蛋白质,增强体质减少寿命

来自约翰霍普金斯大学的医学研究人员说,他们已经增加了证据表明,一种叫做CaMKII的蛋白质提高力量、耐力、肌肉幼小动物的健康和健身。他们的实验工作在老鼠和果蝇身上的药物,然而,发现CaMKII的基因也会导致进化的权衡:增加与年龄有关的疾病的易感性,脆弱和死亡率。

5月26日发表在《自然通讯,研究表明,未来疗法针对CaMKII可以延缓老年疾病的,研究人员说。

根据这项研究的领导人,基因的进化的保护,使年轻人跑得更快和有力回应“战或逃”反应是有意义的:它帮助他们捕获的猎物或逃避天敌,从而确保他们的繁殖成功率。然而,其中一些基因携带一个高昂的代价,动物需要支付当他们长大。新的研究表明,打开CaMKII通过添加氧气化学反应引起的,这些生存的反应称为氧化,加强对年轻的动物。然而,氧化应激增加而老化,导致CaMKII的过度激活。高架CaMKII活动长期以来一直与组织损伤在心力衰竭、房颤、癌症、肺病和神经退行性疾病,研究副主管马克安德森医学博士说医学博士,教授,医学部门的主任约翰·霍普金斯大学医学院的。

为了进一步探讨氧化应激和老化和健身的链接,安德森和他的研究小组转基因老鼠所以CaMKII抗氧化。然后他们如何使用跑步机比较小鼠的运动性能和没有CaMKII氧化。

他们发现小鼠氧化CaMKII能够运行,平均约150米,每分钟约5米的速度比与抗氧化CaMKII的老鼠。

当研究人员从小鼠肌肉组织做了活检,寻找其他基因以前与肌肉增长,康复锻炼,改善血液流动和免疫细胞的激活——增加身体耐力的因素——他们发现他们激活只在小鼠可氧化的CaMKII。

进一步的实验表明,CaMKII小鼠肌肉组织的活动增加了表达与炎症相关的细胞通路,糖尿病、心脏扩大、癫痫和肥胖。

这些实验进一步证明疾病衰老是自然的权衡植入我们的基因组成,秦川Wang说,医学博士,副主管和助理教授约翰·霍普金斯大学医学院的。“但他们给我们一些希望可以目标基因结构与年龄相关的疾病作斗争。”

约翰霍普金斯大学医学小组还进行转基因果蝇实验是否一个可氧化的CaMKII产生类似的性能在无脊椎动物和健康影响,自然没有一个oxidation-sensitive CaMKII蛋白质。

研究人员使用一种gene-cutting和插入工具叫CRISPR氧化站点添加到CaMKII基因在果蝇的DNA。

在一个实验中,苍蝇是放在玻璃管和允许爬管的顶部。研究人员发现,转基因果蝇有可氧化的CaMKII攀爬的更高,并且5毫米每秒的速度比与抗氧化CaMKII苍蝇。结果表明,氧化应激的生理水平可以通过氧化和激活CaMKII增强物理性能。

当研究人员喂养果蝇抗氧化剂饮食来抵消对修改后的CaMKII氧化应激的影响,苍蝇和没有基因改造同样在攀登测试执行。

在另一项实验中,研究人员喂苍蝇饮食含有除草剂百草枯,过载的苍蝇过多的氧化剂,激活CaMKII只转基因,但不修改的,苍蝇。他们发现苍蝇的攀爬性能与oxidant-resistant CaMKII基因并不是影响百草枯的饮食,这是预期由于没有蛋白质激活。

相比之下,在这样一个氧化应激,转基因果蝇与可氧化的CaMKII遭受显著减少爬性能:他们几乎爬10毫米每秒低于同行美联储正常饮食,表明过度氧化应激导致物质通过氧化和激活CaMKII下降。

研究人员发表了类似的观察在飞翔的心。他们发现苍蝇的心与可氧化的CaMKII更快更有力地收缩和放松与抗氧化CaMKII比苍蝇。然而,性能优势的心转基因果蝇被撤销当研究者中和氧化剂和抗氧化剂。研究人员还发现,转基因果蝇的心更容易受到过度氧化剂的破坏性影响,他们变得不正常或完全停止跳动时治疗百草枯,oxidant-generating化学。

王说,最引人注目的发现是,尽管拥有更好的物理性能和心脏功能,转基因果蝇经历了一个更快速的与年龄相关的下降和他们在年轻的时候死亡。

“进化的主要作用是改善的能力进行物种,包括产生更多的后代,善于寻找食物。我们的研究结果证实,一个物种的寿命和寿命的改进,并非总是必要要实现这一目标,”盖伯瑞尔毕弗解释说,博士,副教授功能解剖学和演化在约翰霍普金斯大学医学院和这项研究的合作者。“事实上,一些非常适应,使一个物种成功也导致衰老和与年龄有关的疾病。”

总体而言,研究人员说,这些发现可能会提供新的目标来解决大量的氧化损伤相关疾病也可以提供一个解释为什么研究广谱抗氧化剂,例如维生素C和E,都取得了好坏参半的结果治疗心脏疾病,帕金森病和亨廷顿氏病。

科学家们说,设计专门治疗目标基因CaMKII等监管机构可能更好地工作。

“数亿年来,这些疾病被编程到动物基因组困扰着我们的生活,”贝弗说。“很明显,我们需要一个更完整的理解它们的进化根源如果我们希望找到治愈。”

研究人员发现更多的证据表明,CaMKII激活基因与早期免疫反应有关,早期脊椎动物的适应带来健康,帮助抵御传染病。科学家们发现,当人们变老时,激活免疫系统的异常会导致系统性和慢性炎症,增加所有主要与年龄相关的疾病的风险。“CaMKII激活免疫反应的能力面对氧化应激可能参与衰老和疾病的线索,”王说。

参考:王Q, Hernandez-Ochoa EO Viswanathan MC, et al . CaMKII氧化是一个关键的性能/疾病权衡收购在脊椎动物进化的黎明。Nat Commun。2021;12 (1):3175。doi:10.1038 / s41467 - 021 - 23549 - 3

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