Eric L Greer

1 Departamentul de genetică, Stanford CA 94305, SUA

diferite

2 Programul de biologie a cancerului, Stanford CA 94305, SUA

Anne Brunet

1 Departamentul de genetică, Stanford CA 94305, SUA

2 Programul de biologie a cancerului, Stanford CA 94305, SUA

3 Neurosciences Program, 300 Pasteur Drive, Stanford University, Stanford CA 94305, SUA

Reutilizarea acestui articol este permisă în conformitate cu Actul Creative Commons, Atribuire 2.5, care nu permite exploatarea comercială.

Date asociate

Abstract

Introducere

Restricționarea nutrienților fără malnutriție extinde durata de viață și reduce declinul și bolile dependente de vârstă în practic toate speciile (Masoro, 2005). Deși un singur termen [restricție dietetică (DR)] este adesea folosit pentru a se referi la această intervenție, există o serie de metode de restricție a nutrienților care toate duc la extinderea duratei de viață la specii variind de la drojdie la șoareci (Goodrick și colab., 1990; Mair și colab., 2005; Masoro, 2005; Dilova și colab., 2007; Mair și Dillin, 2008; Piper și Bartke, 2008; Skorupa și colab., 2008). Încă nu este clar dacă diferitele metode de restricționare a nutrienților converg pe o cale comună pentru a prelungi durata de viață sau dacă sunt generate mecanisme independente în funcție de modul în care se realizează DR.

Nematodul Caenorhabditis elegans oferă un model bun pentru a studia genetica duratei de viață ca răspuns la diferite regimuri de DR. Există opt metode distincte de manipulare a dietei care toate extind durata de viață în grade diferite în C. elegans, permițând comparația între regimurile de DR (Tabelul 1). Dieta standard cu viermi constă din bacterii E. coli atenuate (OP50) plasate pe plăci de agaroză. Metodele DR la viermi sunt: ​​(i) o mutație genetică (eat-2) care reduce rata de pompare faringiană a viermilor, scăzând astfel aportul de alimente (Avery, 1993; Lakowski și Hekimi, 1998); (ii și iii) două metode diferite de diluare a bacteriilor în culturi lichide (bacteriene DR: bDR și lichide DR: lDR) (Klass, 1977; Houthoofd și colab., 2003; Bishop & Guarente, 2007; Panowski și colab., 2007 ); (iv și v) două medii lichide definite chimic care induc fenotip asemănător DR în C. elegans (mediu axenic și mediu lichid definit chimic: CDLM) (Houthoofd și colab., 2002a; Szewczyk și colab., 2006); (vi) diluarea peptonei în plăcile de agaroză, care reduce creșterea bacteriilor (DP: diluarea peptonei) (Hosono și colab., 1989); (vii) absența totală a bacteriilor pe plăci (lipsa alimentară: DD) (Kaeberlein și colab., 2006; Lee și colab., 2006); și (viii) o metodă pe care am descris-o recent în care bacteriile sunt diluate în serie pe plăci (solid DR: sDR) (Greer și colab., 2007).

tabelul 1

Opt metode de restricție dietetică la C. elegans

Metodă Condiții normaleSeat-2bDRlDRAxenicCDLMDPDDsDRResveratrol
MediuSolidSolidLichidLichid + SolidLichidLichidSolidSolidSolidSolid
Sursa hraneiTrăiți E. coliTrăiți E. coliE. coli viu (antibiotice)E. coli viu (antibiotice)Bulion chimic definitBulion chimic definitTrăiți E. coliNu E. coliE. coli viu sau mort † E. coli viu sau mort †
Mutatie genetica Mutație în subunitatea receptorului non-α-nicotinic al acetilcolineiNuNuNuNuNuNuNuNu
Temporal NaștereZiua 2 a maturitățiiL4/adult tânărLarva ziua 4 (L4)NaștereNaștereZiua 2 a maturitățiiZiua 4 a maturitățiiNaștere
Procentul extensiei de viață * (%) 0–5760–732880–150883342-5018–356-14
Efect asupra fertilității ScădeaScădeaScădeaScădeaScădeaCreșteNDScădea ‡ Fara efect
Folosit de [1-6][2,7,18][8][6,7,9][10][11][3,4,12][13][14-17]

ND, nedeterminat.

În plus față de metodele care restricționează dieta, un număr de compuși chimici au fost propuși să acționeze ca „mimetici DR”, care prelungesc durata de viață fără a induce efectele dăunătoare ale alimentelor restrictive (Ingram și colab., 2006). De exemplu, compusul natural polifenol resveratrol a fost propus să acționeze ca un mimetic DR în drojdie (Howitz și colab., 2003), viermi (Wood și colab., 2004; Viswanathan și colab., 2005; Gruber și colab., 2007 ), muște (Wood și colab., 2004), pești (Valenzano și colab., 2006) și șoareci cu o dietă bogată în grăsimi (Baur și colab., 2006), deși resveratrolul nu a prelungit durata de viață a muștelor într-un studiu ( Bass și colab., 2007) și la șoareci cu o dietă normală (Pearson și colab., 2008). În timp ce resveratrolul și diferite regimuri de DR pot prelungi semnificativ durata de viață, nu se cunoaște dacă fac acest lucru prin mecanisme universale, independente sau suprapuse.

Am descoperit recent că kinaza AMPK/aak-2 cu sensibilitate redusă a energiei este necesară pentru longevitatea indusă de sDR la viermi (Greer și colab., 2007). AMPK poate acționa în amonte de factorul de transcripție Forkhead FoxO/daf-16 pentru a prelungi durata de viață, poate prin fosforilare directă (Greer și colab., 2007). La fel ca AMPK, FoxO este necesar pentru longevitatea indusă de sDR (Greer și colab., 2007). În schimb, nici AMPK, nici FoxO nu sunt necesare pentru longevitatea indusă de eat-2 (Lakowski și Hekimi, 1998; Curtis și colab., 2006). În plus, FoxO nu este necesar pentru longevitatea indusă de alte metode DR (bDR, lDR, mediu axenic și DD) (Houthoofd și colab., 2003; Kaeberlein și colab., 2006; Lee și colab., 2006; Bishop & Guarente, 2007; Panowski și colab., 2007). În mod similar, în Drosophila, FoxO nu este absolut necesar pentru longevitatea indusă de DR (Giannakou și colab., 2008; Min și colab., 2008), deși FoxO modifică concentrația optimă de alimente necesară pentru longevitate (Clancy și colab., 2002; Giannakou și colab., 2008; Min și colab., 2008). La mamifere, rolul AMPK și FoxO în longevitatea indusă de DR nu a fost încă examinat. În timp ce o serie de gene au fost identificate ca jucând roluri importante în longevitatea indusă de diferite metode DR, nu a fost efectuată comparația importanței acestor gene în diverse regimuri DR. Identificarea diferitelor căi genetice prin care diferitele metode de restricționare a nutrienților promovează longevitatea este importantă pentru valorificarea beneficiilor complete ale DR pe durata vieții.

Aici testăm dacă metodele DR distincte sunt mediate de căi genetice specifice sau comune. Am descoperit că, în timp ce AMPK și FoxO sunt necesare pentru longevitate indusă de sDR și de diluarea peptonei în plăci, aceste gene nu sunt absolut necesare pentru ca eat-2 și bDR să extindă durata de viață. În mod ciudat, AMPK, dar nu FoxO, este necesar pentru ca resveratrolul mimetic DR să extindă durata de viață la viermi. Am testat apoi dacă sDR este mediat de gene care s-au dovedit anterior că mediază longevitatea prin alte metode DR sau mimetice DR. Găsim că sir-2.1, pha-4, skn-1 și hsf-1 sunt toate dispensabile pentru extinderea duratei de viață indusă de sDR, dar că clk-1 este necesar pentru ca acest regim să extindă durata de viață. În cele din urmă, arătăm că sDR îmbunătățește și mai mult durata de viață a viermilor mutanți eat-2, indicând faptul că aceste două metode DR acționează aditiv pentru a promova longevitatea. Rezultatele noastre sunt compatibile cu un model în care sDR induce extinderea duratei de viață printr-un mecanism diferit de cel al altor metode DR, dar care se suprapune. Înțelegerea modului în care diferitele metode de DR induc extinderea duratei de viață este esențială pentru identificarea tuturor componentelor rețelei genetice care orchestrează extensia de longevitate maximă ca răspuns la lipsa de nutrienți.