2007 vp1-3.1- -05- (nr. vp1-3.1- seminaras · amp kinazės signalinis kelias ... kad abu asi...

2007–2013 m. Žmogiškųjų išteklių plėtros veiksmų programos 3 prioriteto „Tyrėjų gebėjimų stiprinimas“

VP1-3.1-ŠMM-05-K priemonės „MTTP tematinių tinklų, asociacijų veiklos stiprinimas“

projektas „Lietuvos Biochemikų draugijos potencialo kurti žinių visuomenę didinimas“

(NR. VP1-3.1-ŠMM-05-K-01-022)

SEMINARAS

Organizmo senėjimą reguliuojantys

mechanizmai. Ar galime sulėtinti

senėjimo procesą?

LSMU, Kardiologijos institutas

Kaunas, 2011. 09. 29

Per XX amžių vidutinė gyvenimo

trukmė išsivysčiusiose pasaulio

šalyse išaugo nuo 45 iki 77 metų !

Jeigu ši tendencija nesikeis, tai daugelis

2000 metais išsivysčiusiose šalyse

gimusių vaikų sulauks 100 metų !

Pagrindinės vidutinės

gyvenimo trukmės

pailgėjimo priežastys:

Sumažėjęs vaikų mirtingumas

Pagerėjusios sanitarinės sąlygos

Antibiotikai, vakcinos, moderni

medicina

Mirtingumo tikimybės senyvame amžiuje pokyčiai

išsivysčiusiose pasaulio šalyse

1950 metais tikimybė, kad

moterys sulaukusios 80 metų

išgyvens iki 90 buvo 15-16%

(vyrų 12%)

2007 metais ši tikimybė išaugo

iki 37 % ir 25 %.

Tikimybė, kad japonų moteris

išgyvens nuo 80 iki 90 metų

dabartiniu metu viršija 50 % !

Vidutinės gyvenimo trukmės žemėlapis

CIA World Factbook 2011 Estimates for Life Expectancy at birth (years).

Vidutinės gyvenimo trukmės žemėlapis

Per pastaruosius dešimtmečius greičiausiai augo

vyresnių, kaip 85 metų gyventojų skaičius

Tačiau sveiko gyvenimo trukmė

(healthy life years) augo žymiai

lėčiau, nei vidutinė gyvenimo

trukmė !!!

Eurostat

Apie 80 % vyresnių, kaip 65 metų gyventojų serga viena iš šių

lėtinių ligų: II tipo diabetas, nutukimas, Alzheimerio liga, širdies

ir cerebrovaskulinės ligos, navikai.

Apie 50 % vyresnių, kaip 65 metų gyventojų serga mažiausiai 2

lėtinėm ligom.

Pagrindinis tikslas: prailginti

sveiko gyvenimo trukmę

KLAUSIMAS: Ar galime reguliuoti

senėjimo proceso greitį ?

ATSAKYMAS: Galime

Geriausiai ištirtas calorie restriction (kalorijų

apribojimo, saikingo badavimo, CR) poveikis

senėjimo procesui.

CR-apribojamas kalorijų

kiekis (dažniausiai 30-50%),

išsaugant pilnavertę mitybą

Didžiosios depresijos metu (1934) Mary

Crowell ir Clive McCay Cornell

universitete tyrė, kaip laboratorines

žiurkes veikia CR.

CR žiurkių gyvenimo trukmė pailgėjo

30-40%.

Kokie molekuliniai mechanizmai

reguliuoja senėjimo proceso greitį ?

Žinoma, kad senėjimo procesui svarbūs signaliniai

keliai veikia, kaip maisto medžiagų, ląstelės

energetinio statuso ir įvairių stresorių sensoriai.

Kai maisto pakanka ir streso lygis yra žemas, šie

signaliniai keliai įjungia augimo ir reprodukcijos

programas (senėjimas greitėja).

Trūkstant maisto, bei veikiant kitiems stresoriams

įjungiamos apsauginės programos (senėjimas letėja).

Signaliniai keliai reguliuojantys senėjimo

proceso greitį

Insulino/insulinoidinio augimo faktoriaus (IGF) signalinis kelias

mTOR signalinis kelias

AMP kinazės signalinis kelias

Sirtuinai


IGF-1 sintezę ir sekreciją indukuoja augimo

(somatotropinis) hormonas. Daugiausiai

gaminamas kepenyse. Universalus anabolonis

hormonas, stimuliuoja kaulų, raumenų,

kremzlės, nervinio audinio ir kt. augimą.

Veikia per tirozinkinazinį receptorių, PI3K-Akt

aktyvatorius. Blokuoja FOXO transkripcijos

faktorių aktyvumą, netiesiogiai slopina

ilgaamžiškumo genetines programas.

FOXO transkripcijos faktoriai

FOXO transkripcijos faktoriai lėtina senėjimo procesą

Inaktyvavus DAF2 geną

(IGF-1 analogas) C.elegens

gyvenimo trukmė pailgėja

dvigubai.

Panašūs efektai stebėti

kituose organizmuose.

Pelės, IGF-1 heterozigotai

(turi tik vieną veikiančią

geno kopiją) gyvena 20 %

ilgiau. Pelės neturinčios

receptoriaus riebaliniame

audinyje taip pat yra

ilgaamžės.

Nustatyta, kad maži

šuniukai gyvena ilgiau už

stambius, kadangi turi

IGF-1mutacijas.

O kaip žmonės ?

Selektyviai blokuojant insulino signalinį kelią riebaliniame ar

nerviniame audiniuose gyvenimo trukė ilgėja 18 %

Endokrininis reguliavimas. Riebaliniame audinyje

gaminami humoraliniai faktoriai lėtina kitų audinių

senėjimą ?

Nustatė, kad CR metu dviejuose C.elegans sensoriniuose neuronuose yra

aktyvuojamas skn-1 genas (koduoja transkripcijos faktorių reguliuojantį atsaką

į oksidacinį stresą, žinduolių analogas-NFE2-transkripcijos faktoriai).

Žinoma, kad abu ASI neuronai priima informaciją apie maisto prieinamumą ir

ją transliuoja į endokrininius signalus. Manoma, kad CR sąlygomis šie neuronai

sekretuoja (ar skatina kitus neuronus sekretuoti) humoralinius veiksnius

moduliuojančius periferinių audinių metabolinį aktyvumą ilgaamžiškumo

kryptimi.

Alkio ir sotumo reguliacijos centrai hipotalamuse

Hipotalamuse yra dvi neuronų grupės. Veikia, kaip organizmo energetinio

statuso sensoriai. Didėjant malonil-CoA kiekiui stimuliuojama anoreksigeninių

neuropeptidų produkcija, blokuojamas alkio centras ir atvirkščiai, mažėjant

malonil-coA, gausėja oreksigeninių peptidų. Gali būti, kad pagumburio centrai

koordinuoja periferinių audinių metabolinį aktyvumą, taip pat ir

ilgaamžiškumą.

Kalorijų apribojimas (CR) 3 mėnesiams

20 % pagerino verbalinę atmintį !

Heterochroninės parabiozės modelis

Skirtingo amžiaus gyvūnams sukuriama

bendra kraujotaka

Kamieninių ląstelių potencialą

moduliuojančių sisteminių faktorių

efektyvumas nyksta organizmo senėjimo

metu


Skatina baltymų sintezę

Skatina ląstelės augimą

Blokuoja autofagiją

Ląstelėse veikia, kaip

maisto medžiagų,

energetinio statuso, bei

redokso sensorius.

Integruoja insulino, IGF,

kitų augimo faktorių

signalus

Aktyvuoja aminorūgštys

(ypač leucinas), serumas,

oksidacinis stresas


Yra 2 mTOR kompleksai. Rapamicinas blokuoja mTORC1

(aktyvuoja autofagiją). mTORC2 fosforilina PKB (S473),

svarbus citoskeleto reorganizacijai.


Kai yra daug maisto ir

streso lygis žemas mTOR

aktyvumas aukštas,

skatinama baltymų

sintezė, ląstelių augimas,

blokuojama autofagija.

Badaujant, streso metu

mTOR slopinamas,

aktyvuojama autofagija

mTOR inhibicija

prailgina gyvenimo

trukmę, didina

rezistentiškumą stresui


AMP kinazė tai ląstelės energetinio

statuso sensorius. Reaguoja į

AMP/ATP santykio pokyčius.

Aktyvatorius AMP.

Blokuoja ląstelės anabolinius procesus

(baltymų sintezę, ląstelių proliferaciją,

lipogenezę, stimuliuoja gliukozės

pasisavinimą)

AMP kinazės hiperekspresija prailgina

C. elegans gyvenimo trukmę.

Antidiabetinis vaistas metforminas

(AMP kinazės aktyvatorius) prailgina

pelių gyvenimo trukmę.

Maisto medžiagų perteklius taip pat sukelia stresą

Krebso ciklas perkraunamas, mitochondrijų elektronų

transporto grandinės nebesugeba asimiliuoti elektronų, ROS

produkcija didėja.

Citrato perteklius

transportuojamas į

citoplazmą, susidaro

acetil-coA perteklius,

kuris panaudojamas

baltymų (ne tik histonų)

acetilinimui.

Bendras acetilintų

baltymų kiekis didėja

Maisto medžiagų perteklius taip pat sukelia stresą

Baltymų deacetilinimas taip pat priklauso nuo ląstelės metabolinio

statuso (badaujant, daugėja NAD+ didėja sirtuinų aktyvumas).

Sirtuinai

Tai nuo NAD priklausomos baltymų deacetilazės. Hiperekspresija pailgina mielių,

drozofilų, C.elegans gyvenimo trukmę

Badaujant, padidėjusio fizinio aktyvumo

metu ląstelėse didėja NAD/NADH

santykis, aktyvuojami sirtuinai. Gausėjant

AMP aktyvuojamos AMP kinazės.

Abu keliai sinergistiškai aktyvuoja

riebiųjų rūgščių oksidaciją, mitochondrijų

biogenezę, antioksidacines sistemas,

autofagiją ir kt.

Sirtuinų aktyvatoriai

Resveratrolio poveikis ilgaamžiškumui nevienareikšmis

Autofagija

Autofagija

Palaiko viduląstelinį metabolinį balansą (sintezė/degradacija,

pakartotinas medžiagų panaudojimas).

Streso metu (pvz. badavimas) padeda perskirstyti ląstelės

resursus

Padeda ląstelėms atsikratyti nuo “šiukšlių” (defektiniai baltymai,

baltymų agregatai, pasenusios organelės)

Autofagija yra labai svarbi postmitotinėms (neuronai, kardiomiocitai),

ląstelėms, kadangi jos negali dalijimosi metu apsivalyti nuo susikaupusių

“šiukšlių”. Daugelis neurodegeneracinių ligų vystosi dėl sutrikusio

defektinių baltymų kaupimosi

Senėjimo metu padidėja ląstelės baltymų agregavimas

Senstančios ląstelės nebesugeba apsivalyti nuo oksiduotų

makromolekulių, defektinių organelių (mitochondrijų). Ląstelėse

kaupiasi šiukšlės (lipofuscino polimerai lizosomose, agregavę

baltymai (agresomos), defektinės mitochondrijos ir kt). Mažėja

ATP produkcija, didėja oksidacinis stresas

Spermidinas

Smulkiamolekuliniai junginiai selektyviai aktyvuojantys

autofagiją neuronuose gali būti pritaikyti

neurodegeneracinių ligų gydymui

Kamieninės ląstelės

Mitochondrijos

Telomeros

CR poveikis senėjimo procesui

Kaip kalorijų apribojimas (CR) veikia

žmones ?

Epidemiologiniai tyrimai parodė, kad Okinavoje gyvena

daugiausiai šimtamečių (50/100000 gyventojų ). Okinavos

gyventojai vidutiniškai per dieną suvartoja 1785 kcal. Japonijos-

2068 kcal, JAV-2980 kcal. Atitinkamai, 15 ir 40 % mažiau.

Projektas Biosphere 2

Uždaros ekosistemos projektas Arizonoje. Trūko 2 metus. Daugiau,

kaip 6 mėn., savanoriai suvartodavo 30 % mažiau kcal (nuo 2500

iki 1784 kcal). Sumažėjo AKS, gliukozės, insulino, cholesterolio,

trijodtironino, leukocitų kiekis.

Projektas Biosphere 2

http://www.crsociety.org/

Calorie restriction society international

http://www.crsociety.org/

Neturintys antsvorio savanoriai suvartodavo apie 1800 kcal per

dieną (tai 30% mažiau už vidurkį). Laikotarpis 6,5 metų.

Preliminari išvada:

Kalorijų apribojimas (CR)

efektyviai mažina aterosklerozės ir II

tipo diabeto išsivystymo tikimybę

Globalūs genų ekspresijos pokyčių tyrimai

patvirtina šiuos rezultatus

Neigiami efektai:

Silpnėja imunitetas (nežymiai)

Silpniau gyja žaizdos

Mažėja kūno temperatūra

Silpnėja libido

CR efektai ?

BLOGAI

GERAI

SKIRTINGI

ORGANIZMAI SENSTA

NEVIENODAI !

Caleb Finch pasiūlė tokią klasifikaciją:

Greitai senstantys organizmai (rapid senescence), miršta

atlikę reprodukcijos funkciją. Pavyzdys-Ramiojo

vandenyno lašišos.

Laipsniškas senėjimas (rapid senescence). Pavyzdys-

žmonės.

Minimalus senėjimas (negligible senescence). Pavyzdys-

plikasis žemrausys, (Heterocephalus glaber), naked mole

rat.

Plikasis žemrausys

Gyvena iki 28 metų ! Kiti

graužikai-1-4 metus.

Niekada neserga vėžiu !

http://naked-mole-rat.org/






Gyvūnai ilgaamžiai

Moliuskas Margaritifera margaritifera, 210-250

Vėžlys Aldabrachelys gigantea, 255

Erškėtai Acipenser fulvescens, 152

Jūros ešerys (Sebastes aleutianus) , 205

Šių gyvūnų augimas, bei reprodukcinis aktyvumas

ir efektyvumas su amžiumi nemažėja.

Tai nuo ko jie miršta ?

Manoma, kad su laiku jie

“perauga” savo ekologinę nišą,

todėl nebegali efektyviai

konkuruoti su jaunesniais

populiacijos nariais

Tolimesni ilgaamžių gyvūnų tyrimai padės geriau

suprasti audinių senėjimą reguliuojančius molekulinius

mechanizmus

Atsakys į pagrindinius klausimus:

Ar egzistuoja programa, pagal kurią

yra vykdomas senėjimo procesas ?

Ar senėjimo metu audiniai

paprasčiausiai susidėvi ?

Aubrey David Nicholas Jasper de Grey

Strategies for Engineered Negligible Senescence (SENS)

SENS foundation

Progerija. Hutchinson-Gilford sindromas

Šešiolikos metų mergaitė atrodo, kaip vienerių metų vaikas.

Antropometriniai duomenys atitinka 11 mėnesių amžių. Telomerų

ilgis ir telomerazės aktyvumas maždaug atitinka chronologinį

amžių

Sutrikęs augimas, ar

sulėtėjęs senėjimas ?

Who wants to live forever ?

Pasaulinis mirtingumo lygis išlieka stabilus-100 %

AČIŪ UŽ DĖMESĮ !

2007 vp1-3.1- -05- (nr. vp1-3.1- seminaras · amp kinazės signalinis kelias ... kad abu asi...

Documents