Vroege gebeurtenissen in cellulair ouder worden onthullen hoe levensstijl en dieet de levensduur beïnvloeden

Door te experimenteren met gist, hebben twee wetenschappers in de VS voor het eerst belangrijke gebeurtenissen geïdentificeerd die zich vroeg in het verouderingsproces van cellen voordoen, wat kan verklaren hoe genen en omgevingsfactoren zoals levensstijl en voeding, van invloed zijn op de levensduur, veroudering en leeftijd. gerelateerde ziekten zoals kanker.
Ze waren verrast toen ze ontdekten dat een mechanisme dat cellen gebruiken om voedingsstoffen op te slaan, aanzienlijk kan zijn.
Daniel Gottschling en Adam Hughes van het Fred Hutchinson Cancer Research Center in Seattle, Washington, schrijven over hun bevindingen in het online nummer van 21 november Natuur.
Gottschling, lid van de divisie Basic Sciences van Hutchinson Center, legt in een verklaring uit waarom de bevindingen belangrijk zijn:
"Er is de laatste tijd veel in de wetenschappelijke literatuur en de algemene media over hoe je eetgedrag van invloed is op het verouderingsproces, maar het was ongelooflijk verwarrend."
"Nu hebben we een nieuw paradigma om te begrijpen hoe genetica en omgeving op elkaar inwerken om de levensduur, ouderdom en leeftijd gerelateerde ziekten te beïnvloeden, dat is waar ik erg enthousiast over ben," voegt hij eraan toe.

Mitochondriën en veroudering

Gottschling en Hughes, een postdoctoraal onderzoeker in zijn laboratorium, gaan op zoek naar hoe ouderdomsschade ontstaat in mitochondriën, de kleine krachtcentrales in cellen die hen voorzien van eenheden energie.
Zoals Gottschling, die ook een universitair hoofddocent is aan de afdeling genome wetenschappen aan de universiteit van Washington, uitlegt:
"Normaal gesproken zijn mitochondriën mooie, lange buizen, maar naarmate cellen ouder worden, worden de mitochondriën gefragmenteerd en ruig."
"De vormveranderingen die worden waargenomen in verouderende gistcellen worden ook waargenomen in bepaalde menselijke cellen, zoals neuronen en cellen van de alvleesklier, en die veranderingen zijn in verband gebracht met een aantal leeftijdgerelateerde ziekten bij mensen," voegt hij eraan toe.

Lage zuurgraad van de vacuolen Veroorzaakt mitochondriën

De reden waarom mitochondriën misvormd zijn en zo goed niet meer werken, is tot nu toe een beetje een raadsel, maar Gottschling en Hughes ontdekten dat bepaalde veranderingen binnen de vacuolen verantwoordelijk kunnen zijn.
Vacuoles zijn kleine holtes in de cellen van gist, planten en andere organismen, die helpen eiwitten af ??te breken en moleculaire bouwstenen of voedingsstoffen voor de cel op te slaan. Het equivalent van de vacuole in menselijke cellen is het lysosoom.

Een specifiek kenmerk van vacuolen dat kritiek lijkt te zijn voor veroudering en de werking van mitochondria is zuurgraad.
De onderzoekers vonden dat vacuolen minder vroeg in het leven van een gistcel minder zuur werden. En wanneer de zuurtegraad daalt, stopt het de vacuolen om bepaalde voedingsstoffen op te slaan. Dit verstoort de energietoevoer naar mitochondria, die op hun beurt beginnen te degraderen.
Hughes testte dit effect: toen hij stopte met de vacuolen om minder zuur te worden, werden de mitochondriën niet misvormd en leefden de gistcellen langer.
"We waren verrast om te horen dat het de opslagfunctie was, en niet de afbraak van eiwitten, die mitochondriale disfunctie in verouderende gistcellen lijkt te veroorzaken," zegt Hughes.

Caloriebeperking Verhoogt de Vacuole Zuurgraad

Deze verrassende ontdekking leidde de onderzoekers om het effect van caloriebeperking te onderzoeken, waarvan bekend is dat het de levensduur verlengt in gist, wormen, vliegen en zoogdieren.
Ze vonden dat calorierestrictie of beperking van de grondstoffen die cellen nodig hebben, veroudering lijkt te vertragen, tenminste gedeeltelijk, door de zuurgraad van de vacuole te verhogen.
Hughes zegt dat ze nu wat eerste bewijs hebben op basis van gist, hoe caloriebeperking de levensduur lijkt te verlengen, ze hopen het te vertalen naar mensen en andere hogere organismen.
Hoewel enorm verschillende organismen, in termen van de fundamentele biologie van hun cellen, zoals hoe ze voedingsstoffen consumeren, opslaan en gebruiken, zijn gist en mensen opmerkelijk vergelijkbaar.

Implicaties en volgende stap

Op basis van hun bevindingen suggereren Gottschling en Hughes dat het effect van het verlagen van de zuurgraad in vacuolen hun vermogen om voedingsstoffen en metabolieten (bijproducten van eiwitafbraak) op te slaan, vermindert, zodat ze zich opbouwen in de gistcel en de mitochondria overspoelen.
Ze suggereren dat dit ervoor zorgt dat de mitochondriën meer en meer van hun energie gebruiken om het overschot in te nemen: effectief hun motoren "verbranden". Uiteindelijk hebben ze onvoldoende macht om de eiwitten binnen te brengen die ze nodig hebben om hun vorm te onderhouden en hun werk te doen.
De onderzoekers zijn nu op zoek om dit idee te testen, en ze willen ook ontdekken wat de daling van vacuolezuurgraad in de eerste plaats veroorzaakt. Dit laatste punt is bijzonder interessant omdat hoewel de zuurgraad in moedergistcellen daalt naarmate ze ouder worden, is het weer normaal in pasgeboren dochtercellen, ongeacht hoe oud de moedercellen waren.
Subsidies van de National Institutes of Health, de Helen Hay Whitney Foundation, de Universiteit van Washington, de Glenn Foundation for Medical Research, en de voorlopige ondersteuning van het Hartwell Innovation Fund van het Hutchinson Center, hebben de studie betaald.
Geschreven door Catharine Paddock PhD