Akut és krónikus stressz molekuláris / sejtes hatása – Anyagcsere és élettartam II.

1. Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetéseaz Európai Unió új társadalmi kihívásainaka Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011

2. Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetéseaz Európai Unió új társadalmi kihívásainaka Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen Azonosító szám: TÁMOP-4.1.2-08/1/A-2009-0011 Kvell Krisztián A Gerontológia Molekuláris és Klinikai Alapjai – 28. előadás Akut és krónikus stressz molekuláris / sejtes hatása –Anyagcsere és élettartam II.

3. Kalóriamegvonás növeli az élettartamot 1.60 y = -0.0083x + 1.8321 r2 = 0.9593 P < 0.000 1.50 1.40 Túlélésnövekedésekontrollállatokhozképest 1.30 1.20 1.10 1.00 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Energia-bevitelkontrollállatokhozképest (%)

4. Élettartaméskalóriamegvonás (CR) Nincs-CR 100 25% CR 55% CR 75 65% CR Túlélés(%) 50 25 0 0 10 20 30 40 50 60 Életkor(hónapok)

5. Kalóriamegvonásnöveliazélettartamot • A 30-50%-os kalóriamegvonás növeli az átlagos és maximális élettartamot • Csökkenti a daganat, vesebetegség, diabetes, szív-érrendszeri betegség és idegrendszeri betegség kockázatát • Fő hatásmechanizmus: csökkent ROS termelés (csökkent mitokondriális szivárgás)

6. Sirtuinkapcsoló ad libitumés CR egérben Ad libitum Kalóriamegvonás Cukor Cukor PNC1  NA  PNC1 NA Légzés  NAD/NADH NAD/NADH  SIR2 SIR2 Szubsztrát Szubsztrát Szubsztrát Szubsztrát AC AC Glikolízis Glikolízis

7. CR növeliazélattartamotazalábbimódon: • Inzulin / IGF1 jelátvitel • Sirtuin jelátvitel • Redox jelátvitel • TOR jelátvitel

8. Inzulin / IGF jelátvitel • A daf gének egy része drámaian megnöveli az élettartamot • A fő célpont a daf 16, amely nagy fokban homológ a Foxo-val • Inzulin és növekedési faktor csökkenés hatására a Foxo fehérje a magba kerül • CR hatására 50%-os inzulin plazmaszint csökkenés mérhető • CR hatására 20%-os IGF1 plazmaszint csökkenés mérhető

9. Bizonyíték GH / IGF jelátvitelreöregedésben • Snell és Ames egér (nincs GH, PRL, TSH) hosszú élettartammal bírnak • GHRH, GHR, IGF1R hiányos egerek élettartama megnövekszik • p66shc (IGF1R szubsztrát) hiányos egérben megnövekszik az élettartam • Klotho (IGF1-represszor)-transzgenikus egérben megnövekszik az élettartam

10. Sirtuinhatásmechanizmusok  Mitokondriálisbiogenezis Oxidatív kapacitás Zsírsav oxidáció Glükóz felhasználás PGC-1α AC FOXO1 AC Vázizomzat PPARα Zsírsav oxidáció Resveratrol ? PGC-1α HNF-4α AC Glükoneogenezis Glikolízis PGC-1α PGC-1α PPARγ Máj FOXO1 AC SIRT1 CR FOXO1 AC N-CoR /SMRT Zsír mobilizáció Zsír tárolás SIRT1 PPARγ ? Éhezés Fehér zsírszövet FOXO1 AC FOXO1  Inzulintermelés UCP2  AC Hasnyálmirigy βsziget

11. Sir2 családtulajdonságai • Sir2 fehérjecsalád, sirtuin család • Transzkripciós gátlás • Telomer, rDNSrepeat gátlása • RENT telomer gátló komplexum része • Heterokromatin kialakítása • ADP-riboziltranszferáz aktivitás • H4-specifikus deacetiláz (NAD-függő) • Energia szenzor, összeköti az anyagcserét és az öregedést

12. Sirtuin mint azöregedésszabályozója • Erősen konzervált enzimatikus mag domén • A CR élettartam-növelő hatásait közvetíti • Az emlősök 7 sirtuinnal rendelkeznek, Sirt1-7 • Sirt1 mutatja a legnagyobb homológiát élesztő Sir2-vel

13. Sirt1 mint azöregedésszabályozójaI. • Hasnyálmirigy: javítja a glükóz toleranciát és inzulin érzékenységet, elnyomja az Ucp2-t, deacetilálja a Foxo1-t • Máj: elősegíti a glükoneogenezist és gátolja a glikolízist, deacetiláljaa PGC-1a-t • Zsír (fehér): elnyomja a PPARg-t, növeli az adiponektin elválasztást

14. Sirt1 mint azöregedésszabályozójaII. • Vázizom: szabályozza a glükóz felvételét és az inzulin érzékenységet, a hatást a resveratrol is közvetíti • Agy: jótékony degeneratív betegségben, mint Alzheimer-kór, Parkinson-kór, Huntington-kór

15. Sirt1 és stressz tűrés • Deacetilálja a p53-at, gátolja az apoptózist, elősegíti a sejtek túlélését • Deacetilálja a Foxo család tagjait, melyek befolyásolják a DNS károsodás repairt, a sejtciklust, apoptózist • Deacetilálja az NF-kB-t, egy túlélést elősegítő transzkripciós faktort (kontextus függvényében)

16. Sirt1 és CR • A CR számos jótékony hatását sirtuinok közvetítik • CR indukálja az eNOS-t és NO-t, erősítve a Sirt1 és mitokondriális biogenezist • Befolyásolja az agyi aktivitást és közvetve a fizikai aktivitást

17. Egyéb emlős sirtuinok tulajdonságai • Sirt2: citoplazmatikus, tumor szupresszor gén • Sirt3: mitokondriális, hőtermelés BAT-ban • Sirt4: mitokondriális, válasz aminosavakra • Sirt5: mitokondriális, tímusz és limfoblaszt • Sirt6: mag, DNS repair, genom stabilitás • Sirt7: magvacska, nincs enzimatikus aktivitása

18. Redoxjelátvitel • A redox jelátviteli változások fontosabbak lehetnek az oxidatív károsodásnál? • Redox érzékelő transzkripciós faktorok közé tartozik NF-kB, Nrf2, HIF1 • Tioredoxin és glutation rendszerek modulálják a redox állapotot • Az öregedés csökkenti a GSH és tioredoxin szinteket • CR növeli a GSH és tioredoxin szintek

19. TOR jelátvitel • TOR (rapamycin célpont), evolúciósan konzervált, sejtosztódást szabályoz • Célzott deléciói növelik az élettartamot • Daf-16 függő, Foxo szükséges • Csökkent szintje (Ames törpe egér) csökkent ROS termelődéssel jár

20. Resveratrolnöveliazélettartamot Resveratrol-kezelt csoport 100 % Túlélés Kezeletlen csoport 10 0 1 2 3 4 5 6 Dózis

21. Resveratrol • Jelenleg kevés Sirt1 mimeticum hatóanyag ismert: resveratrol, qercetin, piceatannol • Természetes forrás: vörös szőlő/bor; véd szív és érrendszeri, neurológiai és daganatos betegségektől • Hatékonyan utánoz egyes CR-indukált jótékony hatást nagy zsírtartalmú diéta mellett is

22. Resveratrol / paclitaxelkombináció Resveratrol Génexpresszió Resveratrol Bax Bid tBid Paclitaxel Kombináció Bcl-xL Mitokondrium Paclitaxel Mcl-1 Smac/ Diablo  Cytc Apaf-1 Apoptoszóma Caspase-9 Survivin Caspase-7 C-IAP-1 PARP KÉMIAILAG INDUKÁLT APOPTÓZIS Caspase-3 XIAP

23. GH / IGF útvonalhatásmechanizmusa Csökkentinzulinrezisztencia a zsírszövetitermékek miatt, kevesebbhasizsírszövet? Vázizmokinzulin rezisztenciája Magasabb agyiIGF-1 Kis méret, késői pubertás, csökkent nemzőképesség, alacsony inzulinszint, csökkent testhőmérséklet és nagyobb ellenállás oxidatív stresszre Csökkent öregedés éshosszú élet Csökkent IGF-1 termelés Elsődleges IGF-1 hatás GH hiányvagy GH rezisztencia Másodlagoshatások Elsődleges GH hatás Fokozott inzulin érzékenység a májban Csökkentoxidatív károsodás Kisebb b sziget- méretés inzulintermelés Csökkentanyagcsereésnövekedés, csökkent ROS termelés

24. Környezetihatásokés a várhatóélettartam