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Nov 14, 2023

Remofuscin induziert die xenobiotische Entgiftung über ein Lysosom

Wissenschaftliche Berichte Band 12, Artikelnummer: 7161 (2022) Diesen Artikel zitieren

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Lipofuscin ist ein repräsentativer Biomarker des Alterns, der im Laufe der Zeit auf natürliche Weise entsteht. Remofuscin (Soraprazan) lindert altersbedingte Augenerkrankungen, indem es Lipofuscin aus Zellen des retinalen Pigmentepithels (RPE) entfernt. In dieser Studie wurden die Wirkung von Remofuscin auf die Langlebigkeit bei Caenorhabditis elegans und der zugrunde liegende Mechanismus untersucht. Die Ergebnisse zeigten, dass Remofuscin die Lebensdauer von C. elegans (N2) im Vergleich zur Negativkontrolle signifikant verlängerte (p < 0,05). Bei mit Remofuscin behandelten Würmern wurden die Alterungsbiomarker verbessert. Die Expressionsniveaus von Genen im Zusammenhang mit Lysosomen (lipl-1 und lbp-8), einem Kernhormonrezeptor (nhr-234), der Betaoxidation von Fettsäuren (ech-9) und der xenobiotischen Entgiftung (cyp-34A1, cyp-35A1). , cyp-35A2, cyp-35A3, cyp-35A4, cyp-35A5, cyp-35C1, gst-28 und gst-5) waren bei mit Remofuscin behandelten Würmern erhöht. Darüber hinaus konnte Remofuscin das Leben von C. elegans mit Funktionsverlustmutationen (lipl-1, lbp-8, nhr-234, nhr-49, nhr-8, cyp-35A1, cyp-35A2, cyp-) nicht verlängern. 35A3, cyp-35A5 und gst-5), was darauf hindeutet, dass diese Gene mit der Verlängerung der Lebensdauer bei mit Remofuscin behandelten C. elegans verbunden sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Remofuscin den Lysosom-Kern-Weg in C. elegans aktiviert und dadurch die Expression xenobiotischer Entgiftungsgene erhöht, was zu einer Verlängerung ihrer Lebensdauer führt.

Das Altern führt zu Stoffwechselveränderungen wie der Akkumulation von Lipofuscin, die somit als Biomarker des Alterns dienen1. Die Anreicherung von Lipofuscin, das aus stark oxidierten Proteinen, Lipiden und Metallen besteht, wird durch ROS, die von beschädigten Mitochondrien und Lysosomen produziert werden, verstärkt und verursacht Augenkrankheiten und neurodegenerative Erkrankungen2. Remofuscin (Soraprazan, (7R,8R,9R)-7-(2-methoxyethoxy)-2,3-dimethyl-9-phenyl-7,8,9,10-tetrahydroimidazo[1,2-h][1,7 ]Naphthyridin-8-ol) wurde zur Behandlung der altersbedingten Makuladegeneration (AMD) und der Stargardt-Krankheit durch Entfernung von Lipofuscin aus Zellen des retinalen Pigmentepithels (RPE) entwickelt. AMD und Stargardt-Krankheit werden durch Alterung oder einen angeborenen Defekt im ATP-Bindungskassetten-Subfamilie-A-Mitglied 4 (ABCA4) induziert, und Lipofuscin reichert sich in RPE-Zellen an, was zur Erblindung führen kann3,4. Das produzierte Lipofuscin wird nicht leicht abgebaut oder aus der gealterten Zelle ausgeschieden5, es wurde jedoch gezeigt, dass Remofuscin erhebliche Mengen an Lipofuscin aus RPE-Zellen bei Javaneraffen entfernt6.

Das C. elegans-Modell eignet sich zur Untersuchung verschiedener biologischer Funktionen, einschließlich menschlicher Krankheiten und Alterung7. C. elegans wächst auf Agarplatten und frisst Mikroben und ist daher im Labor einfach und kostengünstig zu manipulieren. Der Körper von C. elegans ist transparent und mit einem Mikroskop sichtbar. C. elegans, das sich hauptsächlich durch Selbstbefruchtung vermehrt, hat eine besonders kurze Lebensdauer und sein gesamtes Genom wurde sequenziert. Darüber hinaus weisen etwa die Hälfte der Gene von C. elegans menschliche Orthologe auf, und etwa 70 % der Gene, die mit menschlichen Krankheiten in Zusammenhang stehen, weisen Homologe in C. elegans auf8. Mit zunehmendem Alter von C. elegans reichert sich autofluoreszierendes Lipofuszin im Darm an. Daher ist C. elegans ein gutes Modell, um die Verlängerung der Lebensdauer durch Verringerung der Lipofuscin-Akkumulation zu untersuchen, da die Lipofuscin-Akkumulation die Lebensdauer von C. elegans verkürzt.

Die Verlängerung der Lebensspanne ist auf viele Faktoren zurückzuführen, wie z. B. eine Diäteinschränkung (DR) und eine gestärkte Immunität, in einem breiten Spektrum von Taxa, die von Hefepilzen bis hin zu Primaten reichen9,10. Viele der Wege, die die Lebensdauer regulieren, sind mit dem Lipidstoffwechsel verbunden, und Lipide fungieren als Signalmoleküle in Signalwegen für die Langlebigkeit. Auch der Fettstoffwechsel verändert sich im Laufe der Zeit und Alterung und Langlebigkeit werden somit durch Lipidsignale reguliert11. Beta-Oxidationsgene werden in einem Zustand, der einer Diätrestriktion (DR) ähnelt, hochreguliert, wodurch die Menge an gespeichertem Fett reduziert wird, was zu niedrigeren Mengen an reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) führt. ROS stehen im Zusammenhang mit Alterung und oxidativen Schäden12. DR ist einer der einflussreichsten Umwelteingriffe, der die Lebensdauer einer Vielzahl von Arten verlängert13. Eine erhöhte Beta-Oxidation von Fettsäuren induziert die Expression xenobiotischer Entgiftungsgene, um lipophile Endotoxine zu beseitigen, die während des Lipidkatabolismus entstehen, und die daraus resultierende Stoffwechselverschiebung erhöht die Langlebigkeit von C. elegans14. Im DR-Zustand spielen Lysosomen eine wichtige Rolle in den frühen katabolen Schritten des Lipidabbaus15. C. elegans verfügt über acht lysosomale Lipasen, LIPL-1 bis LIPL-816; LIPL-4 wurde ausführlich untersucht, da es eine wichtige Rolle bei der Autophagie, dem Fettstoffwechsel und der lysosomalen Aktivität spielt, die mit der Langlebigkeit von C. elegans verbunden sind17,18,19. Unter den Genen der lysosomalen Lipase ist lipl-1 im Fastenzustand am stärksten hochreguliert und seine Sequenz ähnelt der der menschlichen lysosomalen Säurelipase (BLAST-Werte 9e–78)20. Der Mechanismus, durch den LIPL-1 die Lebensdauer von C. elegans verlängert, wurde jedoch nicht untersucht.

In dieser Studie stellten wir die Hypothese auf, dass Remofuscin die Lebensdauer verlängern würde, möglicherweise indem es die Akkumulation von Lipofuscin verhindert, da sich Lipofuscin mit der Zeit anreichert und Remofuscin die Akkumulation von Lipofuscin verhindert. Daher haben wir hier die Wirkung von Remofuscin auf die Verlängerung der Lebensdauer von C. elegans untersucht und den zugrunde liegenden Mechanismus aufgeklärt.

Remofuscin erhöhte die mittlere Lebensdauer (MLS) von Wildtyp C. elegans (N2) dosisabhängig signifikant (p < 0,05) im Vergleich zu der des NC (Negativkontrolle, 0 μM Remofuscin) (Tabelle 1, Ergänzende Daten). ). Im Vergleich zu denen der NCs waren die MLSs von C. elegans (N2), die mit 50 µM, 100 µM und 200 µM Remofuscin behandelt wurden, um 9,9 %, 14,6 % bzw. 20,4 % erhöht. Die Überlebensraten der mit Remofuscin behandelten Würmer waren nach 5 Tagen höher als die der unbehandelten Würmer (ergänzende Abbildung S1).

Um die Wirkung von Remofuscin auf die Verlängerung der Lebensdauer von C. elegans, die Pumprate des Rachens, zu untersuchen, wurde ein altersbezogener Biomarker gemessen. Eine verringerte pharyngeale Pumprate weist auf eine verminderte Nahrungsaufnahme hin, was zu einem DR-ähnlichen Zustand führen kann21. DR reduziert die Körpergröße von Caenorhabditis elegans, was mit einer verlängerten Lebensdauer verbunden sein könnte22. Die pharyngealen Pumpraten der mit Remofuscin behandelten Gruppen waren im Vergleich zu denen der NC-Gruppe signifikant (p < 0,05) verringert (Abb. 1A). Unabhängig davon, ob C. elegans mit oder ohne Remofuscin behandelt wurde, verringerte sich die pharyngeale Pumprate bis zum 6. Tag; Allerdings waren die Pumpraten der Würmer, die am 8. und 10. Tag mit 100 μM und 200 μM Remofuscin behandelt wurden, nahezu ähnlich oder sogar höher als die am 6. Tag. Im Gegensatz dazu nahm die pharyngeale Pumprate der NC-Gruppe über 10 Tage hinweg kontinuierlich ab. Die Körperlänge der lebenden Würmer wurde alle 24 Stunden bis zum Alter von 6 Tagen gemessen. Während die Körperlänge in allen Gruppen mit zunehmendem Alter zunahm, war die Körperlänge der mit Remofuscin behandelten Gruppen deutlich kürzer als die der NC-Gruppe (Abb. 1B). Die Ergebnisse legen nahe, dass die Abnahme der pharyngealen Pumprate bei mit Remofuscin behandelten C. elegans einen DR-ähnlichen Zustand induzieren und folglich die Körpergröße von C. elegans verringern könnte.

Wirkung von Remofuscin auf die Pumprate des Rachens, die Körpergröße und die ROS-Erzeugung bei C. elegans (N2). Drei Tage alte (Tag 1 des Erwachsenenstadiums) C. elegans, die mit einem E. coli OP50-Rasen gefüttert wurden, wurden auf frische mNGM-Platten übertragen, die E. coli OP50 und verschiedene Konzentrationen an Remofuscin enthielten. Die Pumprate in der Terminalzwiebel wurde vom 4. bis zum 10. Tag alle 48 Stunden 1 Minute lang gemessen und die mittlere Rate von 15 Würmern aus jeder Gruppe bestimmt (A). Die Körperlängen von 10 Würmern aus jeder Gruppe wurden gemessen (B). ROS-Spiegel in mit Remofuscin behandelten C. elegans (N2) (C). Die relativen ROS-Werte wurden nach 14-tägiger Behandlung mit Remofuscin gemessen. Das Fluoreszenzsignal in jeder Gruppe (mehr als 80 Würmer für jede Messung) wurde auf die Proteinkonzentration in der Gruppe normalisiert. Alle Experimente wurden dreimal unabhängig voneinander durchgeführt. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, Student-t-Test, verglichen mit dem NC (0 μM Remofuscin).

Um die hemmende Wirkung von Remofuscin auf die ROS-Erzeugung in C. elegans zu untersuchen, wurden die gesamten ROS-Spiegel in mit Remofuscin behandelten Würmern gemessen. Die ROS-Werte in C. elegans, die 14 Tage lang auf Platten mit 100 μM und 200 μM Remofuscin gezüchtet wurden, waren im Vergleich zu denen in der NC-Gruppe signifikant (p < 0,05) verringert (Abb. 1C). Die Ergebnisse legen nahe, dass Remofuscin-induzierte ROS-Reduktionen die Lebensdauerverlängerung bei C. elegans beeinflussen könnten.

Die Akkumulation von Lipofuscin dient als Biomarker für das Altern, und Remofuscin senkte die Lipofuscinspiegel bei C. elegans, die am 14. Tag mit 100 μM und 200 μM Remofuscin behandelt wurden, signifikant (Abb. 2). Diese Ergebnisse legen nahe, dass Remofuscin die Lebensdauer von C. elegans beeinflusst.

Akkumulation von Lipofuscin in mit Remofuscin behandelten C. elegans (N2). (A) Bilder der Lipofuscin-Fluoreszenz bei Würmern, die am 14. Tag mit verschiedenen Konzentrationen von Remofuscin behandelt wurden (Maßstabsbalken = 100 µm). (B) Die Lipofuscin-Fluoreszenz in den Würmern wurde mit der ImageJ-Software quantifiziert. Für die Messungen wurden zehn Würmer aus jeder Gruppe verwendet. Alle Experimente wurden dreimal unabhängig voneinander durchgeführt. *p < 0,05, ***p < 0,001, Student-t-Test, verglichen mit dem NC (0 μM Remofuscin).

Um den Mechanismus zu untersuchen, durch den Remofuscin die Langlebigkeit fördert, wurde eine Microarray-Analyse von Wildtyp-Würmern (N2) durchgeführt, die 14 Tage lang mit 0 µM (NC) und 200 µM Remofuscin behandelt wurden. Insgesamt wurden 31.383 Gene identifiziert, von denen 340 und 103 Gene zwischen den NC- und 200 µM Remofuscin-behandelten Würmern signifikant (p < 0,05) hochreguliert (≥ zweifach) bzw. herunterreguliert (≤ 0,5-fach) waren (Abb. 3A). Basierend auf den in der GO-Datenbank dargestellten Begriffen wurden die differentiell exprimierten Gene (DEGs) in drei Kategorien unterteilt: biologischer Prozess (BP), zelluläre Komponente (CC) und molekulare Funktion (MF). Die GO-Analyse ergab 10 Hauptfunktionskategorien in der BP-Gruppe, 8 Kategorien in der CC-Gruppe und 7 Kategorien in der MF-Gruppe, basierend auf dem Kriterium zur Identifizierung unterschiedlich exprimierter Gene durch Microarray-Analyse (Fachänderung ≥ 2,0 und p < 0,05) (Abb . 3B). Unter diesen Genen waren diejenigen, die mit der Reaktion auf xenobiotische Reize zusammenhängen, bei den mit 200 μM Remofuscin behandelten Würmern im Vergleich zu den NC-Würmern stark exprimiert. Es ist bekannt, dass die xenobiotische Entgiftung die Langlebigkeit von C. elegans beeinflusst, und basierend auf der Gesamtsignifikanz (Abb. 3C) haben wir uns auf die Gene konzentriert, die mit xenobiotischen Reizreaktionen zusammenhängen. Die Gene im Zusammenhang mit dem xenobiotischen Metabolismus (GO: 0006805) (cyp-13A2, cyp-34A1, cyp-35A1, cyp-35A2, cyp-35A3, cyp-35A4, cyp-35A5, cyp-35C1, gst-28, gst- 5, ugt-65, pgp-14 und folt-2) waren im Vergleich zu denen in der NC-Gruppe (0 µM Remofuscin) signifikant (p < 0,05) erhöht (> zweifach), wie durch Microarray-Analyse bestimmt (Ergänzungstabelle S1).

Differenzielle Genexpression zwischen der Negativkontrolle und den mit 200 µM Remofuscin behandelten Gruppen, bestimmt durch RNA-Microarray-Analyse. DEG-Analysesoftware (ExDEGA v.1.6.8, Ebiogen, KOR) wurde verwendet, um die Genexpressionsdaten als Vulkandiagramm anzuzeigen (A). Die Gene in den Kästchen stehen im Zusammenhang mit der in der Ergänzungstabelle S1 gezeigten xenobiotischen Entgiftung (Fachänderung ≥ 2,0 und p <0,05). Das funktionale Annotationstool von DAVID wurde zur Analyse der genontologischen Begriffe (B) verwendet, und die mit den DEGs verbundenen biologischen Prozesse, die durch Microarray-Analyse aufgedeckt wurden, werden als Kreisdiagramm (C) dargestellt.

Basierend auf den Microarray-Ergebnissen wurden die Expressionsniveaus von Genen im Zusammenhang mit lysosomalen Lipasen (lipl-1), langkettigen Fettsäuretransportern (lbp-8), Fettsäure-Beta-Oxidation (ech-9) und xenobiotischer Entgiftung (cyp-) ermittelt. 35A-Unterfamilie, gst-5 und gst-28) in C. elegans (N2), die 1 Tag und 5 Tage lang mit 0 und 200 µM Remofuscin behandelt wurden, wurden durch qPCR gemessen. Die Expressionsniveaus von Genen im Zusammenhang mit dem xenobiotischen Metabolismus, insbesondere von Genen der cyp35A-Unterfamilie, waren bei mit Remofuscin behandelten Würmern im Vergleich zu NC-Würmern signifikant erhöht (Abb. 4). Meistens waren die Genexpressionsniveaus am 5. Tag höher als am 1. Tag. Darüber hinaus waren die Expressionsniveaus von Lipl-1, LBP-8 und Ech-9 bei mit Remofuscin behandelten Würmern signifikant erhöht. Obwohl die Unterschiede statistisch nicht signifikant waren, waren die Spiegel mehrerer Nuclear-Hormon-Rezeptor-Gene (NHR), Transkriptionsfaktoren der Gene der Cytochrom-p450-Familie, um mehr als das Doppelte erhöht, wie durch Microarray-Analyse bestimmt (Ergänzungstabelle S2). Unter ihnen waren nur die Spiegel von nhr-210 und nhr-234 bei mit Remofuscin behandelten Würmern im Vergleich zu den NC-Würmern signifikant erhöht, wie durch qPCR-Analyse bestimmt (Abb. 4).

Expressionsniveaus von Genen im Zusammenhang mit dem xenobiotischen Metabolismus, Lysosomen und NHRs in mit Remofuscin behandelten C. elegans. Würmer wurden 1 und 5 Tage lang auf NGM-Platten mit 0 µM und 200 µM Remofuscin gezüchtet und die Genexpressionsniveaus wurden mittels qPCR gemessen. Die Experimente wurden unabhängig voneinander mindestens dreimal durchgeführt. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, Student-T-Test, verglichen mit dem NC (0 μM Remofuscin) an jedem Tag.

Um den Mechanismus aufzuklären, durch den Remofuscin die Lebensdauer von C. elegans verlängert, wurden Funktionsverlustmutanten für Gene im Zusammenhang mit der xenobiotischen Entgiftung für Langlebigkeitstests verwendet. Die von CGC und NBRP verfügbaren Mutanten mit Funktionsverlust wurden basierend auf den qPCR-Ergebnissen ausgewählt. Darüber hinaus waren die Expressionsniveaus der Transkriptionsfaktor-Gene (nhr-49, nhr-8, ahr-1 und pha-4), die mit dem Lipidstoffwechsel und den xenobiotischen Reizreaktionen in C. elegans zusammenhängen, bei mit Remofuscin behandelten Würmern nicht hochreguliert Im Vergleich zum NC (ergänzende Abbildung S2) wurden Mutanten mit Funktionsverlust verwendet, um die Verlängerung der Lebensdauer zu bewerten, basierend auf früheren Berichten, dass sie die Expression von Genen regulieren, die mit dem Lipid- und Xenobiotika-Metabolismus zusammenhängen 14, 23, 24, 25, 26. Die Behandlung mit Remofuscin konnte die Lebensdauer von Würmern nicht verlängern, die Funktionsverlustmutationen von Genen im Zusammenhang mit dem Lipidstoffwechsel (lipl-1 und lbp-8) und der xenobiotischen Entgiftung (cyp-35A1, cyp-35A2, cyp-35A3, cyp-35A5) aufwiesen und gst-5) (Tabelle 2, Ergänzende Daten, Ergänzende Abbildung S3). Interessanterweise konnte Remofuscin die Lebensdauer von C. elegans-Mutanten mit Transkriptionsfaktor (nhr-49, nhr-8 und nhr-234) nicht verlängern, nicht jedoch die von Würmern mit der nhr-210-Mutante. Obwohl die Ahr-1- und Pha-4-Deletion die Lebensdauer von mit 100 μM bzw. 200 μM Remofuscin behandelten Würmern verlängerte, wurden ihre Gesamt-MLSs durch die Remofuscin-Behandlung im Vergleich zum Wildtyp verringert.

NHR-234 kooperiert mit NHR-49, um die Transkription von Zielgenen im Zusammenhang mit dem Lipidstoffwechsel zu induzieren. Mit Remofuscin behandelte Nematoden regulierten die NHR-234-Expression im Vergleich zur Kontrollgruppe hoch, und die NHR-234-Mutante konnte die Lebensdauer der Würmer nicht verlängern. Um die Wirkung von NHR-234 auf die Expression von Genen zu untersuchen, die mit dem Lipidstoffwechsel und der xenobiotischen Entgiftung in Zusammenhang stehen und stromabwärts von NHR-234 in mit Remofuscin behandelten C. elegans liegen sollen, wurden die Expressionsniveaus von ech-9, cyp-35A1, cyp- 35A2, cyp-35A3, cyp-35-A4 und cyp-35A5 in den nhr-234-Deletionsmutanten wurden mittels qPCR analysiert. Die Expressionsniveaus von ech-9, cyp-35A2, cyp-35A3 und cyp-35-A4, jedoch nicht von cyp-35A1 und cyp-35A5, waren in den mit Remofuscin (200 µM) behandelten nhr-234-Deletionsmutanten nicht erhöht. im Vergleich zu den Wildtyp-Würmern (N2), was darauf hindeutet, dass NHR-234 deren Expression regulieren könnte (Abb. 5).

Expressionsniveaus von Mitgliedern der ech-9- und cyp-35A-Unterfamilie in Wildtyp- (N2) (WT) und nhr-234-Mutanten von C. elegans. Die Würmer wurden 5 Tage lang auf NGM-Platten mit 0 µM und 200 µM Remofuscin gezüchtet und die Genexpressionsniveaus wurden mittels qPCR gemessen. Die Experimente wurden unabhängig voneinander mindestens dreimal durchgeführt. *p < 0,05, **p < 0,01, ***p < 0,001, Student-T-Test, verglichen mit dem Wildtyp (N2) NC (0 μM Remofuscin) und ###p < 0,001, Student-T-Test , verglichen mit den mit 200 µM Remofuscin behandelten Wildtyp-Würmern (N2).

Remofuscin reduzierte die Lipofuscin-Akkumulation in den RPE-Zellen von Javaneraffen6. In dieser Studie fanden wir heraus, dass Remofuscin die Lipofuscin-Akkumulation in C. elegans reduzierte, was möglicherweise mit der signifikanten MLS-Verlängerung bei mit Remofuscin behandelten C. elegans zusammenhängt. Bei C. elegans ist trotz einer reichlichen Nahrungsversorgung eine verringerte pharyngeale Pumprate mit einer geringeren Nahrungsaufnahme verbunden, was zu einem DR-ähnlichen Zustand führen könnte, in dem sich der Energiestoffwechsel von der Glukose- zur Lipidoxidation verlagert, was zu einer Hochregulierung von Beta führt -Oxidationsgene27. Die Bildung von ROS durch Beta-Oxidation ist beim Lipidkatabolismus im Vergleich zum Glukosekatabolismus reduziert14. Dabei reduzierte Remofuscin die pharyngeale Pumprate und folglich die Produktion von ROS, was möglicherweise zur Verlängerung der Lebensdauer von mit Remofuscin behandelten C. elegans beigetragen hat. Im DR-Zustand erhöht sich die Rate des Lipidkatabolismus, um Energie bereitzustellen, und der Lipidkatabolismus erzeugt Lipidmetaboliten, die Lipotoxizität vermitteln können14. Die Microarray- und qPCR-Analysen von Remofuscin-behandelten Würmern in einem DR-ähnlichen Zustand ergaben, dass Gene im Zusammenhang mit Lysosomen (lipl-1 und lbp-8), Beta-Oxidation (ech-9) und xenobiotischer Entgiftung (cyp-34A1, cyp -35A1, cyp-35A2, cyp-35A3, cyp-35A4, cyp-35A5, cyp-35C1, gst-28 und gst-5) wurden hochreguliert, was möglicherweise Schäden durch Lipidmetaboliten verhindert hat.

C. elegans verfügt über 8 lysosomale Lipasen, LIPL-1 bis LIPL-8, von denen LIPL-4 eine Rolle bei der Verlängerung der Lebensdauer von C. elegans24 spielt. Die Überexpression von LIPL-4 induziert die Expression des Lipid-Chaperon-Proteins LBP-8 und die mitochondriale Beta-Oxidation wird über NHR-49 und NHR-80 aktiviert, um den Lipidkatabolismus zu fördern. ROS in Mitochondrien (mtROS) aktivieren den Transkriptionsfaktor JUN-1 und die Signalwege LIPL-4 und LBP-8 induzieren antioxidative Ziele und Toleranz gegenüber oxidativem Stress, wodurch die Lebensdauer von C. elegans verlängert wird26. Allerdings erhöhte Remofuscin das Expressionsniveau von jun-1 in C. elegans nicht. Die C. elegans-Gene, die direkt oder indirekt am Lipidkatabolismus beteiligt sind, insbesondere LIPL-1, reagieren auf den DR-Zustand und steuern den Lipidstoffwechsel20. In dieser Studie waren die Expressionsniveaus von Genen, die mit einer lysosomalen Lipase (lipl-1), einem Lipidbindungsprotein (lbp-8) und Beta-Oxidation (ech-9) zusammenhängen, bei mit Remofuscin behandelten Würmern erhöht. Zusätzlich zu jun-1 spielen die Transkriptionsfaktoren nhr-49 und nhr-27 eine Rolle für die Langlebigkeit von C. elegans, indem sie die mitochondriale Elektronentransportkette reduzieren28. Im Gegensatz zu Säugetieren, die nur über 48 NHR-Gene verfügen, verfügt C. elegans über 284 NHR-Gene, die bei verschiedenen Prozessen eine Rolle spielen, einschließlich des Lipid- und Xenobiotikastoffwechsels. Insbesondere NHR-49, ein Homolog des Hepatozyten-Kernfaktors 4 (HNF4) von Säugetieren, der ähnlich wie Peroxisomen-Proliferator-aktivierte Rezeptoren (PPARs) funktioniert, ist dafür bekannt, viele Gene, die mit der Beta-Oxidation zusammenhängen, einschließlich Acyl-CoA-Synthetase, transkriptionell zu regulieren. Enoyl-CoA-Hydratase und Carnitin-Palmitoyltransferase29,30. Allerdings bleibt die Wirkung von NHR-49 auf ech-9 (Enoyl-CoA-Hydratase-Gen) umstritten14,29. Obwohl in dieser Studie das Expressionsniveau des nhr-49-Gens nicht erhöht war, war das von ech-9 in C. elegans, das mit Remofuscin behandelt wurde, erhöht. Darüber hinaus konnte die NHR-49-Deletion die Lebensdauer von Remofuscin-behandelten Würmern nicht verlängern, was auf die mögliche Rolle von NHR-49 bei der Langlebigkeit von Remofuscin-behandelten C. elegans hinweist. Interessanterweise fanden wir heraus, dass die Genexpression des Kernrezeptors NHR-234, von dem bekannt ist, dass er mit NHR-49 zusammenarbeitet, in mit Remofuscin behandelten C. elegans deutlich hochreguliert war und dass die NHR-234-Mutante die Lebensdauer der Würmer nicht verlängern konnte . Informationen zur Funktion von nhr-234 in C. elegans sind begrenzt. Im Gegensatz zu den Wildtyp-Würmern (N2) zeigten Würmer mit nhr-234-Deletionsmutanten (VC1806) keine erhöhten Expressionsniveaus der Gene im Zusammenhang mit dem Lipidstoffwechsel (ech-9) und xenobiotischen Reizreaktionen (cyp-35A2, cyp-35A3). und cyp-35A4), die möglicherweise durch NHR-234 reguliert werden. Somit spielt NHR-234 mit oder ohne NHR-49 eine Rolle bei der Langlebigkeit von Remofuscin-behandelten Würmern, indem es die ech-9-Expression reguliert und anschließend die Expression von Genen verändert, die mit der xenobiotischen Entgiftung zusammenhängen.

Endogenes Lipofuscin, das lipidhaltige Produkt, das bei der Oxidation ungesättigter Fettsäuren aus verdauten lipidhaltigen lysosomalen Resten entsteht, reichert sich im Laufe der Zeit an und kann ein Xenobiotikum sein. Darüber hinaus kann Remofuscin als exogener xenobiotischer Wirkstoff wirken. Die Abhängigkeit von der Oxidation von Fettsäuren als Energiequelle führt zur Bildung lipophiler Endotoxine und aktiviert wiederum xenobiotische Entgiftungsgene31,32. Die xenobiotische Entgiftung erfolgt in drei Phasen: Phase I (Cytochrom-p450-Enzyme (CYPs) verändern Endotoxine chemisch), Phase II (UDP-Glucuronosyltransferasen und Glutathion-S-Transferasen (GSTs) machen sie löslicher) und schließlich Phase III (modifizierte Endotoxine). werden von ATP-bindenden Kassettentransportern in den extrazellulären Raum abgegeben)32,33. In dieser Studie waren die Expressionsniveaus der Gene cyp (Cytochrom-p450-Enzyme) und gst (Glutathion-S-Transferasen) in mit Remofuscin behandelten C. elegans erhöht. GST fungiert als Antioxidans bei Entgiftungsreaktionen und hemmt die ROS-Erzeugung. Darüber hinaus stoppt oder verlangsamt GST die Bildung von Lipofuszin und spaltet das vorhandene Lipofuszin34. Die Transkriptionsfaktoren NHR-8, AHR-1 und PHA-4 regulieren die Expression von Genen, die mit dem xenobiotischen Stoffwechsel zusammenhängen. NHR-8 ist für die xenobiotische Resistenz erforderlich und kann die Expression von Cytochrom-P450-Genen in C. elegans23 regulieren. AHR-1 bindet an das xenobiotische Antwortelement (XRE), das mit Mitgliedern der CYP-35A-Unterfamilie zusammenhängt, die über XRE-ähnliche Elemente verfügen Promotorregionen, reguliert die Lipidsignalisierung35 und PHA-4 induziert die Expression xenobiotischer Entgiftungsgene14. In dieser Studie fanden wir heraus, dass die Deletion von nhr-8 die Lebensdauer von mit Remofuscin behandelten Würmern nicht verlängerte, was bedeutet, dass Gene, die mit der durch Remofuscin aktivierten xenobiotischen Entgiftung in Zusammenhang stehen, C. elegans eine Langlebigkeit verliehen.

Basierend auf den Ergebnissen dieser Studie haben wir einen Signalweg vorhergesagt, der mit der Verlängerung der Lebensdauer bei mit Remofuscin behandelten C. elegans verbunden ist (Abb. 6). Remofuscin erhöht die Expression der lysosomalen Lipase und induziert den Lipidkatabolismus (Beta-Oxidation), wodurch anschließend die xenobiotische Entgiftungsreaktion aktiviert und die Lebensdauer von C. elegans verlängert wird. Darüber hinaus treten mit Remofuscin behandelte Würmer in einen DR-ähnlichen Zustand ein, indem sie ihre pharyngeale Pumprate verringern, was zu einer Verringerung der ROS-Werte durch Beta-Oxidation von Fettsäuren führt und so zu einer Verlängerung ihrer Lebensdauer beiträgt. Die lysosomale Signalübertragung von LIPL-4 zu LBP-8, gefolgt von NHR-49 und NHR-80, fördert die Langlebigkeit von C. elegans36; Das Signal hierin wurde jedoch von LIPL-1 bis LBP-8 beobachtet, gefolgt von NHR-234 und/oder NHR-49.

Vorhergesagter Mechanismus, durch den Remofuscin die Lebensdauer von C. elegans verlängert. Eine lysosomale Lipase, LIPL-1, aktiviert den Lipidkatabolismus, ähnlich dem in einem Zustand, der einer Diätrestriktion (DR) ähnelt, wodurch die ROS-Werte gesenkt und anschließend der xenobiotische Entgiftungsprozess aktiviert wird. Diese Sequenz verlängert letztendlich die Lebensdauer von mit Remofuscin behandelten C. elegans. Die gestrichelte Linie zeigt die vorhergesagte Route basierend auf dem zuvor gemeldeten Pfad14.

Remofuscin ist auch als wirksamer und reversibler Inhibitor der \(\small {H}^{+}/{K}^{+}\) ATPase-Protonenpumpe bei Javaneraffen bekannt6. Obwohl die Protonenpumpe, die durch Remofuscin gehemmt wird, im RPE in den Augen des Menschen nicht vorhanden ist, ist bekannt, dass Protonenpumpenhemmer den lysosomalen pH-Wert erhöhen und dadurch den Transkriptionsfaktor EB (TFEB), einen Haupttranskriptionsregulator der lysosomalen Biogenese, aktivieren induziert lysosomale Exozytose und Autophagie37. Remofuscin bindet an Lipofuscin38 und ist ein Superoxidgenerator, wenn es mit Licht beleuchtet wird39. Superoxid könnte dabei helfen, das polymere Lipofuszin in kleinere Einheiten abzubauen, die dann durch Exozytose aus den Lysosomen transportiert werden. TFEB ist ein Ortholog von HIH-30 in C. elegans, und HIH-30 fungiert bekanntermaßen als Transkriptionsfaktor von Lipl-1 in C. elegans in einem DR-ähnlichen Zustand20. Darüber hinaus baut LIPL-1 Lipide im lysosomalen Lipophagieprozess ab. Obwohl die Expression von hlh-30 hier im Vergleich zu der im NC zu einem frühen Zeitpunkt signifikant erhöht war (ergänzende Abbildung S4), gab es keine Hinweise darauf, dass der Lipophagie-Signalweg durch Remofuscin aktiviert wurde. Daher erklären die Ergebnisse dieser Studie nicht den Zusammenhang zwischen der durch Remofuscin induzierten Lipophagie und der Langlebigkeit von C. elegans. Daher sind weitere Studien erforderlich, um festzustellen, ob die Protonenpumpenhemmung durch Remofuscin-Behandlung zur Verlängerung der Lebensdauer von C. elegans beiträgt und ob Remofuscin als DR-Mimetikum zur Verlängerung der Lebensdauer von C. elegans fungiert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Remofuscin, ein Inhibitor der Lipofuscin-Akkumulation, die Expression des lysosomalen Lipase-Gens lipl-1 und des lysosomalen Lipid-Chaperon-Gens lbp-8 stimuliert und anschließend die Expressionsniveaus der Gene erhöht, die an der xenobiotischen Entgiftung durch nukleare Hormonrezeptoren beteiligt sind Verlängerung der Lebensdauer von C. elegans.

Escherichia coli OP50 wurde vom Caenorhabditis Genetics Center (CGC, USA) der University of Minnesota bezogen und als Nahrung für C. elegans verwendet. E. coli OP50 wurde in Luria-Bertani (LB)-Brühe (Ambrothia, Daejeon, Korea) bei 37 °C über Nacht unter Schütteln gezüchtet, durch 10-minütige Zentrifugation bei 3.000 × g gesammelt, in sterilem M9-Puffer gewaschen und auf a verdünnt Endkonzentration von 0,1 mg (Feuchtgewicht) pro Mikroliter in M9-Puffer40.

Als Wildtyp-Stamm wurde der vom CGC bereitgestellte C. elegans Bristol-Stamm N2 verwendet. Die Mutantenstämme VC1806 nhr-234 (gk865), VC4077 lbp-8 (gk5151[loxP + myo-2p::GFP::unc-54 3' UTR + rps-27p::neoR::unc-54 3' UTR + loxP]), VC875 cyp-35A1 (ok1414), RB2046 cyp-35A3 (ok2709) und RB2063 gst-5 (ok2726) wurden vom CGC bereitgestellt, und FX1954 lipl-1 (tm1954), FX1290 nhr-210 (tm1290) , FX30306 nhr-49 (tm7967), FX19275 nhr-8 (tm1800), FX01722 ahr-1 (tm1722), FX4598 pha-4 (tm4598), FX21842 cyp-35A2 (tm11844), and FX22344 cyp-35A5 (tm12345) were bereitgestellt vom National Bioresource Project (NBRP) für Nematoden an der Tokyo Women's Medical University (Tokio, Japan). Würmer wurden in peptonfreiem modifiziertem Nematoden-Wachstumsmedium (mNGM) gehalten und vermehrt, um den negativen Einfluss von Metaboliten, die von vermehrten Lebensmittelbakterien produziert wurden, auf Nematoden bei 25 °C gemäß zuvor berichteten Techniken zu verhindern41,42. E. coli OP50 wurde auf mNGM in Petrischalen mit 90 mm Durchmesser als Nahrung für die Würmer ausgebreitet. Eine Natriumhypochlorit-Natriumhydroxid-Lösung (Sigma Aldrich, St. Louis, MO, USA) wurde verwendet, um lebensfähige Eier wie zuvor beschrieben zu erhalten43. Die Eier wurden auf frische mNGM-Platten übertragen, die mit E. coli OP50 besät waren, und bei 25 °C bis zum L4-Stadium (3 Tage alte Würmer) inkubiert. Bei allen Experimenten wurde das L4-Stadium (3 Tage alte Würmer) als Tag verwendet 1 des adulten Stadiums zur Kontrolle des Fortpflanzungssystems in C. elegans42.

Remofuscin (freundlicherweise zur Verfügung gestellt von Professor Ulrich Schraermeyer, Universität Tübingen, Tübingen, Deutschland) wurde in Dimethylsulfoxid (DMSO, Sigma Aldrich) gelöst und Endkonzentrationen von 0 µM (Kontrolle), 50 µM, 100 µM und 200 µM verabreicht. Als Kontrolle wurde eine gleiche Menge DMSO (Endkonzentration 0,2 %) zugegeben. 5-Fluor-2ʹ-desoxyuridin (FUdR, Sigma Aldrich) (50 μM) wurde zu den Platten gegeben44, die dann mit E. coli OP50 beimpft wurden. Der C. elegans-Test zur mittleren Lebensdauer (MLS) wurde durchgeführt, indem 15 junge erwachsene Würmer (L4-Stadium) auf mNGM/FUdR-Platten übertragen wurden, die E. coli OP50 enthielten und mit Remofuscin in den angegebenen Konzentrationen behandelt wurden. Für jeden Test wurden 45 Würmer auf drei Platten (15 Würmer pro Platte) für jede Remofuscin-Konzentration getestet. Der Langlebigkeitstest wurde dreimal unabhängig voneinander mindestens in dreifacher Ausfertigung durchgeführt und es wurden mehr als 100 Würmer bewertet. Die Daten von drei unabhängigen Replikaten wurden zusammengeführt und analysiert. Die Platten wurden bei 25 °C inkubiert und alle 24 Stunden wurden die lebenden und toten Würmer gezählt. Würmer galten als „tot“, wenn sie nicht auf eine sanfte Berührung mit einem Wurmpflücker reagierten. Nematoden, die von den Platten krochen und auf unnatürliche Weise starben, beispielsweise durch Absacken oder Anhaften an der Plattenwand, wurden nicht in die Analyse einbezogen (zensiert)45. Um eine ausreichende Nahrungsquelle zu gewährleisten, wurden die Würmer alle zwei Tage umgesetzt.

Der MLS wurde mithilfe der folgenden Gleichung geschätzt: 46:

In der Gleichung ist j das Alter (Tag),\({d}_{j}\) die Anzahl der Würmer, die während des Tagesintervalls gestorben sind (\({\mathrm{x}}_{j}\) , \({\mathrm{x}}_{j+1}\)), und N ist die Gesamtzahl der Würmer. Der Standardfehler (SE) des geschätzten MLS wurde mithilfe der folgenden Formel berechnet.

Würmer im L4-Stadium (Tag 1 des Erwachsenenstadiums) wurden auf mNGM-Platten (60-mm-Petrischale) übertragen, die verschiedene Remofuscin-Konzentrationen enthielten und mit 5 mg (Feuchtgewicht) E. coli OP50 in M9-Puffer beimpft wurden. Die Platten wurden bei 25 °C inkubiert und die Körperlänge lebender Würmer bis zum Alter von 6 Tagen alle 24 Stunden gemessen. Insgesamt wurden 10 Würmer pro Gruppe gemessen. C. elegans wurden mit einem Stereomikroskop (Olympus SZ61, Tokio, Japan) und einer ToupCam (UCMOS05100KPA, ToupTek, Hangzhou, China) abgebildet und die Bilder mit der ToupCam-Software analysiert. Die Projektionsfläche des Wurms wurde automatisch geschätzt und als Index für die Körperlänge verwendet. Für jede Gruppe wurden drei unabhängige Experimente durchgeführt.

Ein Test der pharyngealen Pumprate wurde auf mNGM-Platten durchgeführt, die mit E. coli OP50 beimpft und mit verschiedenen Remofuscin-Konzentrationen behandelt wurden. Drei Tage alte Würmer (L4-Stadium) wurden auf mNGM-Platten mit verschiedenen Remofuscin-Konzentrationen übertragen und bei 25 °C inkubiert, und die Anzahl der Kontraktionen im Endbulbus des Rachens wurde 1 Minute lang alle 48 Stunden mit einem Olympus gezählt Inverses Mikroskop CKX41 (400 ×). Es wurden drei unabhängige Experimente durchgeführt und für jede Messung wurden 15 Würmer in jede Gruppe einbezogen.

Als Alterungsindex wurde die Autofluoreszenz von Lipofuscin bei 14 Tage alten erwachsenen C. elegans gemessen. Zufällig ausgewählte Würmer aus jeder Gruppe wurden zur Anästhesierung auf 5 % Agar-Pads gelegt, die mit 10 mM Natriumazid (Junsei Chemical, Tokio, Japan) in M9-Puffer beschichtet waren. Bilder der Autofluoreszenz von Lipofuscin bei einer blauen Anregungswellenlänge (405–488 nm), die 4',6-Diamidino-2-phenylindol (DAPI) einfängt, wurden mit einem konfokalen Laser-Rastermikroskop (Olympus Ix81-FV1000)40 aufgenommen. Die Fluoreszenz wurde mit der Software FV10-ASW1.1 (Olympus) quantifiziert, um die Lipofuscin-Akkumulation zu messen. Es wurden drei unabhängige Experimente durchgeführt und für jede Messung wurden 10 Würmer in jede Gruppe einbezogen.

Die ROS-Werte in C. elegans, die mit 0 µM, 50 µM, 100 µM und 200 µM Remofuscin behandelt wurden, wurden 14 Tage lang gemessen. Zufällig ausgewählte Würmer aus jeder Gruppe wurden zweimal mit M9-Puffer gewaschen, danach wurde der Überstand entfernt und das verbleibende Wurmpellet in 100 µL M9-Puffer suspendiert. Das Wurmpellet (100 µL) und 100 µL 50 mM 2′,7′-Dichlorfluoresceindiacetat (H2-DCF-DA, Sigma Aldrich) wurden in die Vertiefungen einer schwarzen 96-Well-Platte gegeben. Die ROS-Werte wurden mit einem Fluoreszenz-Mikroplattenlesegerät (SpectraMAX GEMINI EM, Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA) bei Anregungs- und Emissionswellenlängen von 485 nm bzw. 520 nm 90 Minuten nach der Aktivierung gemessen. Das Fluoreszenzsignal in jeder Gruppe, die für jede Messung mehr als 80 Würmer umfasste, wurde auf die Proteinkonzentration in jeder Gruppe normalisiert. Es wurden drei unabhängige Experimente durchgeführt.

Würmer, die 14 Tage lang mit E. coli OP50 auf NGM-Platten mit 0 µM und 200 µM Remofuscin gefüttert wurden, wurden gesammelt und zweimal mit M9-Puffer gewaschen. Anschließend wurde die Gesamt-RNA aus ganzen Würmern unter Verwendung von TRIzol (Invitrogen, Carlsbad, CA, USA) isoliert eine zuvor beschriebene Methode13. Für jede RNA wurden die Synthese von Ziel-cRNA-Sonden und die Hybridisierung unter Verwendung eines Aligent LowInput QuickAmp-Markierungskits (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) gemäß den Anweisungen des Herstellers durchgeführt. Amplifizierte und markierte cRNA wurde auf einem cRNA Cleanup Module (Agilent Technologies) gereinigt und markierte cRNA-Ziele wurden unter Verwendung eines ND-1000-Spektrophotometers (NanoDrop Technologies, Inc., Wilmington, DE, USA) quantifiziert. Nach Überprüfung der Markierungseffizienz wurde die cRNA durch Zugabe von 10-fachem Blockierungsmittel und 25-fachem Fragmentierungspuffer fragmentiert und 30 Minuten lang bei 60 °C inkubiert. Die fragmentierte cRNA wurde in 2X Hybridisierungspuffer resuspendiert und direkt auf zusammengesetzte C. elegans-Oligo-Mikroarrays (Agilent, 44 K) pipettiert. Die Arrays wurden 17 Stunden lang bei 65 °C unter Verwendung eines Hybridisierungsofens (Agilent Technologies) hybridisiert. Die hybridisierten Microarrays wurden gemäß dem Protokoll des Herstellers (Agilent Technologies) gewaschen. Die hybridisierten Bilder wurden mit einem Agilent DNA-Microarray-Scanner gescannt und mit der Software Feature Extraction 10.7 (Agilent Technologies) quantifiziert. Rohe Intensitätsdaten wurden global normalisiert47. Die gesamte Datennormalisierung und Auswahl unterschiedlich exprimierter Gene (Fold Change) wurde mit GeneSpring GX 7.3.1 (Agilent Technologies) durchgeführt. Das Kriterium für die Identifizierung von Genen mit signifikant veränderter Expression war ein ap-Wert < 0,05 im Vergleich zur Negativkontrolle. Die RNA-Sequenzierungsdaten wurden in der NCBI Gene Expression Omnibus (GEO)-Datenbank (Zugangscode: GSE144059) hinterlegt. Für das Kreisdiagramm und das Vulkandiagramm wurde die auf Excel basierende Software „Differentially Expressed Gene Analysis“ (ExDEGA, eBiogen, Seoul, Korea) verwendet, um die Microarray-Daten nach klassifizierten Begriffen der Gene Ontology (GO) zu analysieren. Gene mit einem p-Wert < 0,05 und einer 2,0-fachen Veränderung im Vergleich zur Negativkontrolle wurden als signifikant veränderte Gene definiert.

C. elegans, die 1 und 5 Tage lang mit E. coli OP50 auf NGM-Platten gefüttert wurden, die 0 µM und 200 µM Remofuscin enthielten, wurden gesammelt und zweimal mit M9-Puffer gewaschen. Die Gesamt-mRNA wurde aus ganzen Würmern mit TRIzol (Invitrogen) wie zuvor beschrieben isoliert13. Die RNA wurde unter Verwendung eines RevertAid First Strand cDNA Synthesis Kit gemäß den Anweisungen des Herstellers (Thermo Scientific, Wilmington, DE, USA) in cDNA umgewandelt und dann durch qPCR unter Verwendung von SYBR Green (KAPA Biosystems, Wilmington, MA, USA) und einem QuantStudio amplifiziert 6 Flex Real Time PCR-Gerät (Applied Biosystems, Foster City, CA, USA). Für die qPCR wurde ein erster Schritt bei 95 °C durchgeführt, gefolgt von 40 Zyklen mit 95 °C für 15 s, 60 °C für 15 s und 72 °C für 30 s, und es wurde eine Schmelzkurvenanalyse durchgeführt. Die Experimente wurden mindestens dreimal unabhängig voneinander durchgeführt und die relativen Expressionsniveaus wurden mithilfe der 2−ΔΔCT-Methode48 berechnet. Zur Normalisierung der Genexpressionsdaten wurde das interne Kontrollgen act-1 verwendet. Die Sequenzen der in dieser Studie verwendeten Primer sind in der Ergänzungstabelle S3 aufgeführt.

Im Lebensdauertest wurden die Kaplan-Meier-Methode und der Log-Rank-Test zur Berechnung der MLS- bzw. p-Werte verwendet40. In den anderen Experimenten wurde die Signifikanz der Vergleiche zwischen der Negativkontrolle (NC) und den mit Remofuscin behandelten Gruppen mithilfe des Student-t-Tests berechnet. Die Signifikanz wurde in allen Experimenten als ein p-Wert von weniger als 0,05 definiert. Wenn die Daten nicht normalverteilt waren, wurde der Mann-Whitney-U-Test verwendet42.

Pincus, Z. & Slack, FJ Entwicklungsbiomarker des Alterns bei Caenorhabditis elegans. Entwickler Dyn. 239, 1306–1314. https://doi.org/10.1002/dvdy.22224 (2010).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Kakimoto, Y. et al. Akkumulation von Lipofuscin im Myokard bei Alterung und plötzlichem Herztod. Wissenschaft. Rep. 9, 3304. https://doi.org/10.1038/s41598-019-40250-0 (2019).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Tsang, SH & Sharma, T. Stargardt-Krankheit. Adv. Exp. Med. Biol. 1085, 139–151. https://doi.org/10.1007/978-3-319-95046-4_27 (2018).

Artikel PubMed Google Scholar

Blasiak, J. Seneszenz in der Pathogenese der altersbedingten Makuladegeneration. Zellmol. Lebenswissenschaft. 77, 789–805. https://doi.org/10.1007/s00018-019-03420-x (2020).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Moreno-García, A., Kun, A., Calero, O., Medina, M. & Calero, M. Ein Überblick über die Rolle von Lipofuscin bei altersbedingter Neurodegeneration. Vorderseite. Neurosci. 12, 464. https://doi.org/10.3389/fnins.2018.00464 (2018).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Julien, S. & Schraermeyer, U. Lipofuscin kann aus dem retinalen Pigmentepithel von Affen eliminiert werden. Neurobiol. Alter 33, 2390–2397. https://doi.org/10.1016/j.neurobiolaging.2011.12.009 (2012).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Riddle, DL, Blumenthal, T., Meyer, BJ & Priess, JR Einführung in C. elegans. In C. elegans II (Hrsg. Riddle, DL, Blumenthal, T., Meyer, BJ & Priess, JR) Kap. 1, (Cold Spring Harbor Laboratory Press., 1997). https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK20183/.

Dexter, PM, Caldwell, KA & Caldwell, GA Ein vorhersehbarer Wurm: Anwendung von Caenorhabditis elegans zur mechanistischen Untersuchung von Bewegungsstörungen. Neurotherapeutika 9, 393–404. https://doi.org/10.1007/s13311-012-0109-x (2012).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Hwangbo, D.-S., Lee, H.-Y., Abozaid, LS & Min, K.-J. Mechanismen der Lebensspannenregulierung durch Kalorienrestriktion und intermittierendes Fasten in Modellorganismen. Nährstoffe 12, 1194. https://doi.org/10.3390/nu12041194 (2020).

Artikel PubMed Central Google Scholar

Kurz, CL & Tan, M.-W. Regulierung des Alterns und der angeborenen Immunität bei C. elegans. Alternde Zelle 3, 185–193. https://doi.org/10.1111/j.1474-9728.2004.00108.x (2004).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Mutlu, AS, Duffy, J. & Wang, MC Lipidstoffwechsel und Lipidsignale im Alter und in der Langlebigkeit. Entwickler Zelle 56, 1394–1407. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2021.03.034 (2021).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Page, MM, Robb, EL, Salway, KD & Stuart, JA Mitochondrialer Redoxstoffwechsel: Alterung, Langlebigkeit und Auswirkungen auf die Ernährung. Mech. Aging Dev. 131, 242–252. https://doi.org/10.1016/j.mad.2010.02.005 (2010).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Greer, EL et al. Ein AMPK-FOXO-Weg vermittelt die Langlebigkeit, die durch eine neuartige Methode der Ernährungseinschränkung bei C. elegans induziert wird. Curr. Biol. 17, 1646–1656. https://doi.org/10.1016/j.cub.2007.08.047 (2007).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Chamoli, M., Singh, A., Malik, Y. & Mukhopadhyay, A. Eine neuartige Kinase reguliert die durch Ernährungseinschränkungen bedingte Langlebigkeit bei Caenorhabditis elegans. Alternde Zelle 13, 641–655. https://doi.org/10.1111/acel.12218 (2014).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Settembre, C. & Ballabio, A. Lysosome: Regulator der Lipidabbauwege. Trends Zellbiol. 24, 743–750. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2014.06.006 (2014).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Seah, NE et al. Die durch Autophagie vermittelte Langlebigkeit wird durch die Lipoprotein-Biogenese moduliert. Autophagie 12, 261–272. https://doi.org/10.1080/15548627.2015.1127464 (2016).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Wang, MC, O'Rourke, EJ & Ruvkun, G. Der Fettstoffwechsel verbindet Keimbahnstammzellen und Langlebigkeit bei C. elegans. Wissenschaft 322, 957–960. https://doi.org/10.1126/science.1162011 (2008).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Lapierre, LR, Gelino, S., Meléndez, A. & Hansen, M. Autophagie und Lipidstoffwechsel modulieren koordiniert die Lebensdauer von C. elegans ohne Keimbahn. Curr. Biol. 21, 1507–1514. https://doi.org/10.1016/j.cub.2011.07.042 (2011).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Watts, JL & Ristow, M. Lipid- und Kohlenhydratstoffwechsel bei Caenorhabditis elegans. Genetik 207, 413–446. https://doi.org/10.1534/genetics.117.300106 (2017).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

O'Rourke, EJ & Ruvkun, G. MXL-3 und HLH-30 verknüpfen Lipolyse und Autophagie transkriptionell mit der Nährstoffverfügbarkeit. Nat. Zellbiol. 15, 668–676. https://doi.org/10.1038/ncb2741 (2013).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Onken, B. & Driscoll, M. Metformin induziert einen ernährungseinschränkungsähnlichen Zustand und die Reaktion auf oxidativen Stress, um die Gesundheitsspanne von C. elegans über AMPK, LKB1 und SKN-1 zu verlängern. PLoS ONE 5, e8758. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0008758 (2010).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Bishop, NA & Guarente, L. Zwei Neuronen vermitteln die durch Ernährungseinschränkungen bedingte Langlebigkeit bei C. elegans. Natur 447, 545–549. https://doi.org/10.1038/nature05904 (2007).

Artikel ADS CAS PubMed Google Scholar

Lindblom, TH, Pierce, GJ & Sluder, AE Ein C. elegans Orphan-Kernrezeptor trägt zur Xenobiotikaresistenz bei. Curr. Biol. 11, 864–868. https://doi.org/10.1016/s0960-9822(01)00236-6 (2001).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Folick, A. et al. Alternde lysosomale Signalmoleküle regulieren die Langlebigkeit bei Caenorhabditis elegans. Wissenschaft 347, 83–86. https://doi.org/10.1126/science.1258857 (2015).

Artikel ADS CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ménez, C. et al. Der Transkriptionsfaktor NHR-8: Ein neues Ziel zur Steigerung der Ivermectin-Wirksamkeit bei Nematoden. PLoS Pathog. 15, e1007598. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1007598 (2019).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Ramachandran, PV et al. Die lysosomale Signalübertragung fördert die Langlebigkeit, indem sie die mitochondriale Aktivität reguliert. Entwickler Zelle 48, 685–696. https://doi.org/10.1016/j.devcel.2018.12.022 (2019).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Yuan, Y. et al. Ein verbesserter Energiestoffwechsel trägt zur verlängerten Lebensdauer von Caenorhabditis elegans mit eingeschränkter Kalorienzufuhr bei. J. Biol. Chem. 287, 31414–31426. https://doi.org/10.1074/jbc.M112.377275 (2012).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Khan, MH et al. TAF-4 ist für die Lebensverlängerung von isp-1-, clk-1- und tpk-1-Mit-Mutanten erforderlich. Alter 5, 741–758. https://doi.org/10.18632/aging.100604 (2013).

Artikel PubMed PubMed Central Google Scholar

Van Gilst, MR, Hadjivassiliou, H., Jolly, A. & Yamamoto, KR Der Kernhormonrezeptor NHR-49 steuert den Fettverbrauch und die Fettsäurezusammensetzung in C. elegans. PLoS Biol. 3, e53. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.0030053 (2005).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Pathare, PP, Lin, A., Bornfeldt, KE, Taubert, S. & Van Gilst, MR Koordinieren Sie die Regulierung des Lipidstoffwechsels durch neuartige Kernrezeptorpartnerschaften. PLoS Genet. 8, e1002645. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1002645 (2012).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

McElwee, JJ, Schuster, E., Blanc, E., Thomas, JH & Gems, D. Gemeinsame Transkriptionssignatur in Caenorhabditis elegans Dauer-Larven und langlebigen daf-2-Mutanten impliziert Entgiftungssystem bei der Sicherung der Langlebigkeit. J. Biol. Chem. 279, 44533–44543. https://doi.org/10.1074/jbc.M406207200 (2004).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Lindblom, TH & Dodd, AK Xenobiotische Entgiftung beim Nematoden Caenorhabditis elegans. J. Exp. Zool. Ein Comp. Exp. Biol. 305, 720–730. https://doi.org/10.1002/jez.a.324 (2006).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Sharom, FJ Der P-Glykoprotein-Multidrug-Transporter. Aufsätze Biochem. 50, 161–178. https://doi.org/10.1042/bse0500161 (2011).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Vekshin, N. & Frolova, M. Bildung und Zerstörung von Thermolipofuscin in Mitochondrien. Biochem. Anal. Biochem. 07, 357. https://doi.org/10.4172/2161-1009.1000357 (2018).

Artikel Google Scholar

Aarnio, V. Funktionen der Gene der AHR-1- und CYP-35A-Unterfamilie bei Caenorhabditis elegans (Universität Ostfinnland, 2014).

Google Scholar

Savini, M., Zhao, Q. & Wang, MC Lysosomen: Signalknotenpunkte für Stoffwechselerkennung und Langlebigkeit. Trends Zellbiol. 29, 876–887. https://doi.org/10.1016/j.tcb.2019.08.008 (2019).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Nociari, MM, Kiss, S. & Rodriguez-Boulan, E. Lipofusin-Akkumulation in und Clearance aus retinalen Pigmentepithel-Lysosomen: Physiopathologie und neue Therapeutika. In Lysosomes – Associated Diseases and Methods to Study Their Function (Hrsg. Dhiman P.) 1–29 (InTechOpen, 2017). doi:https://doi.org/10.5772/intechopen.69304.

Julien-Schraermeyer, S. et al. Penetration, Verteilung und Eliminierung von Remofuscin/Soraprazan in Augen von Stargardt-Mäusen nach einer einzelnen intravitrealen Injektion mittels Pharmakokinetik und Transmissionselektronenmikroskop-Autoradiographie: Implikationen für die lokale Behandlung von Morbus Stargardt und trockener altersbedingter Makuladegeneration. Pharmakol. Res. Perspektive. 8, e00683. https://doi.org/10.1002/prp2.683 (2020).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Schraermeyer, U., Burnet, M., Senn-Bilfinger, J., Sturm, E. & Hanauer, G. Verbindungen zur Behandlung von Lipofuszin-bedingten Erkrankungen. Deutsches Patent EP 3 855 181 A1 (Europäisches Patentamt, 2021).

Zhao, Y. et al. Der Lactobacillus salivarius-Stamm FDB89 führte bei Caenorhabditis elegans durch eine eingeschränkte Ernährung zu einer Langlebigkeit. J. Mikrobiol. 51, 183–188. https://doi.org/10.1007/s12275-013-2076-2 (2013).

Artikel PubMed Google Scholar

Stiernagle, T. Wartung von C. elegans. In WormBook, 1–11. doi:https://doi.org/10.1895/wormbook.1.101.1 (2006).

Komura, T., Ikeda, T., Yasui, C., Saeki, S. & Nishikawa, Y. Mechanismus, der der durch Bifidobakterien induzierten Verlängerung bei Caenorhabditis elegans zugrunde liegt. Biogerontologie 14, 73–87. https://doi.org/10.1007/s10522-012-9411-6 (2013).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Sulston, J. & Hodgkin, J. Methoden. In: Der Nematode Caenorhabditis elegans (Hrsg. Wood, WB). 587–606 (Cold Spring Harbor Laboratory, 1988). https://doi.org/10.1101/0.587-606.

Gruber, J., Ng, LF, Poovathingal, SK & Halliwell, B. Täuschend einfach, aber einfach trügerisch – Lebensspannenstudien zu Caenorhabditis elegans: Überlegungen zum Altern und zu antioxidativen Wirkungen. FEBS Lett. 583, 3377–3387. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2009.09.051 (2009).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Schmeisser, S. et al. Neuronale ROS-Signalisierung statt AMPK/Sirtuin-vermittelter Energiewahrnehmung verbindet Ernährungseinschränkung mit der Verlängerung der Lebensspanne. Mol. Metab. 2, 92–102. https://doi.org/10.1016/j.molmet.2013.02.002 (2013).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Wu, D., Rea, SL, Yashin, AI & Johnson, TE Visualisierung verborgener Heterogenität in isogenen Populationen von C. elegans. Exp. Gerontol. 41, 261–270. https://doi.org/10.1016/j.exger.2006.01.003 (2006).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Cheadle, C., Vawter, MP, Freed, WJ & Becker, KG Analyse von Microarray-Daten mithilfe der Z-Score-Transformation. J. Mol. Diag. 5, 73–81. https://doi.org/10.1016/s1525-1578(10)60455-2 (2003).

Artikel CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

Livak, KJ & Schmittgen, TD Analyse relativer Genexpressionsdaten mittels quantitativer Echtzeit-PCR und der 2(-Delta Delta C(T))-Methode. Methoden 25, 402–408. https://doi.org/10.1006/meth.2001.1262 (2001).

Artikel CAS PubMed Google Scholar

Referenzen herunterladen

Diese Arbeit wurde durch das Korea University Grant (K1822491) unterstützt.

Abteilung für integrierte Biomedizin und Biowissenschaften, Graduiertenschule, Korea University, Seoul, 02841, Republik Korea

Miae Oh, Jiah Yeom & Young-Hee Lim

Abteilung für Experimentelle Vitreoretinale Chirurgie, Zentrum für Augenheilkunde, Universität Tübingen, 72076, Tübingen, Deutschland

Ulrich Schraermeyer & Sylvie Julien-Schraermeyer

School of Biosystems and Biomedical Sciences, Korea University, Seoul, 02841, Republik Korea

Young-Hee Lim

Abteilung für Labormedizin, Korea University Guro Hospital, Seoul, 08308, Republik Korea

Young-Hee Lim

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YHL und MO haben die Forschung entworfen; MO, JY und YHL führten die Experimente durch und analysierten die Daten. USA und SJ-S. bereitete das Material vor. MO und YHL haben das Manuskript geschrieben.

Korrespondenz mit Young-Hee Lim.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Oh, M., Yeom, J., Schraermeyer, U. et al. Remofuscin induziert die xenobiotische Entgiftung über einen Signalweg vom Lysosom zum Zellkern, um die Lebensdauer von Caenorhabditis elegans zu verlängern. Sci Rep 12, 7161 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-11325-2

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Eingegangen: 16. Dezember 2021

Angenommen: 15. April 2022

Veröffentlicht: 03. Mai 2022

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-022-11325-2

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Archiv für Toxikologie (2022)

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