Il pathway di IGF/mTOR, che è modulato da nutrienti, fattori di crescita, stato energetico e stress cellulare, regola l’invecchiamento in svariati organismi. SIRT1 è nota per regolare un’ampia varietà di processi cellulari, inclusa la longevità mediata dalla restrizione calorica negli organismi modello ed è stata anche collegata alla via di segnalazione dell’insulina/ IGF. Pertanto, sia SIRT1 sia mTOR sono collegati alle malattie associate all’età, con l’attivazione di SIRT1 che ha un effetto protettivo e l’inibizione di mTOR che conferisce un effetto benefico. Per esempio, l’attivazione di SIRT1 ha un effetto terapeutico nel diabete di tipo 2, nell’obesità e nelle malattie neurodegenerative (come il morbo di Alzheimer e la sclerosi laterale amiotrofica), mentre l’inibizione di mTOR protegge contro le malattie cardiovascolari e neurologiche, l’obesità indotta dalla dieta e il cancro. Ancora, l’autofagia, meccanismo importante nel regolare la risposta allo stress e l’invecchiamento, è inibita da mTOR, mentre sembra essere attivata da SIRT1, che deacetila diverse componenti essenziali del macchinario dell’autofagia. Tutte queste relazioni inverse tra i ruoli di SIRT1 ed mTOR, suggeriscono un’interdipendenza funzionale tra queste due proteine.
Condizioni di stress inibiscono la via di segnalazione di mTOR, riducendo in tal modo la sintesi proteica e la crescita cellulare, ma questo meccanismo è deregolato in assenza di SIRT1: infatti la carenza della deacetilasi provoca un’iperattivazione del signaling di mTOR che non può essere abolita neanche in condizioni di stress cellulare indotto, ad esempio, dalla mancanza di amminoacidi o da altri stimoli. SIRT1 sembra infatti funzionare come un repressore della crescita reattivo ai nutrienti, e ciò si verifica anche tramite la regolazione della via di mTOR. Per quanto riguarda quest’ultimo aspetto, SIRT1 non sembra agire tramite la regolazione dell’espressione delle proteine del suddetto pathway; invece la deacetilasi potenzialmente regola mTOR attraverso un complesso inibitorio a monte. Si è osservato, infatti, che l’effetto inibitorio di SIRT1 su mTOR è simile a quello della proteina inibitoria TSC2 e sembra essere almeno in parte dipendente da questa proteina. Si è osservato, inoltre, che il resveratrolo (potente attivatore di SIRT1), influenza il pathway dell’insulina in maniera indipendente da SIRT1; a basse dosi questa sostanza regola la via di segnalazione di mTOR in maniera SIRT1-dipendente, mentre in dosi elevate attiva i meccanismi indipendenti dalla deacetilasi in parallelo, per inibire l’attività di mTOR. Sulla base di queste osservazioni, è stato proposto un modello in cui la regolazione negativa
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del signaling di mTOR da parte di SIRT1 è mediata dalla sua associazione con TSC2: la deacetilasi, infatti, si unisce a TSC2 e regola negativamente la via di segnalazione di mTOR, in risposta a stimoli di stress. Il resveratrolo modula lo stesso pathway in maniera sia SIRT1- dipendente, sia indipendente dalla deacetilasi [118;120;131;135].
Il complesso TSC1/TSC2 è il più importante inibitore a monte della via di segnalazione di mTOR ed integra numerosi segnali, come i fattori di crescita, l’energia, lo stress e gli
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amminoacidi. In risposta a stimoli precisi (ormoni, bassi livelli di energia, scarsi nutrienti o ipossia), specifiche chinasi e proteine regolatorie attivano o reprimono la proteina TSC2 del complesso, regolando, in tal modo, il signaling di mTOR. E proprio agendo attraverso il complesso TSC1/TSC2, SIRT1 risponde a molteplici forme di stress o segnali di crescita per modulare la via di segnalazione di mTOR. Rimane, tuttavia, da chiarire il meccanismo esatto attraverso cui avviene questa modulazione [136].
SIRT1, inibendo mTOR, promuove l’autofagia, permettendo, così, alla cellula di degradare ed eliminare i componenti vecchi o danneggiati, prima che questi possano causare gravi danni alla stessa. Inoltre m TOR viene inibito anche dalla restrizione calorica, dall’esercizio fisico e dall’AMPK tutti segnali che attivano SIRT1: l’AMPK, ad esempio, è in grado di fosforilare raptor, portando al legame di una proteina 14-3-3 e all’inibizione allosterica di mTOR.
Attraverso la regolazione di tutti questi processi, SIRT1 gioca un ruolo determinante nel contrastare gli effetti pro-aging mediati da mTOR, consentendo, in tal modo, l’ottenimento di benefici per la salute e un miglioramento delle aspettative di vita. D’altra parte, mTOR sembra promuovere l’invecchiamento e le malattie da esso derivanti in molti organismi animali, agendo in modo inibitorio rispetto a SIRT1. Nei Mammiferi l’asse PI3K/AKT/mTOR viene attivato dalla disponibilità di nutrienti, insulina, citochine, radicali liberi e fattori di crescita; a sua volta mTOR inibisce SIRT1, aumenta la sintesi proteica e inibisce l’autofagia, favorendo così il processo di invecchiamento. Inoltre, l’iperattivazione cellulare causa un segnale di resistenza a feedback: ad esempio, con l’attivazione della chinasi S6K1 mediata da mTOR si ha insulino-resistenza. Tutte queste alterazioni possono essere connesse all’invecchiamento e alle patologie correlate all’età, come tumori benigni e maligni, ipertrofia cardiaca, osteoporosi, sindrome metabolica, aterosclerosi, ipertensione, neurodegenerazione e degenerazione maculare età-correlata.
Dal momento che sia SIRT1 sia mTOR influenzano pathway cellulari cruciali per la risposta allo stress e l’invecchiamento la relazione tra queste due proteine si dimostrerà utile per la progettazione di efficaci strategie terapeutiche per le malattie correlate all’età [136].
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6 SIRT1, mTOR E PATOLOGIA NEOPLASTICA
Nel corso degli anni, molti studi si sono concentrati sulla relazione tra Sirtuine e cancro, rivelando un loro ruolo controverso nel promuovere o nel sopprimere la formazione del tumore [137].
Una neoplasia, o tumore, indica una massa abnorme di tessuto che cresce in eccesso ed in modo scoordinato rispetto ai tessuti normali e che persiste in questo stato anche dopo la cessazione degli stimoli che hanno indotto il processo. La crescita incontrollata di un gruppo di cellule, a discapito dell’omeostasi tissutale, è determinata da alterazioni del loro proprio patrimonio genetico.
Alla base della patogenesi del tumore c'è la mutazione di determinati geni, i proto-oncogeni, i geni oncosoppressori e i geni coinvolti nella riparazione del DNA.
Questi ultimi sono quelli che garantiscono la stabilità genetica perché, se altri geni sono mutati per azione per esempio di agenti cancerogeni, questi riparano il DNA prima che vada
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incontro alla replicazione, prima cioè che queste mutazioni diventino stabili.
Le mutazioni che una data cellula deve accumulare per dare origine a un cancro sono le seguenti e sono comuni a tutti i tipi di cancro:
• acquisizione dell'autonomia moltiplicativa, per sopravvenuta incapacità a sottostare ai meccanismi regolatori della proliferazione cellulare;
• assenza di inibizione dipendente dalla densità;
• ridotta capacità di adesione con altre cellule o componenti tissutali;
• assenza di matrice extracellulare (spesso digerita da proteasi) che favorisce l'invasione di tessuti normali adiacenti;
• angiogenesi: formazione di nuovi vasi sanguigni per fornire ossigeno e fattori nutritivi alle cellule tumorali;
• riduzione o perdita della capacità differenziativa;
• acquisizione della capacità di replicazione illimitata per effetto dell'espressione della telomerasi o con sistemi alternativi come l’ALT (Alternative Lengthening of Telomeres); • riduzione o perdita della possibilità di andare incontro a morte cellulare programmata (apoptosi);
• perdita della cosiddetta inibizione da contatto.
Oltre a queste possono verificarsi (e di solito si verificano) anche altre mutazioni, dipendenti dal particolare tipo di cellula originaria e dalla esatta sequenza dei danni genetici.
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Nonostante il tentativo dei ricercatori di classificare i geni come soppressori o promotori del processo tumorigenico, solo un limitato numero di geni appartiene realmente ad una sola di queste due categorie. La maggior parte dei geni, come le Sirtuine, non sono classificabili solo come soppressori o promotori e le loro proprietà di inibire o promuovere il tumore possono dipendere dallo sviluppo del tumore e da molte altre variabili contestuali, come per esempio il tessuto di origine [137;138;139;140].