Starenje, mitohondrije, resveratrol

Pre par meseci, Sentient mi je trazio misljenje na temu nekoliko stvari povezanih sa procesima starenja. Pod tom inspiracijom, javio sam se da drzim seminar na tu temu, i nakon kopanja po literaturi napisao sam kratku sumaciju.

Sentientu sam obecao da cu poslati svoje nalaze i ovde, tako da oni slede u sledecim porukama. Princip je prost: originalni tekst sam pisao na engleskom, ovde cu slati onoliko koliko mogu da prevedem i uprostim za petnaest minuta svakog dana. Znaci, potrajace slanje, ali nadam se da ce se bar nekome isplatiti. Prevod ce biti ofrlje, ali ce (nadam se) biti citljiv.

Reference stavljam u prvu poruku, posto se ceo ostatak teksta poziva na njih.

Iako uproscavam detalje u toku prevoda, tekst je i dalje prilicno pun tehnickih izraza; ali bi u osnovnim linijama trebalo da moze da se prati uz minimalno znanje osnovne biologije.

Enjoy.

Reference:
1. Scheffler, I.E. Mitochondria, second edition, (2007) Wiley-Liss.
2. Barja, G. Rejuvenation Res. (2007) 10, 215–224.
3. Barros, M.H., Bandy, B., Tahara, E.B., Kowaltowski, A.J., J. Biol. Chem. (2004) 279, 49883–49888.
4. Friguet, B., Bulteau, A-L., Petropoulos, I. Biotechnol. J. (2008) 3, 757–764.
5. Druzhyna N.M., Wilson G.L. LeDoux S.P. Mech Ageing Dev. (2008) 129, 383-390.
6. Stuart, J.A., Brown, M.F. Biochim. Biophys. Acta (2006) 1757, 79–89.
7. Mitochondriome, http://www.ba.itb.cnr.it/mitochondriome/ (Oct. 2008).
8. Harman, D. J. Gerontol. (1956) 11, 298–300.
9. Navarro, A., Boveris, A. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. (2004) 287, R1244-R1249.
10. Boveris, A., Cadenas, E. IUBMB Life (2000) 50, 245-250.
11. Navarro, A., Lopez-Cepero, J. M., Bandez, M. J., Sanchez-Pino, M. J., Gomez, C., Cadenas, E., Boveris, A. A. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. (2008) 294, R501-R509
12. Hassa P.O., Haenni S.S., Elser M., Hottiger M.O., Microbiol Mol Biol Rev. (2006) 70, 789-829.
13. Twig G., Elorza A., Molina A.J., Mohamed H., Wikstrom J.D., Walzer G., Stiles L., Haigh S.E., Katz S., Las G., Alroy J., Wu M., Py B.F., Yuan J., Deeney J.T., Corkey B.E., Shirihai O.S. EMBO J. (2008) 27, 433-446.
14. Bakala, H., Delaval, E., Hamelin, M., Bismuth, J., Borot-Laloi, C., Corman, B., Friguet, B. Eur. J. Biochem. (2003) 270, 2295–2302.
15. Delaval, E., Perichon, M., Friguet, B., Eur. J. Biochem. (2004) 271, 4559–4564.
16. Brunk, U.T., Terman, A. Free Radic. Biol. Med. (2002) 33, 611–619.
17. Marzabadi, M.R., Sohal, R.S., Brunk, U.T. Mech Ageing Dev. (1988) 46, 145-157.
18. Trifunovic, A., Wredenberg, A., Falkenberg, M., Spelbrink, J.N., Rovio, A.T., Bruder, C.E., Bohlooly, Y.M., Gidlöf, S., Oldfors, A., Wibom, R., Törnell, J., Jacobs, H.T., Larsson, N.G., Nature. (2004) 429, 417-423.
19. Shienaga, M.K., Hagen, T.M., Ames, B.N., Proc. Natl. Acad. Sci. USA (1994) 91, 10771-10778
20. Wallace, D.C., Annu. Rev. Genet. (2005) 39, 359–407.
21. Masoro, E.J., Biogerontology (2006) 7, 153–155
22. Reiser, K., McGee, C., Rucker, R., McDonald, R., J. Gerontol. Biol. Sci. (1995) 50A, B40–B57
23. Nisoli, E., Tonello, C., Cardile, A., Cozzi, V., Bracale, R., Tedesco, L., Falcone, S., Valerio, A., Cantoni, O., Clementi, E., Moncada, S., Carruba, M.O., Science (2005) 310, 314–317.
24. Guarente, L., Cell (2008) 132, 171-176.
25. Yang, H., Yang, T., Baur, J.A., Perez, E., Matsui, T., Carmona, J.J., Lamming, D.W., Souza-Pinto, N.C., Bohr, V.A., Rosenzweig, A., de Cabo R., Sauve A.A., Sinclair D.A., Cell (2007) 130, 1095-1107.
26. Imai, S., Armstrong, C.M., Kaeberlein, M., Guarente, L., Nature (2000) 403, 795–800.
27. Zhang, J., J. Biol. Chem. (2007) 282, 34356–34364.
28. Bordone, L., Motta, M.C., Picard, F., Robinson, A., Jhala, U.S., Apfeld, J., McDonagh, T., Lemieux, M., McBurney, M., Szilvasi, A., Easlon, E.J., Lin, S.J., Guarente, L., PLoS Biol. (2006) 4, e31.
29. Picard, F., Kurtev, M., Chung, N., Topark-Ngarm, A., Senawong, T., Machado De Oliveira, R., Leid, M., McBurney, M.W., Guarente, L., Nature (2004) 429, 771–776.
30. Blüher, M., Kahn, B.B., Kahn, C.R., Science (2003) 299, 572-574.
31. Herzig, S., Long, F., Jhala, U.S., Hedrick, S., Quinn, R., Bauer, A., Rudolph, D., Schutz, G., Yoon, C., Puigserver, P., Spiegelman, B., Montminy, M., Nature (2001) 413, 179–183.
32. Rodgers, J.T., Lerin, C., Haas, W., Gygi, S.P., Spiegelman, B.M., Puigserver, P., Nature (2005) 434, 113–118.
33. Salminena, A., Ojalaa, J., Huuskonen, J., Kauppinen, A., Suuronen, T., Kaarniranta, K., Cell. Mol. Life Sci. (2008) 65, 1049–1058.
34. McBurney, M.W., Yang, X., Jardine, K., Hixon, M., Boekelheide, K., Webb, J.R., Lansdorp, P.M., Lemieux, M., Mol. Cell. Biol. (2003) 23, 38–54.
35. Salih, D.A., Brunet, A., Curr. Opin. Cell. Biol. (2008) 20,126-136.
36. Maiese, K., Chong, Z.Z., Shang, Y.C. Trends Mol Med. (2008) 14, 219-227.
37. Han, M.K., Song, E.K., Guo, Y., Ou, X., Mantel, C., Broxmeyer, H.E., Cell Stem Cell (2008) 2, 241-251.
38. Hsu, C.P., Odewale, I., Alcendor, R.R., Sadoshima, J., Biol. Chem. (2008) 389, 221-231.
39. Liang, X.J., Finkel, T., Shen, D.W., Yin, J.J., Aszalos, A., Gottesman, M.M., Mol. Cancer Res. (2008) 6, 1499-1506.
40. Mantel, C., Broxmeyer, H.E., Curr. Opin. Hematol. (2008) 15, 326–331.
41. Prentice, A.M., Rayco-Solon, P., Moore, S.E.. Proc. Nutr. Soc. (2005) 64, 153-61.
42. Koulouridis, E. Pediatr. Endocrinol. Rev. (2004) 1, Suppl. 3, 438-442.

I – Mitohondrije, ROS, i oštećenje ćelija

Mitohondrije su glavni metabolički centri ljudskih ćelija, u kojima se proizvodi više od 90% energije koja je ljudskom telu potrebna za opstanak. Najveći deo ove prozivodnje se zasniva na procesu oksidativne fosforilacije, koja koristi multiproteinski transportni lanac elektrona da stvori H+ gradijent koji pokrece F1F0-ATPazu. (1)




Proces oksidativne fosforilacije, kao sto ime ukazuje, uključuje nekoliko redoks koraka, koji se završavaju sa dodavanjem elektrona atomu kiseonika, u reakciji koja proizvodi vodu kao nuzprodukt. Ovi redoks procesi su takođe izvor oko 90% ukupne količine reaktivnih kiseoničnih supstanci (reactive oxygen species, u daljem tekstu ROS). Procenjuje se da između 0.4% i 4% ukupne količine unetog kiseonika biva konvertovano u različite ROS; mada modernija merenja teže ka donjem delu ove skale, ovo je i dalje veoma velika količina. Najveći deo ovih jedinjenja biva proizveden kroz greške u transferu elektrona unutar kompleksa I (NADH dehidrogenaza) i kompleksa III (citohrom b-c1 kompleks). Nivo proizvodnje ROS dramatično raste u slučaju zastoja u transportnom lancu – tj. utoliko više ROS biva stvoreno ukoliko raste period vremena koji elektron provodi u okviru datog kompleksa. (2,3)



Visoka koncentracija ROS unutar mitohondrija izaziva veliku količinu štete njenim komponentama. Akumulacija oksidizovanih proteina i ostecenja mitohondrijalne DNK (mtDNK) je posebno toksična za ukupnu ćelijsku funkciju. Važnost ovih oštećenja se može lako uvideti kroz pogled na gomilu sistema za popravku i kontrolu štete koje ćelije proizvode, kao i kroz činjenicu da i do 50% ukupno proizvedene energije biva potrošeno na obnovu i zamenu mitohondrijalnih komponenti. Najveći deo oštećenih proteina biva uništen, uglavnom kroz delovanje Lon proteaze unutar mitohondrijske matrice, ili kroz sistem izvoza u citoplazmu, ubikvitinacije, i uništenja u proteazomu. (4)

Oštećenja mtDNK, iako nisu isključivo uzrokovana ROS (alkilativni toksini, na primer, deluju na mtDNA najmanje deset puta snažnije po baznom paru dužine nego na nuklearnu DNK), se gomilaju tokom životnog veka i pre ili kasnije proizvode značajne probleme u efikasnosti oksidativne fosforilacije. Ćelije se bore protiv ovoga kroz uvoz mnogih enzima za popravku DNK, pogotovo 8-oksoguanin DNK glikolijaze i uracil DNK glikolijaze. Vredi primetiti da su ovo specijalizovane verzije ovih enzima, ne proste kopije njihovih nuklearnih ortologa. (5,6)

Dodatni aspekt mitohondrijalne veze sa starenjem su njene druge funkcije, pored proizvodnje ATP. Mitohondrije su mesto proizvodnje raznih lipida, terpena (ukljucujuci tu i heme), i Fe-S klastera – delova koji su potrebni mnogim proteinima koji nisu u direktnoj vezi sa mitohondrijalnom funkcijom. U mnogim organizmima, moguće je veštački proizvesti mitohondrije koje više nisu u stanju da vrše oksidativnu fosforilaciju (na primer, kroz uklanjanje ili mutacije mtDNK); ali mutacije koje potpuno uklanjaju mitohondrije ili ometaju njihovu biogenezu su skoro uvek smrtonosne. (1,5)

Analize mitohondrijalnog aspekta bilo kog procesa se komplikuju zbog kompleksnosti interakcija između nuklearne i mitohondrijalne genetike. Na primer, proizvodnja i maturacija prvog dela kompleksa IV u gljivicama zahteva najmanje 18 nuklearnih gena, i mutacije u bilo kom od njih imaju efekt na ceo mitohondrijalni sistem. Vise desetina kontrolnih veza operiše između mitohondrija i nukleusa, uz dodatne komplikacije izazvane interakcijama sa drugim organelama (pogotovo endoplazmatičnim retikulumom). Kod ljudi, najmanje 800 nuklearnih gena proizvodi mitohondrijalne proteine, i jos najmanje 800 proizvodi proteine koji su periferalno povezani sa mitohondrijalnom funkcijom, biogenezom, degradacijom, i transportom. Analize ovog sistema otud predstavljaju pomalo zastrasujuci problem.

Ipak, nekoliko direktnih veza između mitohondrijalne funkcije i starenja je do danas čvrsto uspostavljeno. Prva je predložena još pre pedeset godina, kada je predložena hipoteza da ROS proizvodnja i njima uzrokovana oštećenja doprinose procesu starenja. (8) Ovo je ubrzo bilo praćeno dokazima da akumulacije mtDNK oštećenja blisko koreliraju sa starošću organizma, i da nekoliko mitohondrijalnih sistema za kontrolu kvaliteta polako propada kroz starenje. Ovi problemi će biti analizirani u sledećoj sekciji.

II – Mitohondrijalno starenje

Starenje utiče na mitohondrije na skoro svim nivoima. Problemi uključuju (ali nisu ograničeni na) sledeće stvari:

Smanjena efikasnost oksidativne fosforilacije. Elektronski transportni lanac pokazuje sve veće defekte, smanjujući ukupan protok i do 50% tokom zivotnog veka organizma. Zanimljivo je da se ovi defekti najviše dogadjaju u okviru kompleksa I i IV, dok kompleksi II i III ostaju većim delom neoštećeni. Na žalost, smanjeni transfer od strane kompleksa I je direktno povezan sa ogromnim porastom u generaciji ROS, sto dalje povećava oštećenja. (9,10)

Dodatni problem je što smanjenje efikasnosti transfera menja sposobnost mitohondrija da povećaju ATP proizvodnju u odgovor na povećanje potrebe za energijom. Dok ćelije mladih sisara mogu da skoro utrostruče energetsku proizvodnju u slučajevima potrebe, ćelije starijih sisara jedva mogu da je udvostruče – smanjenje adaptivne funkcije od preko 32%. Ovaj problem je najgori u hipokampalnim neuronima, gde pravilna funkcija u velikom nivou zavisi od ovog tipa metaboličke kontrole. (11)

[Hipokampalni neuroni – nervne ćelije unutar hipokampusa, dela mozga koji koordiniše stvaranje novih memorija. Smanjena funkcija hipokampusa ima ogroman uticaj na sposobnost pamćenja, kao što se vidi kod ljudi koji pate od Alchajmerove bolesti, u kojoj obično hipokampus najviše i najbrže strada.]

Ovi metabolički efekti utiču negativno na mnoge procese unutar ćelije, i mogu dovesti do veoma dramatičnih konsekvenci, pogotovo u slučajevima metaboličkog ili anoksičnog stresa. Na primer, popravka DNK oštećenja (pogotovo prelomi lanca, koji se dogadjaju usled udara rendgenskih zraka i kosmičke radijacije) kod eukariota zahteva aktivaciju enzima za depolimerizaciju hromatina, poli(ADP-riboza) polimeraze 1 (PARP-1). Aktivnost PARP-1 zavisi od NAD+ [nikotinamid adenosin dinukleotid, glavni primalac elektrona u masi biohemijskih reakcija], i u svojoj akciji on može da drastično smanji količinu NAD+ dostupnu ostalim ćelijskim procesima, što može da dovede do ćelijske smrti ako mitohondrije ne reaguju dovoljno brzo i obnove potrebne nivoe. Što je još gore, ako je mitohondrijalna reakcija dovoljno usporena, ćelija neće imati dovoljno NAD+ čak ni za apoptozu (kontrolisanu smrt), tako da će umreti nekrotički (kroz nekontrolisanu smrt, u kojoj se sadržaj ćelije izliva u okolno tkivo i oštećuje ga). Procenjeno je da ovi procesi izazivaju i do 40% smrti tkiva koja se desi u toku srčanih i moždanih udara. (12)

Noviji podaci pokazuju da električni potencijal mitohodrijalne membrane može biti umešan u kontrolu nekoliko različitih važnih funkcija (kao što je transport, funkcija koja je pogotovo važna u nervima). (13) Pošto smanjenje efikasnosti transfera elektrona proizvodi vidljivo smanjenje ovog potencijala, verovatno je da će mnoge dodatne negativne posledice biti otkrivene.

Akumulacija oksidizovanih proteina i unakrsno povezanih lipida. Veoma mali broj oksidativno oštećenih proteina se može popraviti, većina zahteva brzo i efikasno uništenje. Mitohondrije starih ćelija sadrže sve veću proporciju oštećenih i nefunkcionalnih proteina. Dugo se smatralo da je uzrok za ovo prosta akumulacija tokom vremena. Međutim, novija istraživanja pokazuju da je problem na strani sistema za odstranjivanje oštećenih proteina, kroz smanjenje efikasnosti interne i eksterne degradacije, kao i smanjenje efikasnosti izvoza oštećenih proteina. Specifično, aktivnost esencijalne mitohondrijske proteaze Lon opada polako tokom vremena; ovaj efekt nije produkt smanjenja proizvodnje, već neke vrste inhibicije ili inaktivacije. (14, 15)

Unakrsno povezani lipidi, koji predstavljaju skoro nerešiv problem za ćeliju, se akumuliraju tokom vremena u intracelularne naslage zvane lipofuscin. Skoro svo unakrsno vezivanje je rezultat ROS, pogotovo hidroksil radikala (OH*) koji se formiraju kroz Fenton reakciju između Fe(2+) jona i hidrogen peroksida koga oslobadja mitohondrijalna superoksid dismutaza. Hipoteza je da mitohondrijalna autofagija – proces kojim se uklanjaju veoma stare i oštećene mitohondrije – predstavlja trenutak u kome se stvara najveća količina lipofuscina. (16,17) Iako celularna toksičnost lipofuscina nije definitivno pokazana, ostaje činjenica da se ova vrsta akumulacije ne može beskrajno nastaviti bez negativnih efekata na ćelijske procese.

[@Sentient: Lipofuscin i ostale lipidne naslage su najveći problem za snove o besmrtnosti. Trenutno ne postoji čak ni teorijski pristup kako bi se ove naslage mogle očistiti iz ćelija. Šanse su da je lipofuscin retko direktno toksičan u nivoima u kojima se akumulira tokom normalnog ljudskog života, ali verovatno počinje da ometa funkciju u veoma starom dobu, a kod ljudi koji bi živeli 50% duže, došao bi do nivoa na kome bi sprečavao funkciju potpuno.]

Akumulacija oštećenja mtDNK. Interes na ovom polju je bio izazvan rasom (strain) miševa kod kojih je mutacijom uništena egzonukelazna aktivnost mitohondrijske DNK polimeraze gama. [Enzimi za kopiranje DNK obično imaju dve aktivnosti: polimerazu, koja kopira DNK, i egzonukleazu, koja secka kraj DNK i omogućava polimerazi da se vrati par koraka unazad i ispravi greške koje napravi. Bez egzonukleazne aktivnosti, DNK polimeraza će praviti hiljadama ili čak desetinama hiljada puta više grešaka nego što je normalno.] Miševi sa ovom mutacijom su starili mnogo brže, sa prosečnim (median) životnim vekom od 48 nedelja (u poređenju sa kontrolnim miševima koji žive dve godine); takođe, mnogi efekti starenja su se vrlo rano pojavili kod ovih miševa. (18) Dalja istraživanja su potvrdila da mitohondrije starijih organizama akumuliraju sve veću količinu mutacija, a pojedine od tih mutacija su povezane sa ranim starenjem kod ljudi. (19,20)

Međutim, bilo kakva direktna veza između ove akumulacije i starenja ostaje kontroverzna. Pitanje je takođe da li je veliki broj grešaka prosto produkt vremena, ili konsekvenca smanjenja sposobnosti za popravku oštećenja DNK. Podaci pokazuju veće nivoe 8-oksoguanina u mtDNK starih ljudi, ali ovo se može interpretirati na više načina. Jedna sigurna stvar je da se ovakva akumulacija ne može nastaviti beskonačno bez teških posledica po zdravlje ćelije.

III – Kalorijska restrikcija

Efekt produženja života kroz ograničenje ishrane je otkriven pre više od sedamdeset godina, i od tada je fokus intenzivnih istraživanja. Do današnjeg dana, restrikcija kalorija (CR) je, pored genetske manipulacije, jedini način za značajno produženje životnog veka sisara.

[Calorie restriction – smanjenje unosa hrane, tako da se unosi 15-30% manje kalorija nego sto se smatra normalnim. Ovo efektivno duplira životni vek svih životinja koje kratko žive. Za životinje dužeg životnog veka, još uvek nismo sigurni kakvi su efekti, pošto eksperimenti moraju po definiciji da traju decenijama, i još uvek su u toku. Neke naznake iz primene CR na majmunima ukazuju da efekti možda nece biti toliko značajni kod čoveka.]

U ovom periodu, predloženo je mnogo različitih hipoteza o mehanizmu CR efekta na životni vek. Neke rane teorije su bile veoma simplistične – “sporiji život troši manje životne snage”, i brzo su bile odbacene. Druge teorije, zasnovane na tada novim otkrićima iz fiziologije, su predložile ideju “hormeze”: da CR proizvodi konstantni stres niskog nivoa, koji izaziva aktivaciju sistema za odbranu, koji onda štite organizam od stvari koje bi ga inače polako oštećivale (i proizvodile starenje). (21) Neke teorije su uključivale mitohondrije: manje hrane bi trebalo da znači manje oksidativne fosforilacije, pa samim tim i manje produkcije ROS i manje celularnih oštećenja.

Sve ove hipoteze se danas mogu smatrati efektivno odbačenim zbog novijih podataka, mada neke (pogotovo hormeza) verovatno neće ubrzo iščeznuti. Eksperimenti su pokazali da se nivo oksidativne fosforilacije ne smanjuje kod CR organizama; naprotiv, kod organizama kod kojih se oksidativna fosforilacija može veštački ukloniti, to uklanjanje sprečava bilo kakve benefite CR. Takođe, nije nađen nikakav kvantitativni porast aktivnosti zaštitnih mehanizama u CR organizmima; naprotiv, pokazano je da CR ima neke vidljivo negativne posledice, npr. sporije zarastanje rana. (22)

Kalorijska restrikcija zaista smanjuje proizvodnju ROS i štetu koju ROS nanose ćeliji. Ovo se, međutim, ne dogadja zbog smanjenja dostupnosti energije, već zbog dva potpuno drugačija mehanizma. Prvi je povećanje mitohondrijalne biogeneze i aktivacije, što vodi do mnogo većeg broja prisutnih i operativnih mitohondrija po ćeliji. (23) Ovo daje dve prednosti: prvo, povećanje broja dostupnih lanaca za transport elektrona smanjuje verovatnoću zastoja u lancima i pogrešnih oksidativnih reakcija; takodje, ovo smanjuje gustinu aktivnih lanaca u bilo kojoj oblasti ćelije, smanjujući time i gustinu ROS oštećenja, što olakšava kontrolu i popravku štete.

Drugi mehanizam smanjenje ROS je prelaz sa metabolizma glukoze na metabolizam masnih kiselina. U toku CR, telo nije u stanju da održi normalne nivoe glukoze u krvi na osnovu unosa hrane. Da bi se održao minimalni nivo glukoze potreban za funkcionisanje mozga, većina tkiva prestaje da koristi glukozu i prelazi na manje efikasnu beta-oksidaciju masnih kiselina. Beta-oksidacija šalje elektrone u transportni lanac kroz FADH2 umesto NADH, zaobilazeći kompleks I transportnog lanca, i time preskačući jedno od dva glavna mesta na kojima se stvaraju ROS.

CR takođe menja aktivnost nekoliko sirtuina, proteina čija sa funkcijom deacetilaze/mono(ADP-ribozil)transferaze. Aktivacija sirtuina (koji su predmet sledeće sekcije ovog teksta) utiče na nekoliko različitih sistema za kontrolu štete i borbu protiv spoljnih iritanata, uključujući tu i direktno povećanje sinteze NAD+ u odgovor na metabolički stres, što može da spasi mnogo starijih ćelija od apoptoze i nekroze kroz dejstvo PARP-1. Ova promena aktivnosti sirtuina takođe, na još uvek nepoznat način, dovodi do povećanja mitohondrijalne biogeneze, što dodatno povećava beneficijalne posledice povećanja broja aktivnih mitohondrija u ćeliji.

Konačno, CR povećava efikasnost mitohondrijalnih sistema za kontrolu štete. Aktivnost Lon proteaze se, na primer, smanjuje mnogo sporije u toku životnog veka CR životinja nego u kod životinja koje nisu na CR režimu. Takođe, efikasnost proteinskog izvoza je povećana, a autofagija (uništenje mitohondrija) se dogadja na ranijem stadijumu štete, što možda sprečava akumulaciju zaista teško oštećenih supstanci. Precizni mehanizmi kroz koje se ove promene događaju nisu potpuno poznati, mada su aktivacija sirtuina i smanjena ROS šteta sigurno povezani sa njima.

IV – Sirtuini

Sirtuini su široka porodica enzima koji modifikuju protein, na čelu sa Sir2 i njegovim sisarskim ortologom SIRT1. Njihova aktivnost se bazira na deacetilaciji, koju izvode kroz neobičan mehanizam. Dok obične deacetilaze prosto hidrolizuju acetat sa ciljnog lizina, sirtuini zavise od NAD+, oslobadjajuci nikotinamid i O-acetil(ADP-ribozu) kao nuzprodukte. (26) SIRT1 je centralni deo mehanizma CR, što se najbolje vidi kroz dve činjenice: a) miševi kojima nedostaje SIRT1 gen ne dobijaju povećanje životnog veka u toku CR, i b) povećana ekspresija SIRT1 bez CR proizvodi iste efekte kao CR. Interakcije sirtuina sa CR su kompleksne, i utiču na više signalnih puteva.

Insulinsko signaliranje. Nakon vezivanja insulina, insulinski receptor vrši autofosforilaciju jednog od svojih tirozina, nakon čega počinje sa fosforilacijom nekoliko adapterskih proteina, uključujući IRS-1 i IRS-2. IRS proteini nose signal do dve kaskade kinaza, MAPK i 3-kinaza-Akt. Iako podaci još nisu potpuno jasni, izgleda da SIRT1 deacetilira IRS-2, delimično ometajući aktivaciju kaskade. (27)

U adipoznom [masnom] tkivu, SIRT1 inhibira PPAR-gama, što povećava lipolizu [razgradnju masnog tkiva]. Ista aktivnost vodi do povećane proizvodnje insulina od strane pankreatičnih beta-ćelija. (28,29). Ukupni efekt je povećanje metabolizma – efekt sličan onome viđenom u miševima kod kojih je insulinski receptor veštački ugašen u adopoznom tkivu, i kod kojih takođe dolazi do povećanja životnog veka. (30) Sirtuin otud kontroliše finu gradaciju insulinske signalne kaskade.

Kontrola balansa glikolize/glukoneogeneze. Insulinsko signaliranje je obično najsnažnija determinanta balansa između glikolize i glukoneogeneze u telu.

[Glikoliza: sagorevanje glukoze u ćelijama, iz čega se dobija energija potrebna za život; rad mozga zahteva određeni nivo glukoze u krvi. Glukoneogeneza: sinteza glukoze u ćelijama, radi kontrole nivoa glukoze u krvi, ili za sakupljanje energetskih rezervi.]

Pored direktnog uticaja na insulinsku signalnu kaskadu, SIRT1 modifikuje nivoe ključnih (rate-limiting) enzima uključenih u kontrolu homeostaze glukoze i lipida, speficično inhibirajući glikolizu i ojačavajući glukoneogenezu. (31, 32)

Modulacija imunog sistema. “Glavni prekidač” pasivnog imunog sistema je NF-kapaB, protein sa poznatim efektima na životni vek. Kroz proces koji se ponekad naziva “inflamm-aging” (doslovno: zapalj-starenje, tj. starenje kroz hronična zapaljenja), u telu dolazi do akumulacije memorijskih i effektor T-ćelija, dok produkcija antitela i broj “naivnih” T-ćelija opadaju. Ovo smanjenje repertoara T-ćelija je povezano sa dugoročnom NF-kapaB aktivnošću, hroničnim procesima zapaljenja, i prevelikom stimulacijom pasivnog imunog sistema.

SIRT1 deacetilira NF-kapaB direktno, što vodi do smanjenja njegove aktivnosti. Takodje, SIRT1 aktivira nekoliko forkhead (FoxO) faktora, sisarskih homologa daf-16 gena za koga je pokazano da drastično povećava životni vek nematode Caenorhabditis elegans. FoxO faktori takodje deluju kao inhibitori NF-kapaB aktivnosti, dajući SIRT1 dvostruki način kontrole imunog sistema. (33) Drugi podaci pokazuju, za sada nejasnu, vezu SIRT1 i kontrole balansa aktivnih limfocita. (34)

FoxO faktori su takodje duboko povezani sa regulacijom supresije tumora, i metaboličkom kontrolom. Jedan deo povećanja glukoneogeneze, kao i povećanje nivoa autofagije je verovatno direktno uzrokovan sirtuinskom aktivacijom različitih FoxO proteina. Otud, veza između sirtuina i FoxO faktora – čija analiza daleko prevazilazi opseg ovog teksta – ima kompleksne efekte koji se mogu uklopiti u sve gorenavedene kategorije. (35,36)

Drugi efekti. Sirtuini su trenutno uzbudljiva tema, koja je dovela do zbrzane i haotične mase publikacija na temu tokom nekoliko zadnjih godina. Kontradiktorni podaci dobijeni u različitim studijama i specijalizovane ćelijske linije korišćene u mnogim bitnim eksperimentima sprečavaju jednostavno objašnjenje ukupnog sirtuinskog dejstva. Nekoliko mogućnosti ipak treba pomenuti u kontekstu starenja.
SIRT1 i SIRT3 utiču na procese apoptoze, uglavnom kroz manipulaciju (deacetilaciju) faktora p53, koji time biva usmeren ka mitohondrijalnoj pre nego ka nuklearnoj translokacij. (37) Pokazano je da povećana proizvodnja SIRT1 u srčanom mišiću dovodi do povećanja životnog veka srčanog organa, i da štiti srce od mnogih tipova oštećenja, prevashodno ROS štetu. (38) S druge strane, pokazano je SIRT1 smanjuje osetljivost ćelija raka na mnoge terapije – mada se ovo može uzeti kao još jedno merilo zaštite DNK. (39) SIRT1 signaliranje je takođe implicirano u održavanju stem ćelija i kontroli procesa diferencijacije, uglavnom kroz već pomenuti uticaj na NF-kapaB aktivnost. (40)

VI- Zaključak

Malo je verovatno da će konačna slika biti jednostavna, ali je sada sigurno da će svako konačno objašnjenje CR fenomena morati da bude čvrsto vezano za sirtuine. Pitanje ostaje da li ova familija proteina može biti dobra meta za farmakološke intervencije. Ovo izgleda sumnjivo u svetlu prethodniih pokušaja da se genetski “veliki prekidači“ kontrolišu kroz lekove.

[Do sada, koliko mi je poznato, niko nije uspeo da lekovima uspešno kontroliše genetske kontrolere na istoj visini sirtuina; ili, u stvari, nekoliko nivoa ispod. Tačnije rečeno, mnogi su uspeli da proizvedu supstance koje imaju uticaj – ali upravo zato što ovi genetski prekidači utiču na tako veliki broj gena, svaka terapija koja njih manipuliše ima i jako mnogo nuzefekata, od kojih su mnogi veoma ozbiljni. Iz ovog razloga, farmakolozi ostaju sumnjičavi po pitanju sirtiuna. Čak i u okviru relativno uskog polja gerontologije, ovde je bilo ranijih neuspeha; jedan veliki je bio beta-karoten, koga su podržavala sva istraživanja u životinjama, ali su efekti bili u stvari blago negativni kod ljudi.]

Ali postoje dva razloga za nadu.

Prvi je praktičan: resveratrol, jedinjenje koje se nalazi u nekim vrstama hrane i pića (prevashodno u crvenom vinu), deluje kao aktivator sirtuina i proizvodi efekte slične CR. Mada je sam resveratrol suviše farmakološki nepodoban (slabo se resorbuje, i brzo biva uklonjen iz krvi, tako da zaista veliki efekti ne bivaju postignuti), nekoliko hemijski izmenjenih analoga se nalazi u procesu razvoja. Najmanje dva su trenutno u kliničkim istraživanjima, korak ili dva do izlaska na tržište, gde će se u dugoročnoj upotrebi među veliki brojem ljudi videti da li su i koliko efekti pozitivni. U svakom slučaju, rezultati (pozitivni ili negativni) će nam omogućiti da bolje razumemo funkciju sirtuina u CR.

Drugi razlog je glavna hipoteza o prirodi insulinske otpornosti. Ideja je da su naši evolucioni preci živeli milionima godina kao lovci-skupljači, i u toku života bivali izloženi ciklusima bogate i lako dostupne hrane (“gozba”) praćene periodima gladi. Naš metabolički sistem je evoluirao da maksimizuje pozitivne aspekte ovakvog života, kroz rapidno skladištenje viška kalorija u periodima “gozbe”, i sporijim trošenjem energije u periodima gladi. (41, 42) [Ovaj model je, inače, nastao kao objašnjenje fiziologije koja se vidi u toku dijete, i objašnjava zašto dijete retko uspešno vode do dugoročnog gubitka telesne težine.] Ako se ova hipoteza pokaže tačnom, moguće je da sirtuini deluju kao kontrolni prekidači između ova dva fiziološka stanja. U tom slučaju, manipulacija sirtuinima bi bila ekvivalentna životnim situacijama u kojima su se naši preci često nalazili, i manje bi bilo verovatno da njena upotreba vodi do preterano teških nuzefekata.

Konačno, čak i ako sirtuini budu neuspešne terapeutske mete, otkriće njihove umešanosti u CR procese je već dovelo do elucidacije mnogih nižih mehanizama. Svaki od ovih mehanizama (FoxO faktori su odličan primer) daju niz novih terapeutskih meta sa mnogo užim obimom mogućih efekata i nuzefekata.

The End.

Pitanja, komentari, apsolutna tisina i nezainteresovanost....?

endonuclease:

[@Sentient: Lipofuscin i ostale lipidne naslage su najveći problem za snove o besmrtnosti. Trenutno ne postoji čak ni teorijski pristup kako bi se ove naslage mogle očistiti iz ćelija. Šanse su da je lipofuscin retko direktno toksičan u nivoima u kojima se akumulira tokom normalnog ljudskog života, ali verovatno počinje da ometa funkciju u veoma starom dobu, a kod ljudi koji bi živeli 50% duže, došao bi do nivoa na kome bi sprečavao funkciju potpuno.]

Kliknite za proširenje...

Nedvosmisleno je dokazano da dugotrajno uzimanje visokih koncentracija vitamina C i E dovodi do smanjenog nagomilavanja lipofuscina u nervnim celijama zglavkara ( 1 ). Da li je ovo potvrdjeno za ljude ?

Smanjeno nagomilavanje lipofuscina je jedan od efekata ALCAR koji se istrazuje kao tretman za Alchajmer-a. ( 2 )

I mozda jos neke hemikalije npr spermine ( sprecava akumulaciju gvozdja i smanjuje akumulaciju lipofuscina u kultivisannim celijama miokarda ) ( 3 ).

Pitanje: Resveratrol + vitamini C i E u velikim konc. + ev. ALCAR ?

Sentient:

Pitanje: Resveratrol + vitamini C i E u velikim konc. + ev. ALCAR ?

Kliknite za proširenje...

Resveratrol sam po sebi ne vredi mnogo. Kako ce se pokazati analozi, videcemo.

Vitamin C u velikim kolicinama je prilicno kontroverzna stvar. Ja sam licno na strani onih koji zastupaju da je u pitanju budalastina koja opstaje zbog snage Polingovog imena. Verovatno se mogu dobiti mali pozitivni efekti ako se doze uzimaju pazljivo i redovno (tj. ako se odrzava nivo vitamina u krvi, za sta je potrebno uzimanje tablete nekoliko puta na dan), ali licno ne mislim da je ovo vredno ulaganja.

Vitamin E je takodje kontroverzan. S jedne strane, u zivotinjskim modelima pokazuje poboljsanje zivotnog veka u poredjenju sa zivotinjama na standardnoj ishrani koja se daje u laboratoriji. Dodatni problem predstavlja sto se vecina istrazivanja vrsi kroz dodavanje alfa-tokoferola specificno. Jos veci je sto prakticno sve vrste suplementacije vitamina E zavise od sintetickih oblika, koji ukljucuju racemicnu mesavinu - za koju puni efekti nisu poznati.

Meta-analize studija u kojima su ljudi uzimali velike doze vitamina E imaju povecanu smrtnost, i to za 4% - ogroman broj, uporediv sa mnogim hronicnim oboljenjima. Niko nije siguran zasto, ali vitamin E je signalna supstanca, a dugorocno remecenje celularnih signalnih sistema je retko kada dobra ideja.

Konacno, i studije u zivotinjama koje pokazuju pozitivne efekte suplementacije vitamina E takodje pokazuju jos bolje efekte kada se jedehrana bogata vitaminom E, ne kada se prosto uzimaju velike doze samog vitamina. Ovo verovatno ima veze sa gama-tokoferolom, i preskakanjem neprirodnih kiralnih oblika alfa-tokoferola.

ALCAR je besmislica, pokusaj da se spase ideja koja je (iz dobrih razloga) lepo izgledala u zivotinjskim modelima. Opet, javlja se problem: ono sto poboljsava zivot zivotinje u laboratoriji (u kavezu, sa staticnom ishranom, slabom fizickom aktivnoscu i malom sansom za mentalnu aktivnost) ce mozda biti dobro za neke ljude, ali verovatno nece imati neki spektakularan efekt na vecinu ljudi (niti na zivotinje u prirodi).

Spermin ima zanimljivu teoretsku osnovu za dejstvo: uklanjanjem Fe(2+) iz opticaja, pogotovo nakon autofagije peroksizoma i mitohondrija, sprecava se Fenton reakcija i proizvodnja hidroksil radikala, koji su odgovorni za najtoksicnije ROS nuzprodukte, unakrsne perokside masnih kiselina (pogotovo u mozgu, koji sadrzi mnogo veci procenat nezasicenih masnih kiselina, koje su osetljive prema peroksidaciji).

Tako da, sa teoretske tacke gledista, ovo vredi istrazivati. Ali ovo je daleko od neke prakse. Sam spermin i njemu slicne supstance imaju toksicnost koja je par redova velicine veca od njihovog pozitivnog efekta, tako da ne ulaze u opticaj cak ni za testove u zivotinjskim modelima (sve se radi u tkivnoj kulturi). Ali postoji prilicno dobra terapija zasnovana na ovom principu: desferrioksamin, koji se prodaje pod imenom Desferol (kao terapija za talasemiju, mada je uzurpovan kao terapija za usporenje Alchajmerove bolesti).

Problem: teski nuzefekti. Bilo sta sto deluje na gvozdje neselektivno ce proizvesti ogromnu kolicinu problema, medju kojima je i neurodegeneracija odredjenih populacija neurona (pogotovo u ocima) - seti se, ti ne mozes ograniciti efekt samo na lipofuscin, vec ces ugroziti sve enzime koji zavise od gvozdja, ukljucujuci tu i kriticne Fe-S klaster enzime. Desferol je veoma kontroverzan cak i kod ljudi koji nemaju mnogo da izgube: pitanje je da li je usporenje Alchajmera vredno gubitka vida i drugih veoma nezgodnih poremecaja koji se ubrzo pojave.

Konacno i sveobuhvatno, seti se da lipofuscin nije neophodno problematican. Da, akumulacija lipofuscina se dogadja u toku starenja organizma, i da, ne moze da se nastavi beskrajno - ali ovo je daleko od naseg najveceg problema. Kao mali primer, najvece naslage lipofuscina imas u delu korena mozga poznat kao inferior olivary nucleus. Taj nukleus ne gubi funkciju prakticno uopste cak ni u zadnjim stadijumima Alchajmera. Isto tako, mnogi neurodegenerativni procesi povezani sa starenjem nemaju nikakvu korelaciju sa lipofuscinom...

Za sve prethodno, otud, poenta je da je bolje jesti balansiranu ishranu sa mnogo voca i povrca, povremeno sa casom crvenog vina, a da se ne isplati uopste uzimati velike doze bilo cega (pogotovo ne vitamina E).

To je ono sto istrazivanja za sada nedvosmisleno pokazuju: pravilna ishrana, mnogo voca i povrca, dobra fizicka aktivnost...

Jedini suplementi koje vredi uzimati su povremeno multivitamin (ne svakodnevno, samo ponekad da budes siguran da si "zaokruzio" ishranu) i mozda povremeno dodatni niacin (vitamin B3). Niacin samo zato sto su periferijska tkiva (pogotovo koza) u stalnoj potrebi za NAD+, koji se sintetise iz niacina.

[Kozmeticka kompanija Olay pravi silan novac svojom "Regenerist" serijom kremova za kozu. Ovi kremovi zaista deluju bolje od bilo cega drugog na trzistu: obnavljaju kozu i popravljaju mnoge oblike ostecenja. Ali u principu, znas sta je Regenerist? Krem sa nikotinamidom, prekursorom NAD+ - svi ostali sastojci su sporedni. Nedavno, tim istrazivaca ovde na UofA je razvio krem zasnovan na niacin miristil estru, koji fantasticno oporavlja kozu - nadam se da ce ovo uskoro stici na trziste.

Niacin je takodje kljucna stvar u kontroli holesterola - velike doze niacina su mnogo efektivnije od statina, u stvari. Problem je doza: potrebna je velika doza niacina da bi se smanjio nivo holesterola, sto proizvodi veoma neprijatan nuzefekt: crvenilo koze, vrucinu, i tesko znojenje...svaki dan dvaput, po tri sata, tokom prvih mesec dana terapije. Statini, kao sto je Lipitor, su razvijeni da bi se ovi nuzefekti sprecili, posto su ljudi prosto prestajali da uzimaju niacin.]

Mozda jos kalcijum, oko pola grama dnevno dodatno za muskarce. Za zene, obavezno kalcijum, bar gram i po dnevno dodatno uz ishranu.

To bi bilo sve za sta sada znamo da radi i da vredi ulozenog novca i napora. Sve ostalo su prazne price, sheme za pljackanje naivnih, i (u najboljem slucaju) terapije koje obecavaju da ce njihova deseta generacija, nekada u buducnosti, imati pozeljne efekte na starenje.

Moje iskustvo govori da je svaki efekat supstance koje unosimo hranom dozozavisan.
Iz ovoga se moze zakljuciti da recept za dug i zdrav zivot, lezi u odrzavanju neophodnig balansa organskih i neorganskih materija.

biogn:

Moje iskustvo govori da je svaki efekat supstance koje unosimo hranom dozozavisan.
Iz ovoga se moze zakljuciti da recept za dug i zdrav zivot, lezi u odrzavanju neophodnig balansa organskih i neorganskih materija.

Kliknite za proširenje...

Tri godine ne jedem meso. Hranim se najviše voćem i povrće, zatim mlijekom i mliječnim prerađevinama, ređe ribom. Zdravstveno se odlično osjećam iako mnogi sumnjičavo vrte glavom, smatrajući da ću tako nastradati. Mislim da ovo nije off topic, pa tražim vaše komentare.

biogn:

Moje iskustvo govori da je svaki efekat supstance koje unosimo hranom dozozavisan.

Kliknite za proširenje...

Zavisi od supstance. Za mnoge, recimo, postoji adaptacija unosa - tvoje telo nece uzeti u sebe vise nego sto mu treba. Takodje, veca doza nije uvek pozeljna stvar, cesto je veoma nepozeljna.

biogn:

Iz ovoga se moze zakljuciti da recept za dug i zdrav zivot, lezi u odrzavanju neophodnig balansa organskih i neorganskih materija.

Kliknite za proširenje...

?

Podela na organske i neorganske materije je arbitrarna, i izmedju njih ne postoji nikakav balans koji bi se mogao - ili koga treba - odrzavati.

Da li je fosfat (bez koga si mrtav, veoma brzo) organska ili neorganska materija (ili postaje organski kada se zakaci za ATP, ali neorganski kada se otkaci)? Da li mozes nedostatak vitamina C nadoknaditi tako sto uzimas druge organske materije? Ili nedostatak gvozdja (koje je, valjda, neorgansko?) nadoknaditi povecanjem unosa kobalta, eda bi ocuvao balans organskog i neorganskog?

Ljudskom telu su potrebne odredjene supstance, i svaku od tih supstanci nezavisno od svih drugih mora da unese u dovoljnoj kolicini, a neke od njih ne sme da uzme u preteranoj kolicini.

Ma kakav bio tvoj balans "organskih" i "neorganskih" materija, ako ne uneses dovoljno vitamina D, imaces ogromne zdravstvene probleme. Ako uneses suvise, ostetices jetru ili ces umreti (zavisi od doze).

ristob:

Tri godine ne jedem meso. Hranim se najviše voćem i povrće, zatim mlijekom i mliječnim prerađevinama, ređe ribom. Zdravstveno se odlično osjećam iako mnogi sumnjičavo vrte glavom, smatrajući da ću tako nastradati. Mislim da ovo nije off topic, pa tražim vaše komentare.

Kliknite za proširenje...

To je veoma dobra ishrana, sa pozitivnim dugorocnim efektima na zivotni vek.

Treba paziti na balans esencijalnih amino-kiselina, sto se najlakse radi kroz raznovrsnost ishrane (recimo, ishrana koja redovno sadrzi pasulj i kukuruz je dovoljna da prevazidje ovaj problem). Takodje, ribu vredi jesti bar jednom nedeljno, zbog omega-3 nezasicenih kiselina (u slucaju potpunog vegetarijanizma, treba jesti hranu bogatu ovim uljima, npr. mleveno laneno seme).

Ali ovo je jedan od najzdravijih nacina ishrane, daleko bolji od ishrane bogate mesom. Pogotovo je dobro za zdravlje srca i kardiovaskularnog sistema.

Ali ne treba prenebrezati fizicku vezbu - bar tri puta nedeljno treba vezbati do zadihanosti, znoja, i ubrzanog rada srca; po mogucstvu, pola sata svaki dan.

endonuclease:

Zavisi od supstance. Za mnoge, recimo, postoji adaptacija unosa - tvoje telo nece uzeti u sebe vise nego sto mu treba. Takodje, veca doza nije uvek pozeljna stvar, cesto je veoma nepozeljna.

Ma kakav bio tvoj balans "organskih" i "neorganskih" materija, ako ne uneses dovoljno vitamina D, imaces ogromne zdravstvene probleme. Ako uneses suvise, ostetices jetru ili ces umreti (zavisi od doze).

Kliknite za proširenje...

U cemu je problem?
Ni previse, ni premalo. Zar to nije odrzavanje nekog balansa. Ja nigde nisam pominjao supstitucije jedne komponente drugom, bez obzira na njeno poreklo.

Efekti neke supstance koji mogu biti stetni ili korisni zavise od doze.

Kolko sam ja razumeo temu, za sada ne možemo nekome produžiti život, a da ga pritom ne ubijemo, ali crno vino uvek dobro dođe?

@endonuclease

Kako problem starenja resavaju bakterije koje se razmnozavaju deobom? Razblaze nagomilani otpad pa teraju dalje do nove deobe? Ili je nekakav drugaciji mehanizam u pitanju?

Zazijavalo:

Kako problem starenja resavaju bakterije koje se razmnozavaju deobom? Razblaze nagomilani otpad pa teraju dalje do nove deobe? Ili je nekakav drugaciji mehanizam u pitanju?

Kliknite za proširenje...

Na vise nacina, osnovni od kojih su:

- prvo, njihovi genetski sistemi su daleko jednostavniji, tako da ima manje prilika za akumulaciju gresaka.

- drugo, brzina selekcije je mnogo veca. U svetu mikroorganizama, malecne razlike u sposobnosti za prezivljavanje odredjuju ko ce preziveti. Drugim recima, nema citave price o gradnji kompleksnog tela koje onda mora da proizvede mladunce - prosto sto brze mozes proizvedes deset hiljada mladunaca (tacnije, kopija sebe), pa ako od njih sto prezivi, dobro si prosao.

- tzv. horizontalni transfer. Ako mutacije ostete bakteriju, ona je gotova odmah. Ako razviju nesto dobro, medjutim, ona preuzima veliki deo populacije svoje vrste - ali ce se taj gen lako preneti i u druge vrste. Tako geni za otpornost prema antibioticima, recimo, skakucu iz vrste u vrstu bakterija u bolnicama.

Red, red wine
It`s up to you