Perturbarea receptorului hormonului de creștere împiedică restricționarea caloriilor de la îmbunătățirea acțiunii insulinei

Afilieri Departamentul de Medicină Internă - Geriatrics Research, Southern Illinois University School of Medicine, Springfield, Illinois, Statele Unite ale Americii, Departamentul de farmacologie și fiziologie, Southern Illinois University School of Medicine, Springfield, Illinois, Statele Unite ale Americii

Afiliere Institutul de chimie și fizico-chimie a biologiei (IQUIFIB), Facultatea de Farmacie și Biochimie, Universitatea din Buenos Aires, Buenos Aires, Argentina

Departamentul de afiliere pentru medicină internă - Cercetare geriatrie, Școala de Medicină a Universității Southern Illinois, Springfield, Illinois, Statele Unite ale Americii

Afilieri Departamentul de Medicină Internă - Cercetare Geriatrică, Southern Illinois University School of Medicine, Springfield, Illinois, Statele Unite ale Americii, Departamentul de Morfologie, Laboratorul de Biologie Celulară, Institutul de Științe Biologice, Universitatea Federală din Minas Gerais, Belo Horizonte, Brazilia

Afilieri Departamentul de Medicină Internă - Cercetare Geriatrică, Universitatea Southern Illinois Școala de Medicină, Springfield, Illinois, Statele Unite ale Americii, Departamentul de Fiziologie, Colegiul de Medicină, Universitatea King Saud, Riyadh, Arabia Saudită

Departamentul de afiliere pentru medicină internă - Cercetare geriatrie, Școala de Medicină a Universității Southern Illinois, Springfield, Illinois, Statele Unite ale Americii

Departamentul de afiliere pentru medicină internă - Cercetare geriatrică, Școala de Medicină a Universității Southern Illinois, Springfield, Illinois, SUA

Departamentul de afiliere pentru științe biomedicale, Institutul de biotehnologie Edison, Universitatea Ohio, Atena, Ohio, Statele Unite ale Americii

Michael S. Bonkowski,
Fernando P. Dominici,
Oge Arum,
Juliana S. Rocha,
Khalid A. Al Regaiey,
Reyhan Westbrook,
Adam Spong,
Jacob Panici,
Michal M. Masternak,
John J. Kopchick

Cifre

Abstract

Citare: Bonkowski MS, Dominici FP, Arum O, Rocha JS, Al Regaiey KA, Westbrook R, și colab. (2009) Întreruperea receptorului hormonului de creștere împiedică restricționarea caloriilor de la îmbunătățirea acțiunii insulinei și a longevității. PLOS ONE 4 (2): e4567. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0004567

Editor: Kathrin Maedler, Universitatea din Bremen, Germania

Primit: 8 septembrie 2008; Admis: 9 decembrie 2008; Publicat: 23 februarie 2009

Finanțarea: Acest proiect a fost susținut de NIA, AG 19899 și u19 AG023122, de către Ellison Medical Foundation și de SIU Geriatrics Medicine Initiative. JJK este susținut în parte de programul Eminent Scholars al statului Ohio, care include un cadou de la Milton și Lawrence Goll și de AG19899-05. Finanțatorii nu au avut niciun rol în proiectarea studiului, colectarea și analiza datelor, decizia de publicare sau pregătirea manuscrisului.

Interese concurente: Autorii au declarat că nu există interese concurente.

Introducere

Marea majoritate a mutațiilor care întârzie îmbătrânirea și prelungesc durata de viață a șoarecelui (Mus musculus) sunt fie direct, fie indirect, modifică semnalizarea somatotropă și/sau de insulină [1], [2]. Există o diafragmă intra- și extracelulară considerabilă între hormonul de creștere (GH), factorul de creștere asemănător insulinei 1 (IGF-1) și insulina în medierea creșterii și a metabolismului la mamifere [3]. Aceste căi de semnalizare sunt extrem de conservate în filă; iar mutațiile care afectează semnalizarea omologă IGF-1/insulină și expresia genei în aval cresc longevitatea la drojdie (Saccharomyces cerevisiae), viermi (Caenorhabditis elegans) și muște (Drosophila melanogaster) [4], [5]. Luate împreună, constatările menționate mai sus afirmă semnalizarea GH/IGF-1/insulină (și omologă) ca unul dintre mediatorii cheie ai longevității.

Restricția calorică (CR) este singurul tratament de mediu cunoscut care crește în mod constant durata medie și maximă de viață și întârzie îmbătrânirea în organisme, de la drojdie la mamifere [6], [7]. În plus față de longevitatea prelungită și incidența redusă a cancerului, cele mai consistente răspunsuri la RC la mamifere includ reduceri ale insulinei periferice (adică din sânge), GH, IGF-1 și niveluri de glucoză [6], [8]. Acești biomarkeri ai unui „răspuns CR” au fost raportați la specii variind de la șoareci la oameni [4]. Interesant, există o suprapunere fenotipică considerabilă între șoarecii de pe CR și mulți șoareci mutanți de lungă durată. Aceste similitudini includ reduceri ale greutății corporale, mărimii corpului, incidenței bolilor neoplazice, GH/IGF1 periferic, insulină și glucoză, în raport cu controalele respective [9] - [11]. În plus, majoritatea șoarecilor mutanți de lungă durată și șoarecilor cu CR pe termen lung prezintă îmbunătățiri ale sensibilității la insulină, eficienței hranei și a sănătății. Aceste similitudini sugerează că studierea interacțiunilor dintre mutațiile care extind viața și CR poate dezvălui ce căi și mecanisme sunt utilizate de CR pentru a modifica îmbătrânirea.

Raportăm aici două studii pe termen lung, despre interacțiunea dintre perturbarea GHR și CR la șoareci masculi care au fost concepute pentru a răspunde următoarelor întrebări: 1) Mutația GHRKO modulează sau ablează complet beneficiile CR pe durata vieții? 2) Cum îmbunătățește CR sensibilitatea și longevitatea la insulină la șoarecii normali? 3) De ce CR nu reușește să îmbunătățească sensibilitatea și longevitatea la insulină la șoarecii GHRKO?

Rezultate si discutii

Caracteristicile de longevitate ale șoarecilor normali și GHRKO pe CR ușoară

Pentru a determina dacă răspunsurile diferențiale documentate anterior ale șoarecilor GHRKO și șoareci normali (N) la 30% CR ar fi putut fi limitate la acest nivel de restricție dietetică, am efectuat un studiu suplimentar de longevitate utilizând un grad mai mic de CR la ambii șoareci. Hrănirea zilnică (EOD) a dus la o reducere de aproximativ 10-15% a consumului mediu zilnic de alimente comparativ cu șoarecii martori ad libitum (AL) (date neprezentate) [21], [22]. La șoarecii masculi normali, hrănirea cu EOD a dus la o creștere cu 16% a duratei medii a vieții (N AL = 851 zile vs. N EOD = 1010 zile, raportul de risc (HR) 2,62 interval de încredere (CI) 1,31-6,03). În schimb, durata medie de viață a șoarecilor GHRKO nu a fost extinsă (KO AL = 1178 zile față de KO EOD = 1158 zile, HR 1,063, CI 0,50-2,29). Comparativ cu șoarecii N AL, hrănirea cu EOD a crescut durata totală de viață la șoarecii normali, așa cum a fost evaluată prin analiza log-rank (P Figura 1. Parametrii metabolici ai șoarecilor masculi GHRKO (KO) și normali (N) hrăniți ad libitum (AL) sau supuși 30 % restricție de calorii (CR) timp de un an.

Panoul (A) arată schimbările de timp ale greutății corporale pe o perioadă de un an. După un an de RC, toate grupurile au fost postite peste noapte și s-au determinat greutatea corporală (B), glucoza periferică (C), insulina (D) și modelul homeostatic calculat (HOMA, E). Valorile cu supercripturi/litere diferite de acestea sunt semnificativ diferite (P Figura 2. Insulina hepatică de semnalizare în cascadă proteine totale și fosfo-proteine ca răspuns la stimularea insulinei (10 UI/kg) comparativ cu martorii tratați cu soluție salină în GHRKO (KO) și normal (N ) șoareci hrăniți ad libitum (AL) sau cu 30% restricție calorică (CR) timp de un an.

S-au efectuat ELISA cu anticorpi direcționați către receptorul total de insulină (IR; A), IR pY1158 (B), AKT1 (D) și AKT1 pS473 (E). Omogenatele hepatice au fost imunoprecipitate (IP) cu anti-p85, separate folosind SDS-PAGE și nivelul fosforilării Tyr nespecifice a fost determinat la aproximativ 180 kDa folosind anti-pY99 (C). Proteina totală AKT2 (F) și AKT2 pS473/474 (G) au fost determinate din omogenate de proteine hepatice supuse mai întâi IP folosind anti-AKT2. Panoul (H) rezumă fosfo-proteinele cheie stimulate de insulină în comparație cu șoarecii N AL stimulați de insulină. Benzile sunt pete reprezentative de la 4-6 șoareci masculi pe fenotip/dietă/grup de tratament. Valorile cu supercripturi/litere diferite sunt semnificativ diferite (P Figura 3. Abundența subunității ficatului PI3K în șoareci GHRKO (KO) și șoareci normali (N) hrăniți ad libitum (AL) sau 30% restricție calorică (CR) timp de un an.