La proteina PRDM16 combatte l'invecchiamento cellulare attivando un gene antiossidante chiave

La senescenza cellulare — lo stato in cui le cellule danneggiate smettono di dividersi ma si rifiutano di morire — si accumula con l'età e alimenta l'infiammazione cronica, la fibrosi e il declino degli organi attraverso il fenotipo secretorio associato alla senescenza (SASP). Nonostante il grande interesse per i senolitici e i senomorfici, i regolatori trascrizionali che governano l'ingresso delle cellule in senescenza rimangono ancora parzialmente compresi. Questo studio colma tale lacuna identificando PRDM16 come un fattore anti-senescenza critico.

I ricercatori hanno dapprima analizzato tutti i membri della famiglia PRDM in reni, polmoni, cuore e stomaco di topi giovani (2 mesi) rispetto a topi anziani (24 mesi). PRDM16 è stato l'unico membro della famiglia a risultare costantemente e significativamente sottoregolato in tutti gli organi esaminati. Questo pattern è stato validato in dataset umani: l'mRNA di PRDM16 nella corteccia renale ha mostrato una correlazione negativa con l'età (NephroSeq, n=71), e analoghe relazioni inverse con l'età sono state riscontrate nei trascrittomi di cuore, ippocampo e polmone dalla piattaforma ADEIP. Nel tessuto polmonare umano, l'espressione di PRDM16 ha mostrato inoltre una correlazione inversa con il marcatore di senescenza CDKN1A. In vitro, PRDM16 risultava ridotto nelle cellule HK-2 (renali), Beas-2B (polmonari) e H9C2 (cardiache) rese senescenti mediante irradiazione con raggi X, bleomicina o doxorubicina.

Per stabilire la causalità, il gruppo ha generato topi con knockout (KO) globale di Prdm16. Già a 3 settimane di età, i topi KO presentavano marcatori di senescenza elevati (p21/CDKN1A, p16/CDKN2A, Tp53) e geni SASP (Il6, Il1b, Tnf, Tgfb1) sovraregolati in sei organi. A 9 mesi, le citochine SASP nel siero — tra cui IL-1β, CCL2, IL-6, G-CSF e CCL4 — erano marcatamente aumentate. Il sequenziamento dell'RNA a singola cellula dei reni di topi KO a 9 mesi ha evidenziato un arricchimento di geni della risposta al danno del DNA in molteplici tipi cellulari, tra cui cellule dei tubuli prossimali e distali, cellule endoteliali, macrofagi e cellule stromali. La delezione tubulo-specifica di Prdm16 ha ulteriormente aggravato l'invecchiamento renale indotto da irradiazione e peggiorato gli esiti dopo danno da ischemia-riperfusione. La sovraespressione lentivirale di PRDM16 ha attenuato i marcatori di senescenza sia nelle cellule in coltura sia nei reni di topi irradiati in vivo.

Dal punto di vista meccanicistico, il sequenziamento dell'RNA e la profilazione metabolomica hanno dimostrato che la deficienza di PRDM16 compromette il metabolismo del glutatione, elevando le specie reattive dell'ossigeno (ROS) e il danno ossidativo al DNA (misurato tramite 8-OHdG e γH2AX). I saggi di immunoprecipitazione della cromatina (ChIP) hanno confermato che PRDM16 si lega direttamente al promotore di GSTM1, una glutatione S-transferasi di classe mu che detossifica gli elettrofili generatori di ROS. La sovraespressione di GSTM1 ha rescisso la senescenza indotta dalla deficienza di PRDM16 nelle cellule, mentre il silenziamento di GSTM1 ha abolito gli effetti protettivi del ripristino di PRDM16. L'asse PRDM16→GSTM1→glutatione→ridotto danno ossidativo al DNA→ridotta senescenza è stato validato in modo coerente attraverso molteplici modelli.

Lo studio afferma PRDM16 come un soppressore finora non riconosciuto della senescenza cellulare, che opera attraverso un programma trascrizionale antiossidante. La sua ampia espressione negli organi e il suo costante declino con l'invecchiamento ne fanno un bersaglio promettente per interventi volti a comprimere la morbilità nelle malattie correlate all'invecchiamento, in particolare nella malattia renale.