Genetic variability of amino acid transporters: study of the influence on physical decline and human survival

Abstract

Il presente progetto di ricerca si inserisce nell’ambito della tematica generale di ricerca del laboratorio di Genetica dell’Università della Calabria, relativa allo studio della comprensione dei meccanismi intrinseci (genetici ed epigenetici) ed estrinseci (ambientali e culturali) che modulano la qualità dell’invecchiamento in Calabria, volto alla identificazione di parametri in grado di definire la fragilità (frailty) degli anziani e la loro tendenza alla disabilità, alla morbidità e alla mortalità. Tra le principali componenti della frailty vi è la sarcopenia, una sindrome correlata all’età caratterizzata dalla perdita progressiva generalizzata della massa muscolare e della forza fisica, che di solito comincia a manifestarsi intorno ai 50 anni di età e colpisce, approssimativamente, il 30% degli adulti sopra i 60 anni ed il 50% degli anziani sopra gli 80 anni. La sarcopenia ha un profondo impatto negativo sulla qualità della vita del soggetto, in quanto, oltre alla perdita di massa e forza muscolare, essa è associata ad una riduzione della capacità aerobica, dello stato metabolico e ad una perdita progressiva della densità ossea, che correla con un più alto rischio di fratture e con la perdita graduale dell’indipendenza fisica del soggetto anziano. La natura multifattoriale della sarcopenia, a cui concorrono sia fattori genetici che ambientali e comportamentali, come uno stile di vita sedentario e una dieta a basso contenuto proteico, oltre a interazioni gene-ambiente, determina una grande variabilità interindividuale. Mentre gli effetti dei fattori ambientali sono stati ampiamente studiati, solo recentemente si è iniziato ad affrontare lo studio delle influenze genetiche specifiche sulla performance muscolare, che possono spiegare la variabilità interindividuale. Uno dei maggiori determinanti della sarcopenia è il declino con l’età della capacità di rispondere a stimoli anabolici. Tra i principali fattori anabolici per la sintesi proteica muscolare vi è la disponibilità di aminoacidi (AA), e nello specifico di aminoacidi essenziali (EAA), i quali rivestono un ruolo importante nella risposta del muscolo, agendo da veri e propri sensori della concentrazione degli AA, principalmente attraverso l’attivazione del pathway dell’mTORC1 (il principale sistema di sensing dei nutrienti). Dati di letteratura suggeriscono che un ruolo importante nella risposta del muscolo alla disponibilità di AA è rivestito dai trasportatori degli aminoacidi (AAT). In particolare, alcuni studi hanno dimostrato che l’espressione di alcuni di essi viene influenzata in maniera età dipendente dalla supplementazione degli EAA unitamente all’attività fisica. Tuttavia pochi sono i dati sul ruolo dei trasportatori nell’invecchiamento umano e nella disabilità ad esso associata. L’ipotesi del presente studio è che i polimorfismi a singolo nucleotide (SNPs) appartenenti a geni codificanti gli AAT, in particolare quelli con un ruolo chiave nei meccanismi che attivano la segnalazione mTORC1 in risposta ai livelli di AA, possano avere un impatto sulla regolazione del metabolismo proteico nel muscolo e il declino fisico associato all’età. Nello specifico, sono stati analizzati geni codificanti per trasportatori coinvolti nel trasporto di leucina (SLC3A2/CD98, SLC7A5/LAT1, SLC7A8/LAT2, SLC43A1/LAT3), glutammina (SLC1A5/ASCT2, SLC38A2/SNAT2, SLC38A3/SNAT3, SLC38A7/SNAT7) e trasportatori lisosomiali (SLC36A/PAT1 e SLC38A9/SNAT9). Sulla base di diversi parametri, tra i quali localizzazione genomica, frequenza nelle popolazioni, ruolo funzionale, sono stati selezionati 58 SNPs, capaci di marcare la variabilità genetica nelle regioni geniche analizzate. Tali marcatori sono stati quindi genotipizzati, mediante tecniche differenti in relazione alle specifiche caratteristiche di ogni singolo polimorfismo, in una coorte di soggetti di età compresa tra i 50 e 108 anni per un totale di 729 individui. In un sotto-campione di età compresa tra i 50 e gli 89 anni è stata quindi verificata la correlazione tra le varianti polimorfiche studiate e parametri relativi alla performance fisica, quali la forza nella stretta della mano (HG, handgrip), la capacità di svolgere attività di vita quotidiana (ADL, activity daily living) e il tempo di camminata (WT, walking time), marcatori affidabili dello stato funzionale ed efficaci predittori di disabilità e mortalità negli anziani, verificando altresì l’associazione con la sopravvivenza, attraverso uno studio longitudinale che ha considerato un tempo di follow-up di 120 mesi. Inoltre, al fine di verificare se le varianti analizzate avessero un’influenza anche sulla probabilità di raggiungere età molto avanzate, si è studiata la correlazione con la longevità analizzando, mediante approccio trasversale, un campione di soggetti di età compresa tra i 90 e i 108 anni. Le analisi condotte nel presente lavoro forniscono evidenze a supporto dell’ipotesi che la variabilità dei geni per AAT sia in grado di modulare la performance fisica dopo la quinta decade di vita, influenzando la qualità dell'invecchiamento e la sopravvivenza, probabilmente attraverso la regolazione dell’attività di mTORC1. Inoltre, analisi di interazione tra geni diversi ed effetti sulla sopravvivenza evidenziano l’esistenza di un’influenza complessa di tali trasportatori su tratti età correlati e longevità umana, le cui conseguenze fenotipiche potrebbero essere determinate da effetti pleiotropici legati all’età. In conclusione, il presente studio rappresenta il primo tentativo di correlare la variabilità genetica degli AAT allo stato fisico in età avanzata. Sebbene le associazioni qui riportate non possono essere considerate esaustive da un punto di vista clinico, il lavoro qui descritto contribuisce alla comprensione della suscettibilità di questo tratto correlato all’età e supportano studi futuri sul ruolo degli AAT nell’invecchiamento e nella qualità della vita umana.