Reglarea specifică a țesutului SIRT1 prin restricție de calorii
Danica Chen
1 Departamentul de Biologie, Institutul de Tehnologie din Massachusetts, Cambridge, Massachusetts 02139, SUA;
Joanne Bruno
1 Departamentul de Biologie, Institutul de Tehnologie din Massachusetts, Cambridge, Massachusetts 02139, SUA;
Erin Easlon
2 Secția de microbiologie, Universitatea din California la Davis, Davis, California 95616, SUA;
Su-Yu Lin
2 Secția de microbiologie, Universitatea din California la Davis, Davis, California 95616, SUA;
Hwei-Ling Cheng
3 Institutul medical Howard Hughes, Spitalul pentru copii, Institutul pentru boli imune și Departamentul de genetică, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts 02115, SUA
Frederick W. Alt
3 Howard Hughes Medical Institute, The Children's’s Hospital, Immune Disease Institute și Departamentul de Genetică, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts 02115, SUA
Leonard Guarente
1 Departamentul de Biologie, Institutul de Tehnologie din Massachusetts, Cambridge, Massachusetts 02139, SUA;
Abstract
S-a raportat că restricția calorică (CR) crește nivelul proteinelor SIRT1 la șoareci, șobolani și oameni, iar activitatea crescută a ortologilor SIRT1 extinde durata de viață a drojdiei, viermilor și muștelor. În acest studiu, contestăm paradigma conform căreia CR induce activitatea SIRT1 în toate țesuturile, arătând că activitatea acestei sirtuine în ficat este, de fapt, redusă de CR și activată de o dietă bogată în calorii. Demonstrăm această schimbare atât prin testarea nivelurilor de SIRT1 și a regulatorilor săi de molecule mici, NAD și NADH, cât și prin evaluarea fenotipurilor unui șoarece knockout SIRT1 specific ficatului pe diferite diete. Descoperirile noastre sugerează că proiectarea mimeticilor CR care vizează SIRT1 pentru a oferi beneficii sistemice uniforme poate fi mai complexă decât imaginați în prezent.
Aportul caloric influențează durata de viață și incidența bolilor la animale (Koubova și Guarente 2003). Excesul de alimente reprezintă creșterea istorică recentă a tulburărilor metabolice la om. Dimpotrivă, restricția de calorii (CR) promovează condiția metabolică, viața lungă și protecția bolilor la modelele de rozătoare (Weindruch 1988). Au fost identificate mai multe căi genetice care guvernează dieta, metabolismul și durata de viață (Van Remmen și colab. 2001; Koubova și Guarente 2003; Kenyon 2005; Sinclair 2005).
Genele legate de drojdia SIR2, numite sirtuine, codifică deacetilaze dependente de NAD și promovează longevitatea la drojdie, viermi și muște (Chen și Guarente 2007). În sistemele model care variază de la drojdie la șoareci, sirtuinele au fost, de asemenea, asociate cu efectele salutare ale CR. Orthologul Sir2 de mamifer SIRT1 vizează numeroși factori de reglementare care afectează gestionarea stresului și metabolismul (Sinclair 2005; Chen și Guarente 2007). S-a raportat că nivelurile de SIRT1 cresc în rozătoare și țesuturile umane ca răspuns la CR (Cohen și colab. 2004; Nisoli și colab. 2005; Civitarese și colab. 2007), iar această creștere este propusă pentru a provoca modificări favorabile în toleranța la stres declanșată de această dietă. S-a propus, de asemenea, polifenol resveratrolul să imite parțial CR activând SIRT1 pentru a induce efecte benefice asupra sănătății (Baur și colab. 2006; Lagouge și colab. 2006).
Rezultate si discutii
Reglarea diferențială a SIRT1 în țesuturile șoarecilor CR. (A) Expresia SIRT1 este reglată în sus în mușchi și WAT, dar reglată în jos în ficatul șoarecilor CR. Expresia SIRT1 în ficat, mușchi și WAT a șoarecilor hrăniți ad libtum sau cu restricții calorice a fost determinată prin Western blot cu anticorpul anti-SIRT1. Tubulin a fost utilizat ca control de încărcare. (B) Raportul NAD/NADH este crescut în mușchi și WAT, dar scade în ficatul șoarecilor CR. Rețineți că nivelurile de NAD și NADH sunt crescute în WAT de CR. Concentrațiile de NAD și NADH în ficat, mușchi și WAT ale șoarecilor de tip sălbatic și SIRT1 knockout hrăniți ad libitum sau cu restricții calorice sunt exprimate ca nanomoli per gram de țesut.
Șoarecii knockout specifici ficatului SIRT1 nu au fenotip evident atunci când sunt hrăniți cu o dietă chow. (A) SIRT1 este eliminat în mod specific în ficatul șoarecilor SIRT1 LKO. Exprimarea SIRT1 în ficat, mușchi și WAT a fost detectată prin Western blot cu un anticorp anti-SIRT1. Actina a fost utilizată ca control de încărcare. (B - F) Greutatea corporală, greutatea ficatului, glucoza din sânge și nivelurile de insulină (hrănite și postite) și toleranța la glucoză au fost comparate între șoarecii de tip sălbatic și SIRT1 LKO pe o dietă chow.
Apoi am testat șoarecii LKO pe o dietă occidentală bogată în calorii/bogată în grăsimi comparativ cu o dietă CR. Șoarecii LKO au prezentat o diferență foarte semnificativă în dieta occidentală în comparație cu tipul sălbatic (Fig. 3). Creșterea în greutate în timp, care indică acumularea de grăsime corporală, a fost redusă la șoarecii LKO (Fig. 3A), chiar dacă aportul de alimente nu a fost afectat (datele nu sunt prezentate). În mod corespunzător, acumularea de grăsime în WAT și ficat a fost redusă semnificativ la șoarecii LKO (Fig. 3B - D). În plus, șoarecii LKO au fost protejați de declinul fiziologic indus de dieta occidentală la șoarecii de tip sălbatic; au fost mai toleranți la glucoză și au avut niveluri mai scăzute de glucoză din sânge și insulină (Fig. 3E - G). Concluzionăm că șoarecii LKO sunt cel puțin parțial protejați de acumularea de grăsimi și de deficitele metabolice însoțitoare din dieta occidentală. Șoarecii SIRT1 KO din întregul corp, care au o dietă bogată în grăsimi, sunt, de asemenea, protejați împotriva creșterii în greutate corporală și a acumulării de grăsime în ficat (X. Li și L. Guarente, nepublicat), în conformitate cu constatările noastre folosind șoarecii LKO.
Faptul că LKO a avut un efect fenotipic la șoarecii hrăniți cu o dietă bogată în calorii, dar nu la șoarecii hrăniți cu o dietă chow normală, a sugerat că activitatea ficatului SIRT1 poate fi direct proporțională cu aportul caloric și a prezis că această sirtuină poate să nu fie funcțională. în ficatul șoarecilor de tip sălbatic pe CR. În concordanță cu această idee, șoarecii LKO au prezentat pierderea în greutate și reducerea grăsimii în timp pe CR care a fost în paralel cu tipul sălbatic (Fig. 4A, B). Reducerea dimensiunii ficatului, care este declanșată parțial de apoptoză după impunerea CR (Grasl-Kraupp și colab. 1994; James și colab. 1998), a apărut, de asemenea, în mod normal la șoarecii LKO (Fig. 4C). Mai mult, parametrii metabolici care au fost testați (glicemie, insulină și toleranță la glucoză) s-au schimbat în mod similar la șoarecii LKO (Fig. 4D - F). În cele din urmă, reglarea crescută indusă de CR a două gene gluconeogene cheie, PEPCK și glucoză 6-fosfatază (G6P), precum și coactivatorul transcripțional PGC-1α, a procedat normal la șoareci LKO (Fig. 4G).