anyagcsere

  • elemeket
  • absztrakt
  • bevezetés
  • az eredmény
  • A CYB5R túlzott expresszió meghosszabbítja az életképességet, a túlélést és javítja a legyek metabolizmusát
  • A CYB5R3-Tg egerek élettartama meghosszabbodott és a test összetétele megváltozott
  • A CYB5R3-Tg egerek energiamérlege és fizikai erőnléte
  • A máj mikrochipje és védelem a gyulladás, az oxidatív stressz és a rák ellen
  • A CYB5R3 túlzott expresszió hatása a máj zsírsav-aciláncainak deszaturációjára és megnyúlására
  • A mitokondriális hatékonyság javul a máj CYB5R3-Tg-jében
  • vita
  • További információ
  • Word dokumentumok
  • További információ
  • Képfájlok
  • További kép S1
  • További kép S2
  • További kép S3
  • További kép S4
  • További kép S5
  • További kép S6

elemeket

absztrakt

A megnövekedett egészségügyi határokkal járó anyagcsere-paraméterek vizsgálata lehetőséget kínál új betekintésre a molekuláris hálózatokba, amelyek kontrollálják és késleltetik az életkorral összefüggő kóros eredményeket. A túlélés elleni antioxidáns tulajdonságokat számos betegségmodell bizonyította, bár eddig csak néhány antioxidánssal végzett beavatkozás hosszabbította meg az életet. Az 1, 2 A kalória-korlátozás (CR) a leghatékonyabb genetikai beavatkozás az öregedés és az életkorral összefüggő betegségek késleltetése és a hatékony antioxidáns védelem kialakítása érdekében. 3, 4 Ezen egészségügyi előnyök értéke bizonyos mértékben függhet a citokróm b5 reduktáz 3 (CYB5R3) 5, 6 indukciójától, mivel az NQR1 ortológus CYB5R3 ortológusának túlzott expressziója növeli az S accharomyces cerevisiae kronológiai és replikációs életképességét ., 7

A citokróm b5 reduktázok a flavoproteinek egy csoportja, amelyek egyetlen elektrontranszfer reakcióban katalizálják a Q koenzim és a citokróm b5 redukcióját NADH-val, mint elektrondonorral. 8 Ez a család csak egy tagból áll a Drosophila melanogaster-ből (CYB5R) és négy tagból emlősökben, amelyeket CYB5R1-4 néven ismernek. Ezek a fehérjék antioxidáns tulajdonságokkal rendelkeznek, amit a NADH oxidációjával járó csökkent koenzim Q tartalom növekedése is bizonyít. A citokróm b5 csökkenése sok szubcelluláris rekeszben fejeződik ki, beleértve az endoplazmatikus retikulumot, a mitokondriális külső membránt és a plazmamembránt a sejtek redox állapotának szabályozására. A CYB5R különféle metabolikus átalakulásokban vesz részt, beleértve a zsírsav meghosszabbodását és deszaturációját, a koleszterin bioszintézisét és a citokróm P450 által közvetített monooxigenációt, és fő antioxidáns az E-vitamin-hiányra adott válaszként. +, 10, 11, és ezért a CYB5R fontos szerepet játszhat szerepet játszik az egészséggel és az öregedéssel összefüggő anyagcsere-utak szabályozásában. 12.

Ahhoz, hogy új betekintést nyerjünk a CYB5R fiziológiai szerepébe az anyagcsere és az öregedés összefüggésében, létrehoztunk egy transzgénikus egérvonalat, amely a C57BL/6J háttérben a patkány CYB5R3 génjét (CYB5R3-Tg) túlexpresszálta, és létrehoztunk egy D. melanogastert, amely túl expresszálja a Drosophila CYBR-t. -OE). Mindkét kísérleti modellről kiderült, hogy tovább él, mint vad típusú társaik, és a csökkent CYB5R3-Tg egereknél az N-dietil-nitrozamin (DEN) által kiváltott karcinogenezis miatt csökkent tumorterhelés mutatkozott. További kísérletek kimutatták, hogy a CYB5R3 túlzott expresszió pozitív hatással van a mitokondriális működésre és javítja az antioxidáns védekezést, miközben csökkenti az oxidatív károsodást. Összességében ezek a megállapítások kihatással vannak a CYB5R, mint az anyagcsere és az életkorral kapcsolatos patológiák szabályozójának funkciójára összpontosító beavatkozások továbbfejlesztésére.

az eredmény

A CYB5R túlzott expresszió meghosszabbítja az életképességet, a túlélést és javítja a legyek metabolizmusát

A legyeknél a CYB5R túlzott expressziójának pleiotróp hatása. a ) A CYB5R-OE és a CT legyek Kaplan-Meier túlélési görbéje: hímek, n ​​= 120–190 csoportonként (felső panel) és nőstények, n ​​= 120–220 csoportonként (alsó panel). A CYB5R-OE legyek maximális élettartamának 20% -os növekedése szignifikáns volt a hímeknél (χ 2 = 36, 77) és a nőknél (χ 2 = 22, 32) a P 2 = 12, 7) és a nőknél (P = 0,04, x 2 = 4, 2) legyek CYB5R-OE. ( én, j ) A hím CYB5R-CT Kaplan-Meier túlélési görbéi ( én ) és a CYB5R-OE ( j ) 100 μm THII nélkül és kezelve. k ) az oszlopok a férfiak átlagos ± fél átlagos várható élettartamát mutatják. * P 16 Itt a THII (100 μm) kezelés hatékonyan növelte a CT és a CYB5R-OE legyek átlagos várható élettartamát férfiaknál (1i-k ábra). A log-rank teszt azt mutatta, hogy a CYB5R-OE-ben 8,95% -kal nőtt a 20% -os túlélés (P = 0, 000629, x 2 = 11, 7) és 7,38% -kal nőtt a 10% -os túlélés (P = 0,016, x 2 = 5, 8). THII-val kezelt legyek versus hordozóval szemben. Ezzel szemben a THII kezelés nem növelte a CT legyek életét (P = 0,122 a 20% -os túlélésért és a P = 0,178 a 10% -os túlélésért).

A CYB5R különféle anyagcsere-átalakulásokban vesz részt, beleértve a zsírsav-deszaturációt és az elhúzódást. 17 A többszörösen telítetlen zsírsavak növelik a sejtmembránok folyékonyságát és meghosszabbítják az életet. A CYB5R lipid metabolizmusban betöltött szerepét ezért a lipid-acil-láncok hosszának és telítettségének értékelésével vizsgálták. A kontrolllegyekhez képest mind a hím, mind a nőstény CYB5R-OE legyeknél alacsonyabb volt a rövid láncú zsírsavszint, de magasabb volt a viszonylag hosszú láncú zsírsavak szintje (11. ábra; kiegészítő S1D ábra). A további elemzés a rövid láncú telítetlen zsírsavak alacsonyabb koncentrációját és a hosszabb ideig telítetlen zsírsav-acil-láncok nagyobb mennyiségét mutatta CYB5R-OE hímeknél (1m. Ábra) és nőstényeknél (S1E. Kiegészítő ábra). A zsírsav deszaturáció mértékének változását hím és nőstény legyeknél az S1F, G további ábrák mutatják.

A CYB5R3-Tg egerek élettartama meghosszabbodott és a test összetétele megváltozott

Javult a metabolikus homeosztázis a CYB5R3-Tg egerekben. ( a ) Kaplan-Meier túlélési görbe hím CYB5R3-Tg (n = 69) és Wt (n = 64) egereknél. A CYB5R3-Tg egerekben a maximális élettartam 20% -ának meghosszabbodása szignifikáns volt (P = 0,0088, kétfarkú t-teszt). ( b ) Egyedül SD-vel táplált hím egerek Kaplan-Meier túlélési görbéi (n = 14), vagy kiegészítve (n = 16) 2,7 mg THII/testtömeg-kilogramm. A nyíl 113 hét után azt az életkort jelzi, amikor a THII kezelést megkezdték. ( c ) A Cyb5r3 transzkripció expressziójának relatív értéke, amelyet a TFII-vel táplált egerek veséjéből, májából és vázizméből izolált RNS mikroarray elemzésével állapítottunk meg, összehasonlítva kontroll állatokkal, n = 4 csoportonként. ** P1 Wt-ban, szemben a CYB5R3-Tg-vel, P = 0,064; 21. ábra), míg a keringő inzulin szignifikánsan alacsonyabb volt a CYB5R3-Tg egerekben éhomi állapotban (2m. Ábra), ami a CYB5R3-Tg egerekben szignifikánsan alacsonyabb HOMA-IR indexet eredményezett Wt-vel szemben (2n. Ábra). Az SD-etetéshez hasonlóan a HFD-vel táplált CYB5R3-Tg egerek fokozott inzulinérzékenységet és jobb glükoregulációt mutattak (S2H - J kiegészítő ábra).

Tizenhat héttel az SD-diéta után az egereket külön anyagcserekamrákba helyezték, hogy megbecsüljék az éhezés és az etetés alatti energiafelhasználást. Ahogy az várható volt, a CYB5R3-Tg egerek, amelyek zsírosabbak, mint a Wt kontrollok (lásd fent), kevesebb oxigént fogyasztottak testtömeg-grammonként (20. ábra), összhangban azzal a megállapított ténnyel, hogy a zsír kevésbé metabolikusan aktív, mint a sovány szövetek. A CYB5R3-Tg egerekben a légzőcsere arányának jelentős növekedése jelezte a szénhidrátok előnyös alkalmazását energiaigényük kielégítésére (2p. Ábra). A spontán mozgás hasonló volt az SD két egércsoportjában (S2K kiegészítő ábra), és a rotarod teszttel értékelve az általános állóképesség nem mutatott különbséget az SD (2q. Ábra) vagy a HFD (S2L. Kiegészítő ábra) egerek között. A testmag és a kapszula közötti hőmérséklet mérései szintén nem mutattak szignifikáns különbséget a Wt és a CYB5R3-Tg egerek között éhgyomorra, éhgyomorra történő glükóz vagy szájon át szedett glükózzal kezelt (1,5 g kg-1 testtömeg; S2M-O ábra). Összességében ezek az eredmények azt sugallják, hogy a CYB5R3-Tg egerek életképességének meghosszabbodása korrelált a lipid és a glükóz homeosztázis jobb kontrolljával.

A máj mikrochipje és védelem a gyulladás, az oxidatív stressz és a rák ellen

A fő komponens elemzés feltárta a CYB5R3 túlzott expresszió és a diéta egyértelmű hatását a transzkripciós májprofilokra (3a. Ábra). A termikus térképelemzés kiterjedt differenciális transzkripciós expressziót mutatott ki a CYB5R3 és a Wt máj között, diétától függetlenül (3b. Ábra). A félig hasonló kináz 3 (Plk3), amely a sejtciklus előrehaladásának és a tumorgenezisnek a szabályozásában szerepet játszó citokin által indukálható fehérjét kódolja, az SD-vel kezelt CYB5R3-Tg egerek májának legmagasabban szabályozott transzkriptuma volt. A génkészlet-dúsítás paraméteres elemzése számos funkcionális út megszakadását tárta fel a CYB5R3 túlexpresszióra reagálva (3c. Ábra). A lipid-bioszintézis, a mitokondriális funkció és a sejtciklus-kontroll között volt

200 génkészlet jelentősen érintett a CYB5R3-Tg: Wt páros összehasonlításában (3d. Ábra; S2. Kiegészítő táblázat). A xenobiotikumok és gyulladások (pl. Citokróm P450 fehérjék) és az aerob légutak (pl. És a p65 N65-pB alegysége (Rela) - válaszához kapcsolódó transzkriptumok robusztus CYB5R3-indukálható expressziója a CYB5R3-Tg messenger RNS-transzkriptumai között szignifikánsan csökkent (3e. Ábra), valamint az NFkB (pNFKB) és a STAT3 (pSTAT3) foszfo-aktív formáinak szintje (3f. Ábra, g).

A mitokondriális hatékonyság javul a máj CYB5R3-Tg-jében

Összefoglalva, ez a fajokon átívelő tanulmány, valamint az élesztővel kapcsolatos korábbi jelentésünkkel együtt azt jelzi, hogy a CYB5R az egészségpályához kapcsolódó utak fontos és konzervált modulátora az energia homeosztázis és a mitokondriális bioenergetikai hatékonyság javításán keresztül. Kimutattuk, hogy a CYB5R3 túlzott expresszió részleges védelmet nyújt a xenobiotikusok által kiváltott májrák ellen is laboratóriumi egerekben. Eredményeink új stratégiák kidolgozását indokolják, amelyek célja a CYB5R megcélzása az anyagcsere szabályozására és az életkorral összefüggő patológiák kezelésére.