Lezione 24 ottobre

Report
Invecchiamento cellulare ed
oncosoppressione (I)
• Perché la senescenza replicativa: per diminuire la possibilità
che una cellula che è andata incontro a mutazioni (danni,
errori durante ripetute replicazioni cellulari) possa iniziare il
processo di trasformazione tumorale, promuovendo la
senescenza cellulare
– L’attività dei geni oncosoppressori è collegata all’invecchiamento
cellulare -> invecchiamento dell’organismo
• L’attivazione di programmi di senescenza e apoptosi può portare nel tempo alla
deplezione del pool di cellule staminali nei tessuti rinnovabili
Invecchiamento ed oncosoppressione:
un legame via p53
• Topi che hanno un’elevata attivitá di p53
muoiono di vecchiaia precoce
• L’attivazione “cronica” di p53 puó essere
responsabile nell’organismo
dell’invecchiamento
• Bilancio di p53: troppo poca -> tumori, troppa
-> invecchiamento
Premature aging
Decreased tumor incidence
Cellule tumorali: alterata attività ed
espressione della telomerasi
• Nelle cellule tumorali, invariabilmente vi é o
un’aberrante espressione della telomerasi, o
meccanismi alternativi basati sulla
ricombinazione cellulare che consentono di
mantenere una lunghezza dei telomeri
adeguata
• La inibizione della telomerasi nelle cellule
tumorali potrebbe portare al verificarsi di una
“crisi” in quelle cellule, e a morte cellulare
Telomerasi ed invecchiamento
• La telomerasi é in grado di immortalizzare
cellule normali senza trasformarle (non è un
oncogene)
– I fibroblasti umani normali ingegnerizzati per
esprimere la telomerasi sono “immortali”
• Elisir di lunga vita?
Qual é il ruolo dei telomeri
nell’invecchiamento?
• Lezioni dal topo: il topo ha telomeri molto lunghi,
ma invecchia ugualmente (!!!). Ci sono quindi altri
meccanismi che concorrono (nell’uomo) e che
sono sufficienti per l’invecchiamento
– Se viene eliminata la telomerasi nei topi, non avviene
niente per le prime generazioni (telomeri ancora
lunghi), poi alla 4 generazione I topi iniziano ad
invecchiare precocemente (telomeri accorciati fino ad
innescare la DNA damage response)
• Riesprimendo la telomerasi in questi topi “vecchi”,
ringiovaniscono!
p66Shc
Un circuito di segnalazione presente nei
mammiferi che collega l’attivitá di p53
alla produzione di ROS ed
all’invecchiamento
CH2
Shc
PTB
CH1
SH2
p66
PTB
CH1
SH2
p52
PTB
CH1
SH2
p46
Nei topi p66-/- c’è una minore incidenza delle malattie associate
all’invecchiamento
• Atherosclerotic lesions take place in arteries in sites where blood flow is not laminar.
• This influences the permeability of the EC barrier to LDL .
• LDL will be retained in the matrix were they undergo oxidation by ROS.
• Ox-LDL are then take-up by macrophages leading to foam cell formation.
Early lesion size (mm2)
Male p66-/- and wild-type mice mice were fed with a 21% high-fat diet for 12-13 weeks.
Atherosclerotic lesions were then evaluated by computer-assisted image analysis and
immunohistochemistry revealing oxidation-specific epitopes of Ox-LDL (mAb EO6)
wt(ND)
wt(HFT)
p66-\-(ND)
p66-\-(HFD)
wt
p66-/-
p66Shc regulate steady-state levels
of intracellular ROS
WT
p66-/-
autofluorescence
DCF fluorescence
WT
p66-/-
MEFs
ECs
FL1-H
100
80
60
40
20
0
WT
p66 -/P3
% relative MF
MAFs
% relative MF
FL1-H
P5
P7
120
100
80
60
40
20
0
WT
p66-/-
p66-/+p66
Mec hanis ms of p53-induc ed apoptos is
p53
STRESS OSSIDATIVO
S tres s
P
p53
Ac
T rans c riptional ac tivation of
apoptotic g e nes
Mitochondria
Cytochrome C releas e
Caspase activatio n
Apoptos is
Genetica dell’invecchiamento:
esistono geni che modulano la
longevità
Invecchiamento nel lievito e nel verme
Il ruolo di Sir2
nell’invecchiamento
Dal lievito all’uomo
Identificazione di Sir-2 nel lievito
• Delezione del gene: invecchiamento “precoce”
• Iper-espressione del gene: estensione del ciclo
replicativo (aumento della longevità)
Sir2 is an NAD-dependent histone deacetylase
+
SIR2
NAD
Nicotinamide
+ ADP-Ribose
NAD is not used as an electron acceptor, it is consumed in the reaction
Meccanismi molecolari di
invecchiamento nel lievito
Accumulo di circoletti di rDNA
extracromosomale
Sir-2 nel lievito
• Nel lievito, l’invecchiamento é causato dalla
formazione di “circoletti extracromosomali di DNA”
codificante originariamente per l’RNA ribosomale.
• I geni per l’RNA ribosomale sono presenti in copie
multiple e vanno incontro a processi di
ricombinazione con formazione di “circoletti”.
• Sir2 é una istone deacetilasi (regolata dal
metabolismo -livelli di NAD+) che compatta la
cromatina dei geni per l’RNA ribosomale e ne riduce
la ricombinazione.
Collegamenti fra metabolismo ed
invecchiamento
• La restrizione calorica (RC) allunga la vita in tutti gli
organismi
• Nel lievito, mutazioni in SIR2 prevengono l’estensione
del “life-span” determinato da RC
• RC: aumentati livelli di NAD+ (rapport NAD+/NADH a
favore del NAD+), aumentata attivitá di SIR2, ridotta
ricombinazione dei geni per l’RNA ribosomale,
invecchiamento rallentato.
• Il pathway di SIR2 é stato selezionato per aumentare
la sopravvivenza in condizione di “stress” (scarso
nutrimento)
Because it consumes NAD, SIR2 has been proposed to
be the monitor that connects metabolism to aging
High Calorie Diet
NAD is converted to
NADH & unavailable
for SIR2
Caloric Restriction:
Less NAD used in catabolism
More available for SIR2
action
SIR2 and extension of life-span
• In yeast (replicative senescence)
• In C. elegans (post-mitotic senescence)
• In mammals???
– regulation of p53
– activation by diet (CR)
Caloric restriction increases SIRT1 expression in a variety of rat tissues
Cohen HY, et al. Science 305:390-392, 2004.
Implicazioni “pratiche”
Resveratrol increases NAD-dependent HDAC activity
Yeung F, et al. Embo J. 23:2369-2380, 2004
Food Sources
• Found in grapes, wine, grape juice, and berries of
Vaccinum species including blueberries, bilberries,
and cranberries
• In grapes, resveratrol is found only in the skins
• The amount of resveratrol in grape skins varies with the grape
cultivar, its geographic origin, and exposure to fungal infection
PBRC 2005
Cardiovascular
Disease
The French
Paradox
• The French Paradox was the observation that mortality
from coronary heart disease is relatively low in France
despite relatively high levels of dietary saturated fat
and cigarette smoking
• This led to the idea that the regular consumption of red
wine might provide additional protection from
cardiovascular disease
PBRC 2005
Il resveratrolo è la soluzione del
French Paradox?
Il resveratrolo è attivo nel lievito
stesso effetto della RC
Risultati identici in C. elegans
Il resveratrolo aumenta la
sopravvivenza in un piccolo vertebrato
(N. furzeri)
Il resveratrolo (attivatore di SIRT) ha un effetto antiinvecchiamento in modelli animali di dieta ipercalorica
Il resveratrolo porta il fegato di animali ipercalorici ad un
profilo di espressione genica simile al fegato “normale”
Longevity
• Although resveratrol did increase the activity of the homologous
human enzyme (Sirt1) in the test tube, whether or not resveratrol can
extend the human lifespan is currently unknown
• And again, the resveratrol concentrations that were necessary to
increase Sirt1 activity in the test tube were considerably higher than
any concentration previously measured in human plasma
PBRC 2005
Non prendiamo troppo alla lettera i giornali,
neanche quelli scientifici!
In Conclusion…
• At present, relatively little is known about the
effects of resveratrol in humans
PBRC 2005
Nel frattempo...
Nel frattempo...
GlaxoSmithKline to acquire Sirtris Pharmaceuticals, a
world leader in 'Sirtuin' research and development
Issued – Tuesday 22 April 2008, London, UK, Philadelphia PA, Cambridge, MA –
GlaxoSmithKline (NYSE: GSK) and Sirtris Pharmaceuticals Incorporated (Nasdaq: SIRT)
announced today that they have entered into a definitive agreement pursuant to which
GlaxoSmithKline will acquire Sirtris Pharmaceuticals for approximately USD720 million
(or approx. GBP362 million) through a cash tender offer of USD22.50 (or approx.
GBP11.33) per share.
Ed oggi…

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