цитохром

  • елементи
  • абстрактно
  • Въведение
  • резултатът
  • Свръхекспресията на CYB5R удължава жизнеспособността, оцеляването и подобрява метаболизма на липидите при мухите
  • CYB5R3-Tg мишките имаха удължен живот и промяна в телесния състав
  • Енергиен баланс и физическа годност на мишки CYB5R3-Tg
  • Чернодробен микрочип и защита срещу възпаление, оксидативен стрес и рак
  • Ефект на свръхекспресията на CYB5R3 върху десатурацията и удължаването на чернодробните мастни ацилни вериги
  • Митохондриалната ефикасност се подобрява в черния дроб CYB5R3-Tg
  • дискусия
  • Допълнителна информация
  • Word документи
  • Допълнителна информация
  • Файлове с изображения
  • Допълнително изображение S1
  • Допълнително изображение S2
  • Допълнително изображение S3
  • Допълнително изображение S4
  • Допълнително изображение S5
  • Допълнително изображение S6

елементи

абстрактно

Изследването на метаболитните параметри, свързани с повишените здравословни граници, предлага възможност за придобиване на нови прозрения в молекулярните мрежи, които контролират и забавят свързаните с възрастта патологични находки. Антиоксидантните свойства срещу оцеляването са демонстрирани в няколко модела на заболяването, въпреки че досега само няколко интервенции с антиоксиданти са удължили успешно живота. 1, 2 Ограничението на калориите (CR) е най-ефективната генетична интервенция за забавяне на стареенето и свързаните с възрастта заболявания и за установяване на ефективна антиоксидантна защита. 3, 4 Стойността на тези ползи за здравето може да зависи до известна степен от индукцията на цитохром b5 редуктаза 3 (CYB5R3) 5, 6, тъй като свръхекспресията на ортолога CYB5R3 на ортолога NQR1 увеличава хронологичната и репликативна жизнеспособност при S accharomyces cerevisiae ., 7

Цитохром b5 редуктазите са група флавопротеини, които катализират редукцията на коензим Q и цитохром b5 от NADH като донор на електрони в реакция на един електронен трансфер. 8 Това семейство се състои само от един член на Drosophila melanogaster (CYB5R) и четири членове при бозайници, известни като CYB5R1-4. Тези протеини проявяват антиоксидантни свойства, както се доказва от увеличаването на намаленото съдържание на коензим Q, свързано с окисляването на NADH. Намаляването на цитохром b5 се изразява в много субклетъчни отделения, включително ендоплазмен ретикулум, външна мембрана на митохондриите и плазмена мембрана, за да се контролира редокс състоянието на клетките. 5 CYB5R участва в различни метаболитни преобразувания, включително удължаване и десатурация на мастни киселини, биосинтез на холестерол и монооксигениране, медиирано от цитохром Р450, и е основен антиоксидант в отговор на дефицита на витамин Е. +, 10, 11 и следователно CYB5R може да играе важна роля роля в регулирането на метаболитните пътища, свързани със здравето и стареенето. 12

За да придобием нова представа за физиологичната роля на CYB5R в контекста на метаболизма и стареенето, създадохме трансгенна мишка линия, свръхекспресираща гена CYB5R3 на плъх (CYB5R3-Tg) във фонов режим C57BL/6J и създадохме свръхекспресиращ Drosophila CYBR D. melanogaster. -OE). Установено е, че и двата експериментални модела живеят по-дълго от своите аналози от див тип и намалените мишки CYB5R3-Tg показват намалено туморно натоварване поради индуцирана от N-диетилнитрозамин (DEN) канцерогенеза. По-нататъшни експерименти демонстрират положителните ефекти на свръхекспресията на CYB5R3 върху митохондриалната функция и подобряват антиоксидантната защита, като същевременно намаляват окислителните щети. Като цяло тези открития имат последици за по-нататъшното развитие на интервенции, които се фокусират върху функцията на CYB5R като регулатор на метаболизма и свързаните с възрастта патологии.

резултатът

Свръхекспресията на CYB5R удължава жизнеспособността, оцеляването и подобрява метаболизма на липидите при мухите

Плейотропни ефекти на свръхекспресията на CYB5R при мухи. а ) Крива на оцеляване на Kaplan-Meier на мухи CYB5R-OE и CT: мъже, n = 120–190 на група (горен панел) и жени, n = 120–220 на група (долен панел). 20% увеличение на максималната продължителност на живота при мухите CYB5R-OE е значително при мъжете (χ 2 = 36, 77) и жените (χ 2 = 22, 32) при P 2 = 12, 7) и жените (P = 0.04, x 2 = 4, 2) мухи CYB5R-OE. ( i, j ) Каплан-Майер криви на оцеляване на мъжки CYB5R-CT ( i ) и CYB5R-OE ( j ) третирани без и със 100 μm THII. к ) колоните представляват средната ± sem средна продължителност на живота на мъжете. * P 16 Тук лечението с THII (100 μm) е ефективно за увеличаване на средната продължителност на живота на мухите CT и CYB5R-OE при мъже (Фигура 1i-k). Тестът за лог-рейтинг показа, че при CYB5R-OE е имало 8,95% увеличение на 20% оцеляване (P = 0, 000629, x 2 = 11, 7) и 7,38% увеличение при 10% оцеляване (P = 0,016, x 2 = 5, 8). мухи, третирани с THII спрямо превозно средство. За разлика от това, лечението с THII не увеличава живота на CT мухите (P = 0,122 за 20% оцеляване и P = 0,178 за 10% оцеляване).

CYB5R участва в различни метаболитни преобразувания, включително десатурация и удължаване на мастните киселини. 17 Полиненаситените мастни киселини увеличават течливостта на клетъчните мембрани и удължават живота. 18 Ролята на CYB5R в липидния метаболизъм следователно беше изследвана чрез оценка на дължината и степента на насищане на липидните ацилни вериги. В сравнение с контролните мухи, както мъжките, така и женските мухи CYB5R-OE имат намалени нива на късоверижни мастни киселини, но по-високи нива на относително дълговерижни мастни киселини (Фигура 11; Допълнителна фигура S1D). Допълнителен анализ показва по-ниски концентрации на късоверижни ненаситени мастни киселини и по-големи количества по-дълги ненаситени мастни ацилни вериги при мъже CYB5R-OE (фигура 1m) и жени (допълнителна фигура S1E). Промените в степента на десатурация на мастните киселини при мъжки и женски мухи са показани на допълнителни фигури S1F, G.

CYB5R3-Tg мишките имаха удължен живот и промяна в телесния състав

Подобрена метаболитна хомеостаза при мишки CYB5R3-Tg. ( а ) Крива на преживяване на Kaplan-Meier за мъжки мишки CYB5R3-Tg (n = 69) и Wt (n = 64). Удължаването с 20% от максималната продължителност на живота при мишки CYB5R3-Tg е значително (P = 0,0088, двустранен t-тест). ( б ) Криви на преживяване на Kaplan-Meier на мъжки мишки, хранени само с SD (n = 14) или допълнени (n = 16) с 2,7 mg THII на kg телесно тегло. Стрелката след 113 седмици показва възрастта, на която е започнато лечението с THII. ( ° С ) Относителна стойност на експресията на транскрипт Cyb5r3, определена чрез анализ на микрочипове на РНК, изолирана от бъбреците, черния дроб и скелетната мускулатура на мишки, хранени с TFII, в сравнение с контролните животни, n = 4 на група. ** P 1 в Wt спрямо CYB5R3-Tg, P = 0.064; Фигура 21), докато циркулиращият инсулин е значително по-нисък при CYB5R3-Tg мишки на гладно (Фигура 2m), което се превръща в значително по-нисък индекс HOMA-IR при мишки CYB5R3-Tg спрямо Wt (Фигура 2n). Подобно на SD храненето, мишките CYB5R3-Tg, хранени с HFD, показват повишена инсулинова чувствителност и подобрена глюкорегулация (допълнителна фигура S2H - J).

Шестнадесет седмици след SD диетата, мишките бяха поставени в отделни метаболитни камери, за да предоставят приблизителни оценки на енергийните разходи по време на гладуване и хранене. Както се очаква, мишките CYB5R3-Tg, които са по-дебели от контролите на Wt (виж по-горе), консумират по-малко кислород на грам телесно тегло (Фигура 20), в съответствие с установения факт, че мазнините са по-малко метаболитно активни от чистите тъкани. Значително увеличение на съотношението на дихателния обмен при мишките CYB5R3-Tg показва преференциалното използване на въглехидратите за задоволяване на техните енергийни нужди (Фигура 2р). Спонтанното движение е подобно при двете групи мишки на SD (Допълнителна фигура S2K) и общата издръжливост, оценена чрез ротарод тест, не показва разлика между мишките на SD (Фигура 2q) или HFD (Допълнителна фигура S2L). Измерванията на телесните ядрени и интеркапсулни температури също не показват значителни разлики между Wt и CYB5R3-Tg мишки, получаващи гладуване, глюкоза на гладно или глюкоза чрез орален глюкозен сондаж (1,5 g kg-1 телесно тегло; Допълнителна фигура S2M-O). Като цяло тези резултати предполагат, че удължаването на живота при мишки CYB5R3-Tg корелира с подобрения контрол на липидната и глюкозната хомеостаза.

Чернодробен микрочип и защита срещу възпаление, оксидативен стрес и рак

Анализът на основните компоненти разкрива ясен ефект на свръхекспресията на CYB5R3 и диетата върху чернодробните профили на транскрипцията (Фигура 3а). Анализът на термичната карта показва обширна диференциална транскрипционна експресия между CYB5R3 и Wt черен дроб, независимо от диетата (Фигура 3b). Полуподобната киназа 3 (Plk3), която кодира цитокин-индуцируем протеин, участващ в регулирането на прогресията на клетъчния цикъл и туморогенезата, е най-високата понижена транскрипция в черния дроб на CYB5R3-Tg мишки с SD. Параметричният анализ на обогатяването на генния набор разкрива нарушаване на няколко функционални пътища в отговор на свръхекспресията на CYB5R3 (Фигура 3в). Липидната биосинтеза, митохондриалната функция и контролът на клетъчния цикъл бяха между тях

200 генни набора са значително засегнати при двойното сравнение на CYB5R3-Tg: Wt (Фигура 3d; Допълнителна таблица S2). Здравата CYB5R3-индуцируема експресия на транскрипти, свързани с отговори на ксенобиотици и възпаления (напр. Протеини на цитохром Р450) и аеробни дихателни пътища (напр. Биосинтез на коензим Q и окислително фосфорилиране (Допълнителна фигура S3, 4)) е възпалителна 1. и N65- pB субединицата на p65 (Rela) бяха значително намалени сред пратениците на РНК транскрипти в CYB5R3-Tg спрямо Wt черен дроб (Фигура 3д), както и нивата на фосфо-активни форми на NFkB (pNFKB) и STAT3 (pSTAT3) (Фигура 3f, g ).

Митохондриалната ефикасност се подобрява в черния дроб CYB5R3-Tg

В обобщение, това кръстосано проучване, заедно с нашия предишен доклад за дрожди, показват, че CYB5R е важен и запазен модулатор на свързаните със здравето пътища чрез подобрен контрол на енергийната хомеостаза и митохондриалната биоенергийна ефективност. Демонстрирахме, че свръхекспресията на CYB5R3 също така осигурява частична защита срещу индуциран от ксенобиотици рак на черния дроб при лабораторни мишки. Нашите открития гарантират разработването на нови стратегии, насочени към CYB5R за регулиране на метаболизма и лечение на патологии, свързани с възрастта.