Ο μηχανισμός που «σκοτώνει» το γήρας

 Ο καθηγητής της Ιατρικής Σχολής του ΕΚΠΑ Βασίλης Γοργούλης ανακάλυψε τον τρόπο εντοπισμού των γηρασμένων κυττάρων σε ζωντανούς οργανισμούς. Επόμενος στόχος είναι η επιλεκτική θανάτωσή τους, πράγμα που θα μπορούσε να μας απαλλάξει από τη γήρας

Το γήρας και ο θάνατος είναι η φυσική συνέχεια της ζωής. Αυτό όμως δεν σταματά την ερευνητική κοινότητα από το να αναζητεί τρόπους να επιμηκύνει τη ζωή και να μας απαλλάξει από τα δεινά του γήρατος. Στη μελέτη του γήρατος, με απώτερο στόχο την αντιστροφή του, έχει αφοσιωθεί εδώ και δεκαετίες ο κορυφαίος έλληνας ερευνητής κ. Βασίλης Γοργούλης, καθηγητής και διευθυντής του Εργαστηρίου Ιστολογίας-Εμβρυολογίας της Ιατρικής Σχολής του ΕΚΠΑ. Σύμφωνα δε με την τελευταία εργασία της ερευνητικής ομάδας του,  η οποία δημοσιεύθηκε την περασμένη Πέμπτη 5 Οκτωβρίου 2023 στην έγκριτη επιστημονική επιθεώρηση «Molecular Cell», ο πολυπόθητος στόχος μοιάζει ιδιαίτερα χειροπιαστός.

Βεβαίως, η τελευταία αυτή εργασία του έλληνα επιστήμονα, η οποία συνίσταται στον εντοπισμό και στην απομόνωση των γηρασμένων κυττάρων σε ζωντανούς οργανισμούς, έρχεται ως επιστέγασμα της δουλειάς του τριών δεκαετιών πάνω στη μελέτη του γονιδιώματος. Ας πάρουμε λοιπόν τα πράγματα από την αρχή. Υπολογίζεται ότι το ανθρώπινο σώμα «χτίζεται» από 37 και πλέον τρισεκατομμύρια κύτταρα, τα οποία κατατάσσονται σε 200 διαφορετικούς κυτταρικούς τύπους (π.χ. νευρικά, μυϊκά, επιθηλιακά…). Τα κύτταρα έχουν έναν πεπερασμένο χρόνο ζωής και έτσι όταν κάποια πεθαίνουν αντικαθίστανται από άλλα νεότερα. Η αντικατάσταση των γηρασμένων κυττάρων με νεότερα είναι εφικτή επειδή από την αρχή της ζωής μας είμαστε όλοι προικισμένοι με κύτταρα τα οποία ονομάζονται βλαστικά και τα οποία αποτελούν τις παρακαταθήκες κυτταρικής ανανέωσης του οργανισμού: κάθε φορά που κάποια κύτταρα ενός ιστού γερνούν και πεθαίνουν, τα βλαστικά κύτταρα διαιρούνται με τρόπο που εξασφαλίζει αφενός την αντικατάσταση των γηρασμένων και αφετέρου την πληρότητα της παρακαταθήκης.

Ενας επιθυμητός θάνατος

Από τα παραπάνω γίνεται φανερό ότι ο θάνατος των γηρασμένων κυττάρων είναι ένα επιθυμητό φαινόμενο καθώς μέσω αυτού διασφαλίζεται η διατήρηση της νεότητας και ως εκ τούτου της λειτουργικότητας του οργανισμού. Δεν είναι λοιπόν διόλου περίεργο ότι η κυτταρική γήρανση και ο κυτταρικός θάνατος επιτελούνται με συντεταγμένο και άρτια συντονισμένο τρόπο. Ή τουλάχιστον αυτό συμβαίνει όσο είμαστε νέοι. Διότι με το πέρασμα του χρόνου, οι μηχανισμοί που ελέγχουν τα φαινόμενα της γήρανσης και του θανάτου των κυττάρων παύουν να είναι λειτουργικοί, γεγονός το οποίο αποδίδεται στη βαθμιαία συσσώρευση βλαβών στο γονιδίωμα, φαινόμενο το οποίο οι επιστήμονες ονομάζουν γενωμική αστάθεια.

Οπως εξήγησε μιλώντας στο ΒΗΜΑ-Science ο καθηγητής Γοργούλης, «καθώς ο χρόνος περνάει συσσωρεύονται βλάβες στο γονιδίωμα των κυττάρων του ανθρώπου με αποτέλεσμα αυτό να αλλοιώνεται όλο και περισσότερο. Τα κύτταρά μας βέβαια διαθέτουν τρόπους για να αντιδρούν σε αυτές τις αλλοιώσεις και ένας από τους σημαντικότερους αποτελεί η υιοθέτηση μιας κατάστασης που ονομάζεται κυτταρική γήρανση (αγγλικός όρος: cellular senescence). Ερχεται όμως μια στιγμή που και αυτός ο προστατευτικός μηχανισμός πλήττεται τόσο πολύ από τις αλλοιώσεις του γονιδιώματος ώστε παύει να είναι λειτουργικός. Τότε στον οργανισμό μας συσσωρεύονται ολοένα και περισσότερα γηρασμένα κύτταρα τα οποία δεν πεθαίνουν, αλλά παραμένουν ζωντανά και δυσλειτουργικά (γνωστά και ως κύτταρα Zombie)».

Μια ελκυστική υπόθεση

Η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Γοργούλη έχει δείξει στο πρόσφατο παρελθόν το πόσο επιβλαβή είναι αυτά τα κύτταρα, τα οποία συμβάλλουν στην εμφάνιση ασθενειών του γήρατος, του καρκίνου συμπεριλαμβανομένου. Αν λοιπόν αρρωσταίνουμε και γερνάμε επειδή συσσωρεύουμε γηρασμένα κύτταρα, τότε είναι λογικό να υποθέσουμε ότι θα μπορούσαμε να διατηρήσουμε την καλή μας υγεία και να παρατείνουμε την νεότητά μας αν βρίσκαμε έναν τρόπο να απαλλάξουμε τον οργανισμό μας από τα γηρασμένα κύτταρά του τα οποία «αρνούνται» να πεθάνουν.

Το πρώτο εμπόδιο στο οποίο θα σκόνταφτε κανείς προκειμένου να υλοποιήσει αυτό το καθ’ όλα λογικό σχέδιο, είναι ο εντοπισμός των γηρασμένων κυττάρων μέσα στον ωκεανό των υγιών. Χάρη στην ερευνητική δουλειά του καθηγητή Γοργούλη, ευτυχώς, το εμπόδιο αυτό έχει ήδη ξεπεραστεί. Καθώς το γονιδίωμα και κατ’ επέκταση ο μεταβολισμός των γηρασμένων κυττάρων διαφέρουν από τα αντίστοιχα των υγιών, στα πρώτα συσσωρεύεται μια ουσία η οποία ονομάζεται λιποφουσκίνη. Την παρουσία της λιποφουσκίνης στα κύτταρα πέτυχε να φωτίσει ο έλληνας επιστήμονας, ο οποίος ανέπτυξε ένα καινοτόμο αντιδραστήριο (με την εμπορική ονομασία SenTraGor), το οποίο προσδένεται ισχυρά στη λιποφουσκίνη και επιτρέπει με μεγάλη ακρίβεια και ευαισθησία τον εντοπισμό των γηρασμένων κυττάρων σε ευρύ φάσμα βιολογικών υλικών, για πρώτη φορά δε σε ιστολογικά παρασκευάσματα ιστών και οργάνων.

Μια διαφορετική σημαία

Με άλλα λόγια, η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Γοργούλη πέτυχε να κάνει τη λιποφουσκίνη να λειτουργεί σαν σημαία, η οποία υποδεικνύει την παρουσία γηρασμένων κυττάρων. «Η ανάπτυξη αυτής της τεχνικής άνοιξε νέους ορίζοντες στο πεδίο της κυτταρικής γήρανσης δίδοντας πια στους επιστήμονες τη δυνατότητα να αναδείξουν τον ρόλο της σε διάφορες ανθρώπινες νόσους και στο γήρας του οργανισμού» σημείωσε ο έλληνας ερευνητής. Πράγματι, από το 2017 που πρωτοπαρουσιάστηκε μέχρι σήμερα η τεχνική υιοθετήθηκε και από άλλες ερευνητικές ομάδες διεθνώς, ενώ η ομάδα Γοργούλη την αξιοποίησε για να αναδειχθεί ο ρόλος της κυτταρικής γήρανσης στη νόσο COVID-19 αλλά και στον καρκίνο. Μόλις πριν λίγους μήνες κατέδειξε ότι τα γηρασμένα κύτταρα επηρεάζουν δυσμενώς την ανταπόκριση στις αντικαρκινικές θεραπείες και συχνά εμπλέκονται στην εμφάνιση των υποτροπών των όγκων. «Δεδομένα όπως αυτά ανέδειξαν την ανάγκη εξάλειψης των γηρασμένων κυττάρων προκειμένου να επιτευχθεί η πλήρης ίαση νόσων όπως στην περίπτωση του καρκίνου» σημείωσε ο διακεκριμένος ερευνητής.

Παρά την ώθηση που έδωσε στο πεδίο της κυτταρικής γήρανσης η αξιοποίηση του αντιδραστηρίου SenTraGor, η χημική του φύση δεν επέτρεπε την απομόνωση ζωντανών γηρασμένων κυττάρων και ο στόχος ήταν ακόμη πιο φιλόδοξος: ο εντοπισμός γηρασμένων κυττάρων σε ζωντανούς οργανισμούς.

Προηγμένο σύστημα εντοπισμού

Ετσι, όπως περιγράφεται στην τελευταία εργασία της, η ομάδα Γοργούλη προχώρησε στην ανάπτυξη ενός νέου αντιδραστηρίου το οποίο διαθέτει ιδιότητες ισχυρής σύνδεσης με τη λιποφουσκίνη, καθώς και όλες τις δυνατότητες εφαρμογής του SenTraGor, ενώ έχει το επιπρόσθετο πλεονέκτημα της συμβατότητας με ζωντανά κύτταρα και οργανισμούς. «Το νέο αντιδραστήριο ονομάζεται GLF-16 και έχει συντεθεί κατά τέτοιο τρόπο ώστε να φέρει μια φθορίζουσα χρωστική ουσία που εκπέμπει στο υπεριώδες, πράγμα που το καθιστά ανιχνεύσιμο με τον ανάλογο εξοπλισμό. Η δε εισαγωγή σε ζωντανά κύτταρα έγινε δυνατή με την ενσωμάτωσή του σε έναν φορέα πολύ μικρού μεγέθους που έχει τη δυνατότητα να διαπερνά τη μεμβράνη των κυττάρων (νανοφορέας-μυκήλιο) και να διαλύεται στο εσωτερικό τους, απελευθερώνοντας το αντιδραστήριο GLF-16, το οποίο με τη σειρά του προσδένεται στη λιποφουσκίνη, που υπάρχει μόνο στα γηρασμένα κύτταρα» εξήγησε ο καθηγητής Γοργούλης και προσέθεσε: «Αποτέλεσμα αυτού είναι μόνο τα γηρασμένα κύτταρα να φθορίζουν και να καταστεί έτσι δυνατή η αξιόπιστη απομόνωση των ζωντανών γηρασμένων κυττάρων από έναν μεικτό πληθυσμό».

Ελπιδοφόρα αποτελέσματα

Οι έλληνες ερευνητές όχι μόνο απομόνωσαν και καλλιέργησαν με τη βοήθεια αυτής της τεχνικής τα γηρασμένα κύτταρα αλλά ανέλυσαν διεξοδικά το γονιδίωμά τους, αποκαλύπτοντας σημαντικές πληροφορίες για τους μηχανισμούς που εμπλέκονται στη διαδικασία της γήρανσης. Ομως το σημαντικότερο επίτευγμά τους είναι το ότι η χορήγηση του συμπλέγματος αντιδραστηρίου GLF-16/νανοφορέα σε πειραματόζωα (ποντικούς) οδήγησε για πρώτη φορά στον εντοπισμό και στην απεικόνιση των γηρασμένων κυττάρων σε ζώντες οργανισμούς. Αυτό σημαίνει ότι έγινε το πρώτο βήμα για την αντιστροφή του γήρατος, που είναι ο εντοπισμός των γηρασμένων κυττάρων σε ζωντανούς οργανισμούς.

Επόμενος στόχος

Πόσο εύκολο όμως είναι να γίνει και το επόμενο και στην ουσία το τελευταίο βήμα; Πόσο εύκολο είναι να σκοτωθούν επιλεκτικά τα γηρασμένα κύτταρα ενός ζωντανού οργανισμού; Περιττό να πούμε ότι αυτό είναι το επόμενο βήμα της ερευνητικής ομάδας, ενώ ο καθηγητής Γοργούλης δηλώνει εξαιρετικά αισιόδοξος: «Εχοντας υπόψη ότι διαθέτουμε στη φαρέτρα μας σήμερα φάρμακα/παράγοντες που εξολοθρεύουν τα γηρασμένα κύτταρα (σενολυτικά), τα οποία όμως προκαλούν αρκετές παρενέργειες, η σύνδεση του αντιδραστηρίου GLF-16 με ένα τέτοιο φάρμακο αναμένεται να φέρει πραγματική επανάσταση. Και αυτό γιατί με την αρωγή του νανοφορέα και υπό την καθοδήγηση του αντιδραστηρίου GLF-16, το σενολυτικό φάρμακο θα επιδρά μόνο στα γηρασμένα κύτταρα, προάγοντας έτσι τη στοχευμένη εξολόθρευσή τους σε ζώντες οργανισμούς/ασθενείς». Η παραπάνω προσέγγιση, η οποία είναι σύμφωνη με τις αρχές της ιατρικής ακριβείας (ή αλλιώς εξατομικευμένης ιατρικής), θα μπορούσε εφόσον αποδειχθεί στα πειραματόζωα όσο ελπιδοφόρος φαντάζει να φέρει όντως επανάσταση αντιστρέφοντας τα δεινά του γήρατος. Και κάτι μου λέει πως όταν ο πειραματισμός προχωρήσει και αρχίσουν οι κλινικές δοκιμές σε ανθρώπους, ο καθηγητής Γοργούλης θα έχει πολλούς υποψήφιους εθελοντές…

Τα γηρασμένα κύτταρα και ο ρόλος της λιποφουσκίνης

Την ιστορική διαδρομή της ανακάλυψης και μελέτης του φαινομένου της κυτταρικής γήρανσης περιέγραψε ο καθηγητής Βασίλης Γοργούλης. «Το φαινόμενο της κυτταρικής γήρανσης ανακαλύφθηκε το 1961 από τον Leonard Hayflick, ο οποίος πρώτος παρατήρησε στην καλλιέργεια ότι φυσιολογικά κύτταρα έπαυαν να πολλαπλασιάζονται μετά το πέρας συγκεκριμένου αριθμού διαιρέσεων (γνωστού σήμερα και ως όριο του Hayflick- Hayflick limit). Αργότερα αποσαφηνίστηκε ότι αλλαγές στο γονιδίωμα των κυττάρων και πιο συγκεκριμένα η μείωση του μήκους συγκεκριμένων περιοχών των χρωμοσωμάτων, που ονομάζονται τελομερή, είναι υπεύθυνες για την εμφάνιση της κυτταρικής γήρανσης. Ο τύπος αυτός της κυτταρικής γήρανσης χαρακτηρίστηκε ως αναδιπλασιαστική (replicative senescence). Μεταγενέστερα όμως παρατηρήθηκε ότι και άλλοι παράγοντες και κάθε μορφής στρεσογόνο ερέθισμα, όπως η ακτινοβολία, τα ογκογονίδια, οι ιοί, έχουν ως τελική κατάληξη την πρόκληση αλλαγών στο γονιδίωμα και την ενεργοποίηση της κυτταρικής γήρανσης, με τη μορφή όμως της επαγόμενης από στρες κυτταρικής γήρανσης (stress induced cellular senescence)».

Για πολλές δεκαετίες το φαινόμενο της κυτταρικής γήρανσης ήταν εν πολλοίς παραγνωρισμένo από την επιστημονική κοινότητα και η σημασία του παρέμενε άγνωστη, καθώς υπήρχε αδυναμία εντοπισμού των γηρασμένων κυττάρων λόγω έλλειψης αξιόπιστων μεθόδων. Η πρώτη αξιόλογη προσπάθεια προς την κατεύθυνση αυτή ήταν η μέθοδος ανίχνευσης ενός ενζύμου, της β-γαλακτοσιδάσης, η οποία βρέθηκε να υπερλειτουργεί στα γηρασμένα κύτταρα από την ομάδα της Judith Campisi, το 1995. Οπως περιγράφει ο έλληνας καθηγητής «η τεχνική αυτή, αν και αποτέλεσε για πολλά χρόνια την πιο διαδεδομένη μέθοδο μελέτης της κυτταρικής γήρανσης στην κυτταροκαλλιέργεια, συχνά οδηγούσε σε λανθασμένες εκτιμήσεις λόγω ψευδώς θετικών ή ψευδώς αρνητικών αποτελεσμάτων. Το κυριότερο όμως μειονέκτημα της είναι ότι αδυνατεί να εντοπίσει τα γηρασμένα κύτταρα σε ιστούς και όργανα. Το τελευταίο είναι απότοκο της επεξεργασίας που αυτά υφίστανται (διαδικασία που ονομάζεται μονιμοποίηση) προκειμένου να παραχθούν ιστολογικές τομές και να γίνει η παρατήρηση στο μικροσκόπιο, η οποία αδρανοποιεί και καταργεί το ένζυμο της β-γαλακτοσιδάσης».

Απαιτήθηκαν μακροχρόνιες προσπάθειες εκ μέρους της ερευνητικής ομάδας Γοργούλη προκειμένου να επιλυθεί το πρόβλημα του εντοπισμού γηρασμένων κυττάρων σε ιστούς και όργανα. Το 2013 η ομάδα κατέδειξε ότι τα γηρασμένα κύτταρα έχουν την ιδιότητα να συσσωρεύουν στο εσωτερικό τους μια ουσία που ονομάζεται λιποφουσκίνη. «Η ουσία αυτή αντανακλά ευρύτερα τη διαταραγμένη κατάσταση και ιδιαίτερα την αλλοίωση του γονιδιώματος του γηρασμένου κυττάρου» εξήγησε ο καθηγητής Γοργούλης και προσέθεσε: «Το σημαντικότερο πλεονέκτημα της λιποφουσκίνης είναι ότι διατηρείται ακέραια στους ιστούς και στα όργανα ακόμη και μετά την προαναφερθείσα διαδικασία μονιμοποίησης και άρα καθίσταται ανιχνεύσιμη με τα κατάλληλα μέσα. Αλλωστε πρόκειται για ουσία που ήταν γνωστή στους επιστήμονες για περισσότερα από 150 χρόνια, χωρίς όμως ποτέ κάποιος να την έχει συνδέσει με το φαινόμενο της κυτταρικής γήρανσης».

Αξίζει εδώ να σημειωθεί ότι χάρη στη δουλειά του έλληνα ερευνητή και των συνεργατών του η συσσώρευση της λιποφουσκίνης έχει συμπεριληφθεί από το 2019 στις κατευθυντήριες οδηγίες για την ανίχνευση της κυτταρικής γήρανσης ως ένα από τα χαρακτηριστικά γνωρίσματα του γηρασμένου κυττάρου.

Who is who

Ο Βασίλης Γοργούλης είναι αριστούχος απόφοιτος και διδάκτορας της Ιατρικής Σχολής του ΕΚΠΑ. Ειδικεύθηκε στην Παθολογική Ανατομική. Το 2011 εξελέγη καθηγητής και διευθυντής του Εργαστηρίου Ιστολογίας-Εμβρυολογίας της Ιατρικής Σχολής του ΕΚΠΑ, μετά από κρίσεις και εξελίξεις σε όλες τις ακαδημαϊκές βαθμίδες. Πρόσφατα εξελέγη καθηγητής και επικεφαλής του Τμήματος Κλινικής και Μοριακής Παθολογίας στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου της πόλης Dundee στο Ηνωμένο Βασίλειο, ενώ στην ίδια χώρα μετά από αξιολόγηση διατελεί επίτιμος καθηγητής στην Ιατρική Σχολή του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ και επισκέπτης καθηγητής στο Τμήμα Υγείας και Ιατρικών Επιστημών του Πανεπιστημίου του Σάρεϊ. Τέλος, είναι συνεργαζόμενος καθηγητής στο Ιδρυμα Ιατροβιολογικών Ερευνών της Ακαδημίας Αθηνών ΙΙΒΕΑΑ.

Κατά τη διάρκεια της ερευνητικής σταδιοδρομίας του ο Βασίλης Γοργούλης πρωτοστάτησε στην καθιέρωση της γενωμικής αστάθειας ως βασικού γνωρίσματος των καρκινικών κυττάρων. Ειδικότερα, ανακάλυψε ότι ο μηχανισμός που επιτηρεί την ακεραιότητα του γονιδιώματος του ανθρώπου, όταν προκληθούν βλάβες στο γονιδίωμα, ενεργοποιεί στα αρχικά στάδια του καρκίνου τους αντικαρκινικούς φραγμούς της κυτταρικής γήρανσης και του κυτταρικού θανάτου. Ετσι, εμποδίζεται ο πολλαπλασιασμός εν δυνάμει καρκινικών κυττάρων, επειδή φέρουν μη επιδιορθώσιμες βλάβες στο γονιδίωμά τους (γενωμική αστάθεια) και αποτρέπεται η εξέλιξη της νόσου. Αν όμως παγιωθεί η γενωμική αστάθεια, π.χ. λόγω διαταραχών στον μηχανισμό που ελέγχει τον διπλασιασμό του γονιδιώματος, αυτή οδηγεί σε περαιτέρω εξέλιξη της καρκινογένεσης. Αποκάλυψε επίσης επιπρόσθετους μηχανισμούς προστασίας του γονιδιώματος και ανέδειξε ότι ο μηχανισμός επιτήρησης του γονιδιώματος πρωτοπορεί και στην πρόκληση της φλεγμονής και στην ενεργοποίηση του αμυντικού ανοσοποιητικού συστήματος στα πλαίσια του καρκίνου και άλλων ανθρώπινων νόσων (φυματίωση, σαρκοείδωση, γιγαντοκυτταρική αγγειίτιδα). Με βάση τα ανωτέρω ευρήματα πρότεινε το 2008, στο έγκριτο επιστημονικό περιοδικό «Science», το δυναμικό μοντέλο καρκινογένεσης, σύμφωνα με το οποίο η παγίωση της γενωμικής αστάθειας δρα ως κινητήριος δύναμη κατά την καρκινογένεση. Το μοντέλο αυτό έχει πια καθιερωθεί ως ένα από τα κύρια μοντέλα για την κατανόηση και θεραπεία της νόσου και περιλαμβάνεται στα κλασικά συγγράμματα Παθολογίας.