenuto le prestazioni migliori sui campioni in vivo (R2 = 0,98, velocità 1,01x), rispetto a Hannum (0,40x) e PhenoAge (0,48x).

Gli orologi dell'invecchiamento hanno corso molto più velocemente in vitro. L'orologio di metilazione del DNA è avanzato in media a una velocità 8,2 volte superiore al tempo reale. L'orologio trascrittomico tAge è avanzato di 22,5 volte e RNAAgeCalc di 48,3 volte, con una maggiore variabilità tra i donatori. In cinque mesi le cellule hanno guadagnato circa 3,6 anni epigenetici (IC 95% da -1,0 a 8,2) e 21,5 o 10,4 anni trascrittomici a seconda dell'orologio. L'invecchiamento trascrizionale è quindi risultato circa 3-6 volte più rapido di quello della metilazione, sebbene i due rimanessero accoppiati.

L'analisi dei pathway ha confrontato i dati in vitro con la coorte in vivo degli autori (n = 20) e con la coorte di Fleischer (n = 143). Il gruppo ha individuato 17 pathway KEGG di invecchiamento sovrapposti downregolati e 7 sovrapposti upregolati, condivisi da tutti e tre i dataset. Dei pathway in vitro, 60 su 66 downregolati e 20 su 31 upregolati erano significativi anche in vivo. Tutti i pathway sovrapposti risultavano accelerati in vitro senza inversione di direzione. La metilazione dei promotori correlava inversamente con l'espressione (rho = -0,86 per i pathway downregolati e -0,75 per quelli upregolati). L'aggiustamento per sesso ha avuto un effetto minimo. I dati a singola cellula hanno mostrato un'eterogeneità dell'età crescente nel tempo, in linea con i riscontri in vivo.

I fibroblasti pre-invecchiati si sono convertiti in neuroni indotti con la stessa efficienza delle cellule di base, e i neuroni hanno mantenuto l'età acquisita. L'età di metilazione del DNA è aumentata di 4,2 ± 1,7 anni, tAge di 6,6 ± 1,5 e RNAAgeCalc di 10,7 ± 4,4, e il segnale è persistito dopo la semina su nuove piastre. Nei test con farmaci, l'abstract riporta che la metformina ha attenuato in modo ampio l'invecchiamento trascrittomico ed epigenetico, mentre la rapamicina ha mostrato un'efficacia limitata. Ciò è coerente con alcune evidenze precliniche.

I limiti sono rilevanti. Sono state invecchiate solo quattro donatrici, che partivano da età epigenetiche di base diverse, probabilmente per effetto di un precedente periodo in coltura. Il modello cattura un sottoinsieme riproducibile dei programmi di invecchiamento, non la piena complessità in vivo, e integra, anziché sostituire, i modelli di senescenza replicativa. I tassi di accelerazione non equivalgono al tempo reale. Si tratta inoltre di un solo tipo cellulare, senza dati di esito nell'uomo. I risultati sui farmaci vanno considerati come generatori di ipotesi, non come evidenza di efficacia clinica.