Порушення рецептора гормону росту запобігає обмеженню калорій від поліпшення дії інсуліну

Афіліаційний відділ внутрішньої медицини - Гериатричні дослідження, Медичний факультет Університету Південного Іллінойсу, Спрингфілд, штат Іллінойс, Сполучені Штати Америки, Департамент фармакології та фізіології, Медичний факультет Університету Південного Іллінойсу, Спрингфілд, Іллінойс, Сполучені Штати Америки

Афіліація Інституту Кіміки і Фізікохіміки Біологікас (IQUIFIB), Факультет Фармації та Біокіміки, Університет Буенос-Айреса, Буенос-Айрес, Аргентина

Афілійований відділ внутрішньої медицини - Гериатричні дослідження, Медичний факультет Університету Південного Іллінойсу, Спрингфілд, штат Іллінойс, Сполучені Штати Америки

Відділ внутрішньої медицини - Гериатричні дослідження, Медичний факультет Університету Південного Іллінойсу, Спрингфілд, штат Іллінойс, США, Департамент морфології, Лабораторія клітинної біології, Інститут біологічних наук, Федеральний університет Мінас-Жерайс, Белу-Орізонті, Бразилія

Афіліаційний відділ внутрішньої медицини - Гериатричні дослідження, Медичний факультет Університету Південного Іллінойсу, Спрингфілд, штат Іллінойс, Сполучені Штати Америки, Департамент фізіології, Медичний коледж, Університет короля Сауда, Ер-Ріяд, Саудівська Аравія

Афілійований відділ біомедичних наук, Інститут біотехнологій Едісона, Університет Огайо, Афіни, Огайо, Сполучені Штати Америки

Майкл С. Бонковський,
Фернандо П. Домінічі,
Оге Арум,
Джуліана С. Роча,
Халід А. Аль Регей,
Рейхан Вестбрук,
Адам Спонг,
Яків Панічі,
Міхал М. Мастернак,
Джон Дж. Копчик

Цифри

Анотація

Цитування: Bonkowski MS, Dominici FP, Arum O, Rocha JS, Al Regaiey KA, Westbrook R, et al. (2009) Порушення рецептора гормону росту запобігає обмеженню калорій від поліпшення дії інсуліну та довголіття. PLoS ONE 4 (2): e4567. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0004567

Редактор: Катрін Медлер, Бременський університет, Німеччина

Отримано: 8 вересня 2008 р .; Прийнято: 9 грудня 2008 р .; Опубліковано: 23 лютого 2009 р

Фінансування: Цей проект підтримали NIA, AG 19899 та u19 AG023122, Медичний фонд Еллісона та Ініціатива гериатричної медицини SIU. JJK частково підтримується програмою видатних вчених штату Огайо, яка включає подарунок від Мілтона та Лоуренса Голла та AG19899-05. Фінансисти не мали жодної ролі у розробці досліджень, зборі та аналізі даних, прийнятті рішення про публікацію чи підготовці рукопису.

Конкуруючі інтереси: Автори заявили, що не існує конкуруючих інтересів.

Вступ

Переважна більшість мутацій, які затримують старіння та продовжують тривалість життя миші (Mus musculus), прямо чи опосередковано змінюють соматотропну та/або інсулінову сигналізацію [1], [2]. Існує значна внутрішньо- та позаклітинна перехресні перешкоди між гормоном росту (GH), інсуліноподібним фактором росту 1 (IGF-1) та інсуліном для опосередкування росту та метаболізму у ссавців [3]. Ці сигнальні шляхи дуже збережені по всій філі; та мутації, що впливають на гомологічну сигналізацію IGF-1/інсуліноподібну та експресію генів у подальшому, збільшують тривалість життя у дріжджів (Saccharomyces cerevisiae), глистів (Caenorhabditis elegans) та мух (Drosophila melanogaster) [4], [5]. У сукупності вищезазначені результати ставлять GH/IGF-1/інсулін (і гомологічний) сигналізацію як одного з ключових медіаторів довголіття.

Обмеження калорій (CR) - це єдине середовище, яке, як відомо, постійно збільшує середній та максимальний термін життя та затримує старіння в організмах, починаючи від дріжджів та ссавців [6], [7]. На додаток до тривалого довголіття та зниження рівня захворюваності на рак, найбільш послідовні реакції на CR у ссавців включають зниження периферичного (тобто крові) інсуліну, GH, IGF-1 та рівня глюкози [6], [8]. Ці біомаркери “відповіді на CR” повідомляються у видів від мишей до людей [4]. Цікаво, що між мишами на CR та багатьма мишами-мутантами-довгожителями існує значне фенотипічне перекриття. Ці подібності включають зменшення маси тіла, розмірів тіла, частоти пухлинних захворювань, периферичних GH/IGF1, інсуліну та глюкози відносно відповідного контролю [9] - [11]. Крім того, більшість мишей-мутантів, що довго живуть, та мишей на довготривалій КР демонструють покращення чутливості до інсуліну, ефективності харчування та здоров’я. Ці подібності свідчать про те, що вивчення взаємодії між мутаціями, що продовжують життя, та CR може виявити, які шляхи та механізми використовуються CR для зміни старіння.

Тут ми повідомляємо два довгострокові дослідження взаємодії між порушеннями GHR та CR у мишей-самців, які були розроблені для вирішення наступних питань: 1) Чи модулює мутація GHRKO або повністю зменшує переваги CR від тривалості життя? 2) Як CR покращує чутливість до інсуліну та довговічність у звичайних мишей? 3) Чому CR не покращує чутливість до інсуліну та тривалість життя у мишей GHRKO?

Результати і обговорення

Характеристики довголіття нормальних мишей та мишей GHRKO на легкій CR

Щоб визначити, чи раніше задокументовані диференціальні реакції мишей GHRKO та нормальних (N) на 30% CR могли бути обмежені цим рівнем обмеження дієти, ми провели додаткове дослідження довголіття з використанням більш м'якого ступеня CR у обох мишей. Через день (EOD) годування призводило приблизно до 10–15% зменшення середньодобового споживання їжі порівняно з контрольними мишами ad libitum (AL) (дані не наведені) [21], [22]. У нормальних мишей-самців годування ЕОД призвело до 16% збільшення медіани тривалості життя (N AL = 851 день проти N EOD = 1010 днів, коефіцієнт ризику (HR) 2,62 довірчий інтервал (CI) 1,31–6,03). На противагу цьому, медіана тривалості життя мишей GHRKO не була продовжена (KO AL = 1178 днів проти KO EOD = 1158 днів, HR 1,063, CI 0,50-2,29). Порівняно з N мишами, годування EOD збільшило загальну тривалість життя у нормальних мишей, як оцінювали за допомогою аналізу log-rank (P Рисунок 1. Метаболічні параметри самців GHRKO (KO) та нормальних (N) мишей, яких годували ad libitum (AL) або піддавали 30 % обмеження калорій (CR) протягом одного року.

Панель (А) показує зміни у вазі тіла за один рік. Після одного року КР всі групи голодували протягом ночі та визначали масу тіла (В), периферичну глюкозу (С), інсулін (D) та розраховували гомеостатичну модель оцінки (HOMA, E). Значення, на відміну від верхнього індексу/букви, суттєво відрізняються (P Рисунок 2. Каскад загальних білків та фосфо-білків, що сигналізують про інсулін печінки, у відповідь на стимуляцію інсуліном (10 МО/кг) у порівнянні з контрольованими фізіологічним розчином мишами GHRKO (KO) та нормальними (N) годували дозвільно (AL) або обмежували 30% калорій (CR) протягом одного року.

Проводили ІФА з антитілами, спрямованими на рецептор загального інсуліну (ІР; А), ІР pY1158 (В), АКТ1 (Д) та АКТ1 pS473 (Е). Гомогенати печінки імунопреципітували (IP) анти-p85, розділяли за допомогою SDS-PAGE і рівень неспецифічного фосфорилювання Tyr визначали приблизно при 180 кДа, використовуючи анти-pY99 (C). Загальний білок AKT2 (F) та AKT2 pS473/474 (G) визначали з гомогенатів білка печінки, вперше підданих ІП, використовуючи анти-AKT2. Панель (H) узагальнює ключові фосфо-білки, стимульовані інсуліном, порівняно з мишами N AL, стимульованими інсуліном. Смуги є репрезентативними ляпками від 4–6 самців мишей за фенотипом/дієтою/групою лікування. Значення, на відміну від верхнього індексу/букв, суттєво відрізняються (P Рисунок 3. Рівень субодиниць печінки PI3K у GHRKO (KO) та нормальних (N) мишей, що годуються ad libitum (AL) або 30% обмеження калорій (CR) протягом одного року.