редуктаза

  • предметів
  • реферат
  • вступ
  • результат
  • Надмірна експресія CYB5R продовжує життєздатність, виживаність та покращує метаболізм ліпідів у мух
  • Миші CYB5R3-Tg мали тривалий термін життя і зміну складу тіла
  • Енергетичний баланс та фізична підготовленість мишей CYB5R3-Tg
  • Мікрочіп печінки та захист від запалення, окисного стресу та раку
  • Вплив надмірної експресії CYB5R3 на знежирення та подовження жирових ацильних ланцюгів печінки
  • Ефективність мітохондрій покращується в печінці CYB5R3-Tg
  • обговорення
  • Додаткова інформація
  • Документи Word
  • Додаткова інформація
  • Файли зображень
  • Додаткове зображення S1
  • Додаткове зображення S2
  • Додаткове зображення S3
  • Додаткове зображення S4
  • Додаткове зображення S5
  • Додаткове зображення S6

предметів

реферат

Вивчення метаболічних параметрів, пов’язаних із збільшенням рівня здоров’я, дає можливість отримати нові уявлення про молекулярні мережі, які контролюють та затримують вікові патологічні дані. Антиоксидантні властивості проти виживання були продемонстровані на декількох моделях захворювань, хоча дотепер лише кілька втручань з антиоксидантами успішно продовжили життя. 1, 2 Обмеження калорій (CR) є найефективнішим генетичним втручанням для затримки старіння та вікових захворювань та для встановлення ефективного антиоксидантного захисту. 3, 4 Значення цих переваг для здоров’я може певною мірою залежати від індукції цитохрому b5 редуктази 3 (CYB5R3) 5, 6, оскільки надмірна експресія ортолога CYB5R3 ортолога NQR1 збільшує хронологічну та реплікативну життєздатність у S accharomyces cerevisiae ., 7

Редуктази цитохрому b5 - це група флавопротеїдів, які каталізують відновлення коферменту Q та цитохрому b5 за допомогою NADH як донора електрона в одній реакції переносу електрона. 8 Ця родина складається лише з одного члена Drosophila melanogaster (CYB5R) та чотирьох представників ссавців, відомих як CYB5R1-4. Ці білки виявляють антиоксидантні властивості, про що свідчить збільшення зниженого вмісту коферменту Q, пов’язаного з окисленням NADH. 8 Зниження рівня цитохрому b5 виражається у багатьох субклітинних компартментах, включаючи ендоплазматичну сітку, зовнішню мембрану мітохондрій та плазматичну мембрану для контролю окисно-відновного стану клітин. 5 CYB5R бере участь у різних метаболічних перетвореннях, включаючи подовження та знежирення жирних кислот, біосинтез холестерину та монооксигенацію, опосередковану цитохромом P450, і є головним антиоксидантом у відповідь на дефіцит вітаміну Е.9 Посилене окислення NADH CYB5R пов’язане з активацією гістону N +, 10, 11, і тому CYB5R може відігравати важливу роль у регуляції метаболічних шляхів, пов'язаних зі здоров'ям та старінням. 12

Щоб отримати нові уявлення про фізіологічну роль CYB5R в контексті метаболізму та старіння, ми створили трансгенну лінію миші, яка надмірно експресує ген CYB5R3 щура (CYB5R3-Tg) у фоновому режимі C57BL/6J, і створили D. melanogaster, що надмірно експресує дрозофілу CYBR. -OE). Було виявлено, що обидві експериментальні моделі живуть довше, ніж їх аналоги дикого типу, і зменшення мишей CYB5R3-Tg показало зниження навантаження на пухлину через канцерогенез, спричинений N-діетнілітрозаміном (DEN). Подальші експерименти продемонстрували позитивні ефекти надмірної експресії CYB5R3 на функцію мітохондрій та покращили антиоксидантний захист, одночасно зменшуючи окислювальну шкоду. Загалом, ці висновки мають наслідки для подальшого розвитку втручань, зосереджених на функції CYB5R як регулятора метаболізму та вікових патологій.

результат

Надмірна експресія CYB5R продовжує життєздатність, виживаність та покращує метаболізм ліпідів у мух

Плейотропні ефекти надмірної експресії CYB5R у мух. a ) Крива виживання Каплана-Мейєра у мух CYB5R-OE та CT: самці, n = 120–190 на групу (верхня панель) та самки, n = 120–220 на групу (нижня панель). Збільшення максимальної тривалості життя у мух CYB5R-OE на 20% було значним у чоловіків (χ 2 = 36, 77) та самок (χ 2 = 22, 32) при P 2 = 12, 7) та у жінок (P = 0,04, x 2 = 4, 2) мухи CYB5R-OE. ( i, j ) Криві виживання Каплана-Мейєра чоловічої статі CYB5R-CT ( i ) та CYB5R-OE ( j ), оброблені без і зі 100 мкМ THII. k ) колонки відображають середню ± середню середню тривалість життя чоловіків. * P 16 Тут лікування THII (100 мкм) ефективно сприяло збільшенню середньої тривалості життя мух CT та CYB5R-OE у чоловіків (рис. 1i-k). Тест логарифмічного рейтингу показав, що у CYB5R-OE спостерігалось 8,95% збільшення виживання на 20% (P = 0, 000629, x 2 = 11, 7) та 7,38% збільшення на 10% виживання (P = 0,016, x 2 = 5, 8). мухи, оброблені THII, проти транспортного засобу. Навпаки, лікування THII не збільшило термін життя мух КТ (P = 0,122 для 20% виживання та P = 0,178 для 10% виживання).

CYB5R бере участь у різних метаболічних перетвореннях, включаючи десатурацію та подовження жирних кислот. 17 Поліненасичені жирні кислоти збільшують плинність клітинних мембран і продовжують життя. 18 Роль CYB5R у ліпідному обміні досліджували, оцінюючи довжину та ступінь насичення ліпідних ацильних ланцюгів. У порівнянні з контрольними мухами, як у самців, так і у самок мух CYB5R-OE спостерігався знижений рівень коротколанцюгових жирних кислот, але більш високий рівень відносно довголанцюгових жирних кислот (рисунок 11; додатковий малюнок S1D). Подальший аналіз показав нижчі концентрації коротколанцюгових ненасичених жирних кислот і більшу кількість довших ненасичених жирних ацильних ланцюгів у чоловіків CYB5R-OE (малюнок 1м) і жінок (додатковий малюнок S1E). Зміни в ступені десатурації жирних кислот у чоловічих і жіночих мух показані на додаткових малюнках S1F, G.

Миші CYB5R3-Tg мали тривалий термін життя і зміну складу тіла

Покращений метаболічний гомеостаз у мишей CYB5R3-Tg. ( a ) Крива виживання Каплана-Мейєра для мишей CYB5R3-Tg (n = 69) та Wt (n = 64). Подовження на 20% максимальної тривалості життя у мишей CYB5R3-Tg було значним (P = 0,0088, двосторонній t-тест). ( b ) Криві виживання Каплана-Мейєра мишей-самців, яких годували SD лише (n = 14) або доповнювали (n = 16) 2,7 мг THII на кг маси тіла. Стрілка через 113 тижнів вказує вік, з якого розпочато лікування THII. ( c ) Відносна величина експресії транскрипту Cyb5r3, визначена мікроаналізом РНК, виділеної з нирок, печінки та скелетних м’язів мишей, що годували TFII, порівняно з контрольними тваринами, n = 4 на групу. ** P 1 в мас.% Проти CYB5R3-Tg, P = 0,064; Малюнок 21), тоді як циркуляція інсуліну була значно нижчою у мишей CYB5R3-Tg натще (на малюнку 2м), що перетворилося на значно нижчий індекс HOMA-IR у мишей CYB5R3-Tg порівняно з Wt (рис. 2n). Подібно до годівлі SD, миші CYB5R3-Tg, яких годували HFD, демонстрували підвищену чутливість до інсуліну та покращену глюкорегуляцію (додатковий малюнок S2H - J).

Через шістнадцять тижнів після дієти із СД мишей поміщали в окремі метаболічні камери, щоб дати оцінки витрат енергії під час голодування та годування. Як і слід було очікувати, миші CYB5R3-Tg, які є товстішими, ніж контролі Wt (див. Вище), споживали менше кисню на грам маси тіла (рис. 20), що відповідає встановленому факту, що жир менш метаболічно активний, ніж худорляві тканини. Значне збільшення коефіцієнта дихального обміну у мишей CYB5R3-Tg показало переважне використання вуглеводів для задоволення їх енергетичних потреб (рис. 2р). Спонтанне пересування було подібним у двох груп мишей на SD (додатковий малюнок S2K), а загальна витривалість, як оцінювали за допомогою тесту rotarod, не показала різниці між мишами на SD (малюнок 2q) або HFD (додаткове зображення S2L). Вимірювання температури ядра тіла та інтеркапсул також не показало суттєвих відмінностей між мишами Wt та CYB5R3-Tg, які отримували натщесерце, глюкозу натщесерце або глюкозу пероральним введенням глюкози (1,5 г кг-1 маси тіла; додатковий малюнок S2M-O). Загалом, ці результати дозволяють припустити, що продовження життєздатності мишей CYB5R3-Tg корелювало з поліпшеним контролем гомеостазу ліпідів та глюкози.

Мікрочіп печінки та захист від запалення, окисного стресу та раку

Аналіз основних компонентів виявив чіткий вплив надмірної експресії CYB5R3 та дієти на транскрипційні профілі печінки (рис. 3а). Аналіз теплової карти показав велику диференціальну експресію транскрипції між печінкою CYB5R3 та Wt незалежно від дієти (рис. 3b). Напівподібна кіназа 3 (Plk3), яка кодує білок, індукований цитокінами, який бере участь у регуляції прогресування клітинного циклу та пухлинному розвитку, була найвищою зниженою транскрипцією в печінці мишей CYB5R3-Tg, які отримували SD. Параметричний аналіз збагачення наборів генів виявив порушення декількох функціональних шляхів у відповідь на надмірну експресію CYB5R3 (рис. 3в). Біосинтез ліпідів, функція мітохондрій та контроль клітинного циклу були між ними

200 наборів генів суттєво вплинули на попарне порівняння CYB5R3-Tg: Wt (рисунок 3d; Додаткова таблиця S2). Міцна CYB5R3-індукована експресія транскриптів, пов'язаних з реакціями на ксенобіотики та запалення (наприклад, білки цитохрому P450), та аеробні дихальні шляхи (наприклад, біосинтез коферменту Q та окисне фосфорилювання (додаткова фігура S3, 4)) є запальним фактором 1. та N65- pB-субодиниця p65 (Rela) була значно знижена серед транскриптів РНК-повідомлень у CYB5R3-Tg порівняно з Wt печінки (рис. 3е), а також рівні фосфоактивних форм NFkB (pNFKB) та STAT3 (pSTAT3) (рис. 3f, g ).

Ефективність мітохондрій покращується в печінці CYB5R3-Tg

Підсумовуючи, це міжвидове дослідження разом із попереднім звітом щодо дріжджів вказує на те, що CYB5R є важливим і збереженим модулятором шляхів, пов’язаних із охороною здоров’я, завдяки вдосконаленому контролю енергетичного гомеостазу та біоенергетичної ефективності мітохондрій. Ми продемонстрували, що надмірна експресія CYB5R3 також забезпечує частковий захист від раку печінки, викликаного ксенобіотиками, у лабораторних мишей. Отримані нами результати вимагають розробки нових стратегій, спрямованих на орієнтування на CYB5R для регуляції метаболізму та лікування вікових патологій.