controlul

  • obiecte
  • abstract
  • introducere
  • Rezultatul
  • Supraexprimarea CYB5R prelungește viabilitatea, supraviețuirea și îmbunătățește metabolismul lipidic la muște
  • Șoarecii CYB5R3-Tg au avut o durată de viață prelungită și o modificare a compoziției corpului
  • Echilibrul energetic și capacitatea fizică a șoarecilor CYB5R3-Tg
  • Microcip hepatic și protecție împotriva inflamației, stresului oxidativ și cancerului
  • Efectul supraexprimării CYB5R3 asupra desaturării și alungirii lanțurilor acilice grase hepatice
  • Eficacitatea mitocondrială este îmbunătățită în ficatul CYB5R3-Tg
  • discuţie
  • Informatii suplimentare
  • Documente Word
  • Informatii suplimentare
  • Fișiere imagine
  • Imagine suplimentară S1
  • Imagine suplimentară S2
  • Imagine suplimentară S3
  • Imagine suplimentară S4
  • Imagine suplimentară S5
  • Imagine suplimentară S6

obiecte

abstract

Studiul parametrilor metabolici asociați cu marja de sănătate crescută oferă o oportunitate de a obține noi perspective asupra rețelelor moleculare care controlează și întârzie descoperirile patologice legate de vârstă. Proprietățile antioxidante împotriva supraviețuirii au fost demonstrate în mai multe modele de boli, deși până acum doar câteva intervenții cu antioxidanți au prelungit cu succes viața. 1, 2 Restricția calorică (CR) este cea mai eficientă intervenție genetică pentru a întârzia îmbătrânirea și bolile legate de vârstă și pentru a stabili apărări antioxidante eficiente. 3, 4 Valoarea acestor beneficii pentru sănătate poate fi dependentă într-o oarecare măsură de inducerea citocromului b5 reductazei 3 (CYB5R3) 5, 6, deoarece supraexprimarea ortologului CYB5R3 al ortologului NQR1 crește viabilitatea cronologică și replicativă în S accharomyces cerevisiae ., 7

Citocromul b5 reductazele sunt un grup de flavoproteine ​​care catalizează reducerea coenzimei Q și citocromului b5 de către NADH ca donator de electroni într-o singură reacție de transfer de electroni. 8 Această familie este formată dintr-un singur membru al Drosophila melanogaster (CYB5R) și patru membri la mamifere cunoscute sub numele de CYB5R1-4. Aceste proteine ​​prezintă proprietăți antioxidante, dovadă fiind creșterea conținutului redus de coenzimă Q asociată cu oxidarea NADH. 8 Reducerile citocromului b5 sunt exprimate în multe compartimente subcelulare, inclusiv reticulul endoplasmatic, membrana exterioară mitocondrială și membrana plasmatică, pentru a controla starea redox a celulelor. 5 CYB5R este implicat în diferite conversii metabolice, inclusiv prelungirea și desaturarea acizilor grași, biosinteza colesterolului și monooxigenarea mediată de citocromul P450 și este un antioxidant major ca răspuns la deficitul de vitamina E. +, 10, 11 și, prin urmare, CYB5R poate juca un rol important rol în reglarea căilor metabolice asociate sănătății și îmbătrânirii. 12

Pentru a obține noi informații despre rolul fiziologic al CYB5R în contextul metabolismului și al îmbătrânirii, am creat o linie de șoarece transgenică care supraexprimă gena CYB5R3 de șobolan (CYB5R3-Tg) în fundalul C57BL/6J și am creat un D. melanogaster care supraexprimă Drosophila CYBR. -OE). S-a constatat că ambele modele experimentale trăiesc mai mult decât omologii lor de tip sălbatic și șoarecii CYB5R3-Tg scăzuți au prezentat o sarcină tumorală redusă datorită carcinogenezei induse de N-dietilnitrosamină (DEN). Alte experimente au demonstrat efectele pozitive ale supraexprimării CYB5R3 asupra funcției mitocondriale și îmbunătățirea apărării antioxidante, reducând în același timp daunele oxidative. În general, aceste constatări au implicații pentru dezvoltarea în continuare a intervențiilor care se concentrează pe funcția CYB5R ca regulator al metabolismului și al patologiilor legate de vârstă.

Rezultatul

Supraexprimarea CYB5R prelungește viabilitatea, supraviețuirea și îmbunătățește metabolismul lipidic la muște

Efectele pleiotropice ale supraexprimării CYB5R la muște. A ) Curba de supraviețuire Kaplan-Meier a mușchilor CYB5R-OE și CT: bărbați, n = 120-190 per grup (panoul superior) și femele, n = 120-220 per grup (panoul inferior). Creșterea cu 20% a duratei maxime de viață la muștele CYB5R-OE a fost semnificativă la bărbați (χ 2 = 36, 77) și la femei (χ 2 = 22, 32) la P 2 = 12, 7) și la femele (P = 0,04, x 2 = 4, 2) zboară CYB5R-OE. ( eu, j ) Curbele de supraviețuire Kaplan-Meier ale masculului CYB5R-CT ( eu ) și CYB5R-OE ( j ) tratate fără și cu 100 μm THII. k ) coloanele reprezintă media ± speranța medie de viață a bărbaților. * P 16 Aici, tratamentul THII (100 μm) a fost eficient în creșterea speranței medii de viață a muștelor CT și CYB5R-OE la bărbați (Figura 1i-k). Testul log-rank a arătat că în CYB5R-OE a existat o creștere de 8,95% a supraviețuirii cu 20% (P = 0, 000629, x 2 = 11, 7) și o creștere de 7,38% a supraviețuirii de 10% (P = 0,016, x 2 = 5, 8). muștele tratate cu THII față de vehicul. În schimb, tratamentul THII nu a crescut durata de viață a muștelor CT (P = 0,122 pentru supraviețuirea 20% și P = 0,178 pentru supraviețuirea 10%).

CYB5R este implicat în diferite conversii metabolice, inclusiv desaturarea și prelungirea acizilor grași. 17 Acizii grași polinesaturați cresc fluiditatea membranelor celulare și prelungesc viața. 18 Prin urmare, rolul CYB5R în metabolismul lipidic a fost investigat prin evaluarea lungimii și gradului de saturație a lanțurilor acil lipidice. În comparație cu muștele martor, atât muștele CYB5R-OE masculi, cât și cele feminine au avut niveluri reduse de acizi grași cu lanț scurt, dar niveluri mai ridicate de acizi grași cu lanț lung (Figura 11; Figura suplimentară S1D). O analiză suplimentară a arătat concentrații mai mici de acizi grași nesaturați cu lanț scurt și cantități mai mari de lanțuri de acil gras nesaturat mai lungi la bărbații CYB5R-OE (Figura 1m) și femele (Figura suplimentară S1E). Modificările gradului de desaturare a acizilor grași la muștele masculin și feminin sunt prezentate în figurile suplimentare S1F, G.

Șoarecii CYB5R3-Tg au avut o durată de viață prelungită și o modificare a compoziției corpului

Homeostazie metabolică îmbunătățită la șoareci CYB5R3-Tg. ( A ) Curba de supraviețuire Kaplan-Meier pentru șoareci masculi CYB5R3-Tg (n = 69) și Wt (n = 64). Prelungirea cu 20% a duratei maxime de viață la șoarecii CYB5R3-Tg a fost semnificativă (P = 0,0088, test t cu două cozi). ( b ) Curbele de supraviețuire Kaplan-Meier ale șoarecilor masculi hrăniți SD singuri (n = 14) sau suplimentați (n = 16) cu 2,7 mg THII per kg de greutate corporală. Săgeata după 113 săptămâni indică vârsta la care a fost inițiat tratamentul THII. ( c ) Valoarea relativă a expresiei transcriptului Cyb5r3 determinată prin analiza microarray a ARN-ului izolat din rinichi, ficat și mușchiul scheletal al șoarecilor hrăniți cu TFII comparativ cu animalele martor, n = 4 per grup. ** P 1 în greutate versus CYB5R3-Tg, P = 0,064; Figura 21), în timp ce insulina circulantă a fost semnificativ mai mică la șoarecii CYB5R3-Tg în starea de post (Figura 2m), ceea ce s-a tradus într-un indice HOMA-IR semnificativ mai mic la șoarecii CYB5R3-Tg față de Wt (Figura 2n). Similar cu hrănirea SD, șoarecii CYB5R3-Tg hrăniți cu HFD au prezentat sensibilitate crescută la insulină și glucoreglare îmbunătățită (Figura suplimentară S2H - J).

La șaisprezece săptămâni după dieta SD, șoarecii au fost plasați în camere metabolice separate pentru a furniza estimări ale cheltuielilor de energie în timpul postului și al hrănirii. Așa cum era de așteptat, șoarecii CYB5R3-Tg, care sunt mai grași decât martorii Wt (a se vedea mai sus), au consumat mai puțin oxigen pe gram de greutate corporală (Figura 20), în concordanță cu faptul că grăsimea este mai puțin activă din punct de vedere metabolic decât țesuturile slabe. O creștere semnificativă a raportului de schimb respirator la șoarecii CYB5R3-Tg a indicat utilizarea preferențială a carbohidraților pentru a-și satisface nevoile de energie (Figura 2p). Locomoția spontană a fost similară în cele două grupuri de șoareci pe SD (Figura Adițională S2K), iar rezistența generală, după cum a fost evaluată prin testul rotarod, nu a arătat nicio diferență între șoarecii de pe SD (Figura 2q) sau HFD (Figura Adițională S2L). Măsurătorile nucleului corpului și ale temperaturii intercapsulei nu au arătat, de asemenea, diferențe semnificative între șoarecii Wt și CYB5R3-Tg cărora li s-a administrat postul, glucoza de post sau glucoza prin gavajul oral al glucozei (1,5 g kg-1 greutate corporală; Figura suplimentară S2M-O). În general, aceste rezultate sugerează că prelungirea vieții la șoarecii CYB5R3-Tg s-a corelat cu un control îmbunătățit al homeostaziei lipidelor și glucozei.

Microcip hepatic și protecție împotriva inflamației, stresului oxidativ și cancerului

Analiza componentelor majore a relevat un efect clar al supraexprimării CYB5R3 și al dietei asupra profilelor hepatice transcripționale (Figura 3a). Analiza termică a hărții a arătat o expresie transcripțională diferențiată extinsă între ficatii CYB5R3 și Wt, indiferent de dietă (Figura 3b). Kinaza semi-similară 3 (Plk3), care codifică o proteină inductibilă de citokine implicată în reglarea progresiei ciclului celular și a tumorigenezei, a fost cel mai înalt transcript reglementat în jos în ficatul șoarecilor CYB5R3-Tg tratați cu SD. Analiza parametrică a îmbogățirii setului de gene a relevat întreruperea mai multor căi funcționale ca răspuns la supraexprimarea CYB5R3 (Figura 3c). Biosinteza lipidelor, funcția mitocondrială și controlul ciclului celular au fost între ele

200 de seturi de gene afectate semnificativ în comparația în perechi a CYB5R3-Tg: Wt (Figura 3d; Tabel suplimentar S2). Expresia robustă inductibilă de CYB5R3 a transcrierilor asociate cu răspunsurile la xenobiotice și inflamații (de exemplu, proteinele citocromului P450) și căilor respiratorii aerobe (de exemplu, biosinteza coenzimei Q și fosforilarea oxidativă (Figura suplimentară S3, 4)) este un factor inflamator 1. și N65- Subunitatea pB a p65 (Rela) a fost semnificativ redusă în rândul transcrierilor ARN mesager în CYB5R3-Tg versus ficat Wt (Figura 3e), precum și nivelurile de forme fosfo-active ale NFkB (pNFKB) și STAT3 (pSTAT3) (Figura 3f, g ).

Eficacitatea mitocondrială este îmbunătățită în ficatul CYB5R3-Tg

În rezumat, acest studiu între specii, împreună cu raportul nostru anterior în drojdie, indică faptul că CYB5R este un modulator important și conservat al căilor asociate duratei de sănătate prin controlul îmbunătățit al homeostaziei energetice și al eficienței bioenergetice mitocondriale. Am demonstrat că supraexpresia CYB5R3 conferă, de asemenea, protecție parțială împotriva cancerului hepatic indus de xenobiotic la șoarecii de laborator. Constatările noastre justifică dezvoltarea de noi strategii care vizează CYB5R pentru reglarea metabolismului și tratamentul patologiilor asociate vârstei.