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Nutritional genomics: À la carte menu

When Hipprocrates said “let food be your medicine and medicine be your food” he knew that food influences our health. And it tells us that nutritional genomics, which I will discuss in this article; a new science appeared in the post genomic era as a result of the sequencing of human genome (all DNA sequences that characterize an individual) and the technological advances that allow the analysis of large amounts of complex information.   

WHAT IS NUTRITIONAL GENOMICS?

The aim of nutritional genomics is to study the interactions of genes with elements of the human diet, altering cellular metabolism and generating changes in the metabolic profiles that may be associated with susceptibility and risk of developing diseases.

This study wants to improve the health and to prevent diseases based on changes in nutrition. It is very important not understand nutritional genomics how that specific food or nutrients cause a particular answer to certain genes.

When we talk about diet we have to distinguish between what are nutrients and what are food. Nutrients are compounds that form part of our body, while foods are what we eat. Food can take many nutrients or only one (such as salt).

NUTRIGENOMICS vs. NUTRIGENETICS

Within nutritional genomics we find nutrigenomics and nutrigenetics, but although their names we may seem to mean the same is not the case (Figure 1).

Nutrigenomics is the study of how foods affect our genes, and nutrigenetics is the study of how individual genetic differences can affect the way we respond to nutrients in the foods we eat.

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Figure 1. Schematic representation of the difference between nutrigenomics and nutrigenetics (Source: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

NUTRIGENOMICS IN DETAIL

Nutrients can affect metabolic pathways and homeostasis (balance) of our body. If this balance is disturbed chronic diseases or cancer may appear, but it can also happen that a disease, which we have it, be more or less severe. It means that impaired balance can give the appearance, progression or severity of diseases.

The aim of nutrigenomics is that homeostasis is not broken and to discover the optimal diet within a range of nutritional alternatives.

Thus, it avoids alterations in genome, in epigenome and/or in expression of genes.

ALTERATIONS IN GENOME

Free radicals are subproducts that oxidise lipids, proteins or DNA. These can be generated in mitochondria, organelles that we have inside cells and produce energy; but we can also incorporate from external agents (tobacco, alcohol, food, chemicals, radiation).

In adequate amounts they provide us benefits, but too much free radicals are toxic (they can cause death of our cells).

Antioxidants neutralize free radicals. But where can we get these antioxidants? There are foods that contain them, as Table 1 shows.

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Table 1. Example of antioxidants and some foods where we can find them (Source: ZonaDiet)

The way we cook food or cooking is important for avoid to generate free radicals. In barbecues, when we put the meat on high heat, fats and meat juices fall causing fire flames. This produces more flame and it generates PAHs (a type of free radicals). These adhere to the surface of the meat and when we eat it can damage our DNA.

ALTERATIONS IN EPIGENOME

Epigenome is the global epigenetic information of an organism, ie, changes in gene expression that are inheritable, but they are not due to a change in DNA sequence.

Epigenetic changes may depend on diet, aging or drugs. These changes would not have to exist lead to diseases as cancer, autoimmune diseases, diabetes…

For example, with hypomethylation, in general, cytosines would have to be methylated are not. What does it mean? Hypomethylation silenced genes and then, they cannot be expressed. Therefore, we need methylated DNA. A way of methylate DNA is eating food rich in folic acid.

ALTERATIONS IN GENE EXPRESSION

There are agents (UV rays) that activate pathways that affect gene expression. Occurring a cascade that activates genes related to cell proliferation, no differentiation of cells and that cells survive when they should die. All this will lead us cancer.

It has been found that there are foods which, by its components, can counteract activation of these pathways, preventing signal transduction is given. For example curcumin (curry), EGCG (green tea) or resveratrol (red wine).

 REFERENCES

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Genómica nutricional: Alimentación a la carta

Cuando Hipócrates dijo “que tu alimento sea tu medicina, y que tu medicina sea tu alimento” ya sabía que la alimentación influye en nuestra salud. Y de esto nos habla la genómica nutricional, de la cual hablaré en este artículo; una nueva ciencia aparecida en la era post genómica, consecuencia de la secuenciación del genoma humano (todas las secuencias de ADN que caracterizan a un individuo) y los avances tecnológicos que permiten el análisis de grandes cantidades de información compleja.

¿EN QUÉ CONSISTE LA GENÓMICA NUTRICIONAL?

El objetivo de la genómica nutricional es estudiar las interacciones de los genes con elementos de la dieta humana, modificando el metabolismo celular y generando cambios en los perfiles metabólicos que pueden estar asociados a la susceptibilidad y al riesgo de desarrollar enfermedades.

Este estudio pretende mejorar la salud y prevenir enfermedades basándose en cambios en la nutrición. Es importante no entenderlo como que los alimentos o nutrientes específicos causan una respuesta determinada a ciertos genes.

Tenemos que distinguir entre lo que son los nutrientes y los alimentos cuando hablamos de dieta. Los nutrientes son los compuestos que formaran parte de nuestro cuerpo, mientras que los alimentos son lo que ingerimos. Estos pueden llevar muchos nutrientes o sólo uno (como la sal).

NUTRIGENÓMICA vs. NUTRIGENÉTICA

Dentro de la genómica nutricional encontramos la nutrigenómica y la nutrigenética, pero aunque por sus nombres nos pueda parecer que quieren decir lo mismo no es así (Figura 1).

La nutrigenómica estudia cómo los alimentos afectan a nuestros genes y a su expresión. En cambio, la nutrigenética estudia cómo los polimorfismos genéticos condicionan como uno mismo reacciona frente a los alimentos.

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Figura 1. Representación esquemática de la diferencia entre nutrigenómica y nutrigenética (Fuente: Mireia Ramos, All You Need is Biology)

LA NUTRIGENÓMICA EN DETALLE

Los nutrientes pueden afectar a las vías metabólicas y a la homeostasis (equilibrio) de nuestro cuerpo. Si se altera este equilibrio pueden aparecer enfermedades crónicas o cáncer, pero también puede pasar que una enfermedad que ya tengamos sea más o menos grave. Es decir, la alteración del equilibrio puede dar lugar a la aparición, progresión o gravedad de enfermedades.

El objetivo de la nutrigenómica es que no se rompa la homeostasis y descubrir la dieta óptima dentro de una serie de alternativas nutricionales.

Así pues, evitará alteraciones en el genoma, en el epigenoma y/o en la expresión de los genes.

ALTERACIONES EN EL GENOMA

Los radicales libres son subproductos que oxidan lípidos, proteínas o ADN. Estos se pueden generar en las mitocondrias, unos orgánulos que tenemos dentro de las células y producen energía; pero también podemos incorporarlos por agentes externos (tabaco, alcohol, alimentación, productos químicos, radiación).

En cantidades adecuadas nos aportan beneficios, pero en exceso son tóxicos (pueden producir la muerte de nuestras células).

Los antioxidantes neutralizan los radicales libres. Pero ¿dónde podemos conseguir estos antioxidantes? Hay alimentos que los contienen, como nos muestra la Tabla 1.

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Tabla 1. Ejemplo de antioxidantes y algunos alimentos donde los podemos encontrar (Fuente: ZonaDiet)

La manera como cocinamos los alimentos o su cocción es importante para que no se nos generen radicales libres. En las barbacoas, al poner la carne al fuego vivo, las grasas y jugos de la carne caen al fuego causando llamas. Esto produce más llama y se generan PAH (un tipo de radicales libres). Éstos se adhieren a la superficie de la carne y al comérnosla nos puede provocar daño en nuestro ADN.

ALTERACIONES EN EL EPIGENOMA

El epigenoma es la información epigenética global de un organismo, es decir, los cambios en la expresión de los genes que son heredables, pero que no son debidos a un cambio en la secuencia de ADN.

Los cambios epigenéticos pueden depender de la dieta, el envejecimiento o fármacos. El hecho de que se produzcan cambios que no tendrían que estar da lugar a enfermedades como cáncer, enfermedades autoinmunes, diabetes

Por ejemplo, cuando tenemos hipometilación, en general, las citosinas que tendrían que estar metiladas no lo están. ¿Qué significa esto? La hipometilación silencia genes y hace que no se puedan expresar. Por lo tanto, necesitamos que el ADN esté metilado. Una forma de metilarlo es con alimentos ricos en ácido fólico.

ALTERACIONES EN LA EXPRESIÓN GÉNICA

Hay agentes, como los rayos UV, que activan vías que afectan la expresión génica. Se produce una cascada que activa genes relacionados con la proliferación celular, no diferenciación de las células y que las células sobrevivan cuando tendrían que morir. Todo esto nos provocará cáncer.

Se ha visto que hay alimentos que, por sus componentes, pueden contrarrestar la activación de estas vías, impidiendo que la transducción de señales se dé. Por ejemplo la curcumina (curri), EGCG (té verde) o resveratrol (vino negro).

REFERENCIAS

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The fear of getting older

When we are children we look forward to the day of our birthday. That day is own, friends and family give us presents and we blow the candles hoping that all our wishes will fulfil. Over the years gifts decrease and we value that they remember us. But that special day is linked to the fear of getting older. In this article I will talk about what is aging and its genetics.

INTRODUCTION

Rembrandt Harmensz van Rijn (1606 – 1669) was a Dutch painter and etcher. He is considered one of the greatest painters and printmakers in European art. He liked painting self-portraits (Figure 1). There are a lot of his self-portraits and we can look the course of time in his face and his aging.

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Figure 1. Self-portraits by Rembrandt (Source: El Mundo)

We relate the word aging with the verb gain (gain experience, gain weight, gain wrinkles) and the verb lose (lose hair, lose loved ones, lose abilities). But what is aging?

Aging is a process that there is a deterioration of homeostatic mechanisms. Homeostasis is a system in which variables are regulated so that internal conditions remain stable and relatively constant (pH, oxygen pressure…). All organs and systems of our body are part of homeostatic mechanisms.

Then, as we age, in our organism the following occurs: decrease the organic functions, as with the stomach, which works worse and it is more difficult to digest; and it is more difficult to adapt, most old people are more easily dehydrated. All this is linked to a tissue atrophy and decrease cell turnover, since the balance between cells that form and cells that are destroyed is lost with age.

Aging is a physiological process, not a disease, although in this physiological situation there is more pathological events.

AGING vs. SENESCENCE

Sometimes when we talk about aging is easily confused with the term senescence. Aging refers to the whole body, while senescence is the aging process at the cellular and organic part.

When a cell suffer a senescent stimulus occurs an arrest cell cycle and DNA damage. It means that cell stops growing because its DNA is damaged. The diminution of cellular proliferation, for example in bone marrow it can cause anaemia.

Tissue cells can enter senescence due to UV radiation and a series of proteins are generated, activating macrophage recruitment of immune cells. These macrophage cells, as part of the immune system, are responsible for removing other harmful cell to the body. Then they kill senescent cells and leave holes, which are covered by new cells. This is what happens in normal skin.

If this process occurs in an old skin, some senescent cells can not die because there are not enough macrophages. Then the tissue will be thinned by their inability to form new cells.

THE 9 HALLMARKS OF AGING

There are a number of factors, including genetic and epigenetic factors that contribute to aging (Figure 2):

  1. Genomic instability: there has to be balance between DNA damage and repair pathways. It has to repair DNA to not have a senescent phenotype in the cell.
  2. Telomere attrition: they are the ends of chromosomes and will shorten after each cell division. When they are very short the cell dies.
  3. Epigenetic alterations: how environment influences in gene expression.
  4. Loss of proteostasis: changes in degradation capacity of proteasome, a complex which eliminates unneeded or damaged proteins.
  5. Deregulated nutrients sensing: the elderly do not control well their desire to eat, or they eat too much or they eat very little. They have not a good sensitivity to signals of satiety and appetite. The same applies to the sensation of thirst. The elders never thirst and this can cause dehydration.
  6. Mitochondrial dysfunction: mitochondria provide energy for cellular activity.
  7. Cellular senescence: cell damage processes occur.
  8. Stem cell exhaustion: stem cell formation decreases. In muscle cells there are not new cells to repair muscle fibres and muscle is becoming smaller, causing the person is getting weaker.
  9. Altered intercellular communication: different cellular pathways do not work well.

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Figure 2. The 9 hallmarks of aging (Source: The Hallmarks of Aging)

You can propose a number of alternatives or interventions in each of the above factors that could lengthen the average life of the organism, but still not have the tools necessary to assess all factors that may be involved in aging, although much has been achieved in recent years.

However, the interpretation of what is pathological and what is not supposed one of the main challenges to solve.

REFERENCES

  • F. Rodier, J. J. Campisi. Four faces of cellular senescence. Cell Biol. 2011; 192(4), 547-56
  • Daniel Muñoz-Espín, Manuel Serrano. Cellular senescence: from physiology to pathology. Nat. Rev. Molecular Cell Biology 2014; 15, 482-496
  • C. López-Otin, M. A. Blasco, L. Partridge, M. Serrano, G. Kroemer. The Hallmarks of Aging. Cell 2013

MireiaRamos-angles

El miedo a cumplir años

Cuando somos niños esperamos con ansias el día de nuestro cumpleaños. Ese día del año que pertenece sólo a nosotros, en el cual amigos y familiares nos llenan de regalos y soplamos las velas esperando que se cumplan todos nuestros deseos. Con el paso de los años, los regalos disminuyen y que se acuerden de uno es lo que más se agradece. Pero ese día tan especial viene ligado al miedo de hacerse mayor y envejecer. En este artículo os hablaré sobre qué es el envejecimiento y su genética.

INTRODUCCIÓN

Rembrandt Harmensz van Rijn (1606 – 1669) fue un pintor holandés, considerado uno de los mayores maestros barrocos de la pintura y el grabado. A este pintor le gustaba autorretratarse (Figura 1). Tiene muchos autorretratos suyos en los cuales el paso del tiempo es evidente en su rostro y también su envejecimiento.

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Figura 1. Autorretratos de Rembrandt (Fuente: El Mundo)

La palabra envejecimiento acostumbramos a relacionarla con el verbo ganar (ganar vivencias, ganar experiencia, ganar arrugas) y con el verbo perder (perder pelo, perder seres queridos, perder capacidades). Pero, ¿qué es realmente el envejecimiento?

El envejecimiento es un proceso en el cual se produce un deterioro de los mecanismos homeostáticos. La homeostasis es el sistema de regulación y control de las constantes del medio interno del organismo (pH que tenemos en la sangre, la presión de oxígeno…) y todos los órganos y aparatos de nuestro cuerpo son parte de mecanismos homeostáticos.

Entonces, al envejecer, en nuestro organismo ocurre lo siguiente: disminuyen las funciones orgánicas, como pasa con el estómago, que funciona peor y cuesta más digerir; y es más difícil la adaptación, la gente mayor se deshidrata más fácilmente. Todo esto va ligado a una atrofia tisular y disminución del recambio celular, ya que el equilibrio entre células que se forman y células que se destruyen se pierde con la edad.

El envejecimiento es un proceso fisiológico, no una enfermedad, aunque en esta situación fisiológica sí que se produce una mayor cantidad de sucesos patológicos.

ENVEJECIMIENTO vs. SENESCENCIA

A veces, cuando se habla de envejecimiento es fácil confundirlo con el término senescencia. El envejecimiento hace referencia a todo el organismo, mientras que la senescencia es el proceso del envejecimiento en la parte celular y orgánica.

Cuando la célula sufre un estímulo senescente se produce una detención el ciclo celular y daño en el ADN. Esto significa que la célula para de crecer porque su ADN está dañado. La disminución de la proliferación celular, por ejemplo en la médula ósea, puede provocar anemias.

Las células de un tejido pueden entrar en senescencia debido a la radiación UV y se generan una serie de proteínas, que activan el reclutamiento de células inmunitarias macrofágicas. Estas células macrofágicas, al formar parte del sistema inmunitario, se encargan de eliminar otras células perjudiciales para el organismo. Entonces matan a las células senescentes y dejan agujeros, que son cubiertos por nuevas células. Esto es lo que ocurre en la piel normal.

Si este proceso se da en una piel anciana, quedan células senescentes que no pueden morir porque no hay suficientes macrófagos. Entonces el tejido se adelgazará por su incapacidad de formar nuevas células.

LAS 9 CLAVES DEL ENVEJECIMIENTO

Hay una serie de factores, entre los que se incluyen factores genéticos y epigenéticos, que contribuyen al envejecimiento (Figura 2):

  1. Inestabilidad genómica: tiene que haber equilibrio entre las lesiones del ADN y las vías de reparación. Se tiene que reparar el ADN para que no haya un fenotipo senescente en la célula.
  2. Acortamiento de los telómeros: son los extremos de los cromosomas y se van acortando tras cada división celular. Cuando son muy cortos la célula muere.
  3. Alteraciones epigenéticas: como el ambiente influye en la expresión de los genes.
  4. Pérdida del equilibrio proteico: se dan cambios en la capacidad de degradación del proteasoma, un complejo que elimina las proteínas no necesarias o dañadas.
  5. Pérdida de sensibilización a los nutrientes y alteraciones metabólicas: los ancianos no controlas bien sus ganas de comer, o comen mucho o comen muy poco. No tienen una buena sensibilidad a las señales de saciedad y apetito. Lo mismo ocurre con la sensación de sed. Los ancianos nunca tienen sed y esto puede provocar su deshidratación.
  6. Recambio mitocondrial: las mitocondrias suministran energía para la actividad celular.
  7. Senescencia celular: se producen procesos de daño celular.
  8. Agotamiento de las células madre: la formación de células madre disminuye. En las células musculares no hay nuevas células para reparar las fibras musculares y el músculo cada vez se va haciendo más pequeño, provocando que la persona esté cada vez más débil.
  9. Mecanismos de comunicación celular alterados: las diferentes vías celulares no funcionan bien.

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Figura 2. Las 9 claves del envejecimiento (Fuente: The Hallmarks of Aging)

Se pueden proponer una serie de alternativas o intervenciones en cada uno de los factores mencionados que podrían alargar la vida media del organismo, pero todavía no se dispone de las herramientas necesarias para evaluar todos los factores que pueden estar implicados en el envejecimiento, a pesar de que se ha avanzado mucho durante los últimos años.

No obstante, la interpretación de qué es patológico y qué no lo es supone uno de los principales retos a resolver.

REFERENCIAS

  • F. Rodier, J. J. Campisi. Four faces of cellular senescence. Cell Biol. 2011; 192(4), 547-56
  • Daniel Muñoz-Espín, Manuel Serrano. Cellular senescence: from physiology to pathology. Nat. Rev. Molecular Cell Biology 2014; 15, 482-496
  • C. López-Otin, M. A. Blasco, L. Partridge, M. Serrano, G. Kroemer. The Hallmarks of Aging. Cell 2013

MireiaRamos-castella

La por a fer anys

Quan som nens esperem amb ànsies el dia del nostre aniversari. Aquell dia de l’any que ens pertany, en el qual amics i familiars ens omplen de regals i bufem les espelmes esperant que es compleixin tots els nostres desitjos. Amb el pas dels anys, els regals disminueixen i s’agraeix més que es recordin d’un mateix. Però aquell dia tan especial ve lligat a la por a fer-se gran i envellir. En aquest article us parlaré sobre què és l’envelliment i la seva genètica.

INTRODUCCIÓ

Rembrandt Harmensz van Rijn (1606 – 1669) va ser un pintor holandès, considerat un dels grans mestres barrocs de la pintura i el gravat. A aquest pintor li agradava autoretratar-se (Figura 1). Té molts autoretrats en els quals el pas del temps és evident en el seu rostre i també el seu envelliment.

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Figura 1. Autoretrats de Rembrandt (Font: El Mundo)

La paraula envelliment acostumem a relacionar-la amb el verb guanyar (guanyar vivències, guanyar experiència, guanyar arrugues) i amb el verb perdre (perdre pèl, perdre gent estimada, perdre capacitats). Però, què és realment l’envelliment?

L’envelliment és un procés en el qual es produeix un deteriorament dels mecanismes homeostàtics. La homeòstasis és el sistema de regulació i control de les constants del medi intern de l’organisme (pH que tenim a la sang, la pressió d’oxigen…) i tots els òrgans i aparells del nostre cos formen part de mecanismes homeostàtics.

Llavors, a l’envellir, en el nostre organisme passa el següent: disminueixen les funcions orgàniques, com passa a l’estómac, que funciona pitjor i costa més digerir; i és més difícil l’adaptació, la gent gran es deshidrata més fàcilment. Tot això va lligat a una atròfia tissular i disminució del recanvi cel·lular, ja que l’equilibri entre cèl·lules que es formen i cèl·lules que es destrueixen es perd amb l’edat.

L’envelliment és un procés fisiològic, no una malaltia, tot i que en aquesta situació fisiològica sí que es produeix una major quantitat de successos patològics.

ENVELLIMENT vs. SENESCÈNCIA

A vegades, quan es parla d’envelliment és fàcil confondre-ho amb el terme senescència. L’envelliment fa referència a tot l’organisme, mentre que la senescència és el procés de l’envelliment en la part cel·lular i orgànica.

Quan la cèl·lula pateix un estímul senescent es produeix una aturada en el cicle cel·lular i dany en l’ADN. Això significa que la cèl·lula para de créixer perquè el seu ADN està danyat. La disminució de la proliferació cel·lular, per exemple en la medul·la òssia pot provocar anèmies.

Les cèl·lules d’un teixit poden entrar en senescència degut a la radiació UV i es generen una sèrie de proteïnes que activen el reclutament de cèl·lules immunitàries macrofàgiques. Aquestes cèl·lules macrofàgiques, al formar part del sistema immunitari, s’encarreguen d’eliminar altres cèl·lules perjudicials per l’organisme. Aleshores maten a les cèl·lules senescents i deixen forats, que són coberts per noves cèl·lules. Això és el que passa a la pell normal.

Si aquest procés es dóna en una pell vella, queden cèl·lules senescents que no poden morir perquè no hi ha suficients macròfags. Llavors el teixit s’aprimarà per la seva incapacitat de formar noves cèl·lules.

LES 9 CLAUS DE L’ENVELLIMENT

Hi ha una sèrie de factors, entre els que s’inclouen factors genètics i epigenètics, que contribueixen a l’envelliment (Figura 2):

  1. Inestabilitat genòmica: ha d’haver un equilibri entre les lesions de l’ADN i les vies de reparació. S’ha de reparar l’ADN perquè no hi hagi un fenotip senescent en la cèl·lula.
  2. Escurçament dels telòmers: són els extrems dels cromosomes i es van escurçant a cada divisió cel·lular. Quan són molt curts la cèl·lula mor.
  3. Alteracions epigenètiques: com l’ambient influeix en l’expressió dels gens.
  4. Pèrdua de l’equilibri proteic: hi ha canvis en la capacitat de degradació del proteasoma, un complex que elimina les proteïnes no necessàries o danyades.
  5. Pèrdua de sensibilització als nutrients i alteracions metabòliques: les persones grans no controlen bé les seves ganes de menjar, o mengen molt o mengen molt poc. No tenen una bona sensibilitat als senyals de sacietat i apetit. El mateix passa amb la sensació de set. Les persones grans mai tenen set i això pot provocar la seva deshidratació.
  6. Recanvi mitocondrial: els mitocondris subministren energia per l’activitat cel·lular.
  7. Senescència cel·lular: es produeixen processos de dany cel·lular.
  8. Esgotament de les cèl·lules mare: la formació de cèl·lules mare disminueix. En les cèl·lules musculars no hi ha noves cèl·lules per reparar les fibres musculars i el múscul cada vegada es va fent més petit, provocant que la persona estigui cada vegada més dèbil.
  9. Mecanismes de comunicació cel·lular alterats: les diferents vies cel·lulars no funcionen bé.

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Figura 2. Les 9 claus de l’envelliment (Font: The Hallmarks of Aging)

Es poden proposar una sèrie d’alternatives o intervencions en cada un dels factors mencionats abans que podrien allargar la vida mitja de l’organisme, però encara no es disposa de les eines necessàries per avaluar tots els factors que poden estar implicats en l’envelliment, tot i que s’hagi avançat molt durant els últims anys.

No obstant, la interpretació de què és patològic i què no ho és suposa un dels principals reptes a resoldre.

REFERÈNCIES

  • F. Rodier, J. J. Campisi. Four faces of cellular senescence. Cell Biol. 2011; 192(4), 547-56
  • Daniel Muñoz-Espín, Manuel Serrano. Cellular senescence: from physiology to pathology. Nat. Rev. Molecular Cell Biology 2014; 15, 482-496
  • C. López-Otin, M. A. Blasco, L. Partridge, M. Serrano, G. Kroemer. The Hallmarks of Aging. Cell 2013

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