Przecław News

Informacje o Polsce. Wybierz tematy, o których chcesz dowiedzieć się więcej w Wiadomościach Przecławia.

Nadpobudliwość metabolizmu komórkowego związana ze starzeniem biologicznym

Podsumowanie: Ludzkie komórki ze słabszymi mitochondriami zużywają więcej energii. Chociaż ten hipermetabolizm sprzyja krótkoterminowemu przeżyciu komórek, znacznie zwiększa również tempo starzenia się komórek.

Źródło: Uniwersytet Columbia

Dlaczego komórki i ludzie starzeją się odpowiednio? Odpowiedź może mieć wiele wspólnego z mitochondriami, organellami, które dostarczają komórkom energii. Chociaż pomysł ten nie jest nowy, brakowało bezpośrednich dowodów w ludzkich komórkach. Dotychczas.

W badaniu opublikowanym 12 stycznia w biologia komunikacji, Zespół kierowany przez naukowców z Columbia University odkrył, że ludzkie komórki z dysfunkcją mitochondriów reagują, przyspieszając i zużywając więcej energii.

Chociaż ta adaptacja – zwana hipermetabolizmem – sprzyja krótkoterminowemu przetrwaniu komórek, wiąże się z wysokimi kosztami: dramatycznym wzrostem tempa starzenia się komórek.

mówi główny badacz, dr Martin Pickard, adiunkt medycyny behawioralnej (w psychiatrii i neurobiologii) w Vagelos College of Physicians and Surgeons na Uniwersytecie Columbia.

„Ponadto hipermetabolizm może być głównym powodem, dla którego większość komórek pogarsza się wraz z wiekiem”.

Komórki hipermetaboliczne starzeją się szybciej

Ogólnie zakładano, że defekty mitochondriów (które utrudniają przekształcanie źródeł pożywienia w użyteczną energię) zmuszają komórki do spowolnienia tempa metabolizmu w celu oszczędzania energii.

Jednak analizując aktywność metaboliczną i zużycie energii w komórkach pacjentów z chorobami mitochondrialnymi, naukowcy odkryli, że komórki z zaburzeniami mitochondrialnymi podwajają wydatek energetyczny.

Co więcej, ponowna analiza danych pochodzących od setek pacjentów z różnymi chorobami mitochondrialnymi wykazała, że ​​defekty mitochondrialne również zwiększają koszty aktywnego życia na poziomie całego ciała.

Chociaż ten zastrzyk energii utrzymuje funkcjonowanie komórek, degraduje również telomery komórkowe (powłoki chroniące końce naszych chromosomów) i aktywuje reakcje stresowe i zapalne. Efekt netto przyspiesza starzenie biologiczne.

mówi Gabriel Sturm, doktorant i główny autor tego badania.

Hipermetabolizm, zmęczenie i starzenie się

Ten stan hipermetaboliczny może wyjaśniać, dlaczego osoby z chorobami mitochondrialnymi doświadczają między innymi zmęczenia i nietolerancji ćwiczeń.

READ  Zwiększa apetyt szczurów dzięki wysokiej jakości białku

„Aby zrekompensować zużycie nadmiaru energii w komórkach”, twoje ciało „mówi ci, żebyś się nie wysilał, aby oszczędzać energię. Prawdopodobnie zobaczymy tę samą dynamikę, w której ludzie się starzeją, a ich witalność słabnie” – mówi Picard.

Defekty mitochondriów spowodowane rzadkimi mutacjami genetycznymi zwiększają metabolizm komórek ludzkich. Chociaż pomaga to przetrwać w krótkim okresie, wiąże się to z wysokimi kosztami: znacznym wzrostem tempa starzenia się komórek. Hipermetabolizm może być również głównym powodem, dla którego większość komórek pogarsza się wraz z wiekiem. Źródło: Martin Picard

Badanie nie sugeruje żadnych nowych terapii dla pacjentów z chorobami mitochondrialnymi, które są obecnie nieuleczalne, ale wzmacnia istniejące zalecenia dla pacjentów, aby więcej się ruszali.

„Może się to wydawać sprzeczne z intuicją, ponieważ jeśli jesteś bardziej aktywny, zużyjesz więcej energii i potencjalnie pogorszysz objawy” – mówi Sturm.

Ale wiadomo, że ćwiczenia zwiększają wydolność organizmu. Na przykład osoba, która biega, zużywa mniej energii na utrzymanie podstawowych procesów organizmu niż osoba, która nie jest aktywna fizycznie”.

Poprawiona wydolność organiczna, która zmniejszyłaby zużycie energii w komórkach oraz złagodziłaby zmęczenie i inne objawy, może częściowo wyjaśniać korzyści zdrowotne wynikające z ćwiczeń u pacjentów z chorobami mitochondrialnymi i osób zdrowych.

Picard mówi, że w poszukiwaniu nowych terapii chorób mitochondrialnych naukowcy powinni skupić się na hipermetabolizmie. Chociaż defekty mitochondrialne upośledzają zdolność komórek do wytwarzania energii, niedobór energii może nie być głównym inicjatorem choroby. Z naszych badań wynika, że ​​wady te zwiększają zużycie energii. Aby przenieść igłę terapeutycznie, być może będziemy musieli celować w hipermetabolizm. Potrzebujemy więcej badań, aby zobaczyć, czy to zadziała”.

Hipermetabolizm jest również powszechny w innych chorobach. Jeśli zwiększony wydatek energetyczny komórek odgrywa rolę przyczynową w napędzaniu procesu starzenia, to ukierunkowanie na hipermetabolizm może być sposobem na poprawę zmęczenia, poprawę jakości życia ludzi, a nawet spowolnienie starzenia biologicznego.

Finansowanie:

Badania były wsparte grantami National Institutes of Health (R01AG066828), Baszucki Fund for Brain Research, J. Willard and Alice S. Marriott Foundation, Muscular Dystrophy Association, Nicholas Nunno Foundation, JDF Mitochondrial Research Fund, oraz Fundusz Schumanna ds. Chorób Mitochondrialnych.

READ  Dyrektor medyczny Paul Kelly mówi, że Australia może uczyć się od Wielkiej Brytanii i Izraela

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów.

Zobacz też

Wskazuje to na zarys głowy

O tych badaniach nad starzeniem się i wiadomościami o metabolizmie komórkowym

autor: Helena Gary
Źródło: Uniwersytet Columbia
Kontakt: Helen Jarry z Uniwersytetu Columbia
zdjęcie: Źródło zdjęcia: Martin Picard/Columbia University

Oryginalne wyszukiwanie: otwarty dostęp.
Niedobory OxPhos powodują hipermetabolizm i skrócenie życia komórek oraz u pacjentów z chorobami mitochondrialnymiNapisane przez Martina Picarda i in. Biologia komunikacji


Streszczenie

Niedobory OxPhos powodują hipermetabolizm i skrócenie życia komórek oraz u pacjentów z chorobami mitochondrialnymi

Pacjenci z pierwotnymi defektami mitochondrialnej fosforylacji oksydacyjnej (OxPhos) objawiają się zmęczeniem, licznymi arytmiami, często są wychudzeni i umierają przedwcześnie, ale mechanistyczne podstawy tego obrazu klinicznego pozostają niejasne.

Dzięki integracji danych z 17 grup pacjentów z chorobami mitochondrialnymi (n= 690) Znaleźliśmy dowody na to, że te zaburzenia zwiększają wydatek energetyczny w spoczynku, stan zwany Hipermetabolizm.

Badamy to zjawisko podłużnie w fibroblastach pochodzących od pacjentów od wielu dawców. Genetyczna lub farmakologiczna dezaktywacja OxPhos prawie podwaja wydatek energetyczny komórek.

Ten stan hipermetaboliczny występuje pomimo prawie normalnej wydajności koniugacji OxPhos, z wyłączeniem segregacji jako ogólnego mechanizmu. Zamiast tego hipermetabolizm jest związany z niestabilnością mitochondrialnego DNA, aktywacją zintegrowanej odpowiedzi na stres (ISR) i zwiększonym wydzielaniem cytokin i metabolitów związanych z wiekiem, w tym GDF15.

Równolegle defekty OxPhos przyspieszają erozję telomerów i starzenie epigenetyczne na podział komórki, co jest zgodne z dowodami, że nadmierny wydatek energetyczny przyspiesza starzenie biologiczne.

Aby zbadać potencjalne mechanizmy tych efektów, generujemy podłużny zestaw danych zasobów RNASeq i metylacji DNA, który ujawnia konserwatywne i silnie wymagane rekombinazy na poziomie genomu.

Podsumowując, odkrycia te podkreślają potrzebę zrozumienia, w jaki sposób niedobory OxPhos wpływają na aktywny koszt życia oraz związek między hipermetabolizmem a starzeniem się komórek i pacjentów z chorobami mitochondrialnymi.