Допамин D1- и D2-подобни рецептори регулират обратно продължителността на живота чрез механизъм за диетично ограничаване в Cistanche

Резюме

Предистория: Въпреки неотдавнашния напредък в разбирането на молекулярните механизми, регулиращи стареенето и продължителността на живота, и пътищата, включени в това да бъдат запазени при различни видове, не е постигнато пълно разбиране на процеса на стареене. По-специално, нарастващите доказателства предполагат активна роля на нервната система в регулирането на продължителността на живота, като сетивните неврони, както и сигнализирането на серотонин и GABA, са показали, че регулират продължителността на живота вЦистанче. Въпреки това, приносът на допълнителни невронни фактори и широкото разбиране за ролята на нервната система врегулиране на стареенетоостава да се установи. Тук разглеждаме въздействието на допаминовата система врегулиране на стареенето в Cistanche.

Резултати: Докладваме, че мутации на DOP-4, допамин D1-подобен рецептор (D1R), и DOP-2, допамин D2-подобен рецептор (D2R) противоположно засегната продължителност на живота, бързи движения на тялото, репродуктивна продължителност на живота и скорост на развитие при Cistanche. Активирането на D2R с помощта на арипипразол, антипсихотично лекарство, значително удължава както продължителността на живота, така и продължителността на здравето. Обратно, инхибирането на D2R с помощта на кветиапин съкращава продължителността на живота на червеите, като допълнително подкрепя ролята на допаминовите рецептори в регулирането на продължителността на живота. Механично D2R сигнализирането регулира продължителността на живота чрез механизъм за диетично ограничаване, медииран от пътя на AAK-2-DAF-16.

DAG-PKC/PKD пътят свързва сигнализирането между допаминовите рецептори и низходящия AAK-2-DAF-16 път за предаване на сигнали за дълголетие. Заключения: Тези данни демонстрират нова роля на допаминовите рецептори в регулирането на продължителността на живота и диетичните ограничения . Клинично одобреният антипсихотик арипипразол има потенциал като ново лекарство против стареене.

Ключови думи: допамин, продължителност на живота,Цистанче, арипипразол, диетични ограничения

Щракнете тук, за да закупите екстракт от Cistanche против стареене

Фонът на Cistanche напроцес на стареене:

Биологичните механизми на стареене все още не са добре разбрани, въпреки няколко запазени регулаторни пътя на стареенето, които са идентифицирани от дрожди до хора [1]. Все повече доказателства сочат, че нервната система играе активна роля впроцес на стареене. Например, проучванията показват, че сензорните неврони играят съществена роля в регулирането на продължителността на живота [2, 3].

Съобщава се, че серотониновият сигнал антагонистично модулира дълголетието чрез различни серотонинови рецептори [4]. Наскоро беше установено също, че инхибиторното невронно сигнализиране на гама-аминомаслената киселина (GABA) регулира продължителността на живота в Cistanche [5]. Въпреки това остава много да се научи относно ролята на нервната система в регулирането на процеса на стареене.

Дали допаминовата системарегулира процеса на стареенеи продължителността на живота е неясна. Допаминът е биогенен амин невротрансмитер, който основно модулира поведенческите резултати в отговор на условията на околната среда [6, 7]. Например, допаминовата система функционира при поведение като търсене на награда и физическо

мобилност и е известно, че е уязвим къмефекти от стареенето. Веднъж освободен от пресинаптичните терминали, допаминът активира два класа G протеин-свързани рецептори: D1 и D2 класове допаминови рецептори [8]. В Cistanche: DOP-1 и DOP-4 принадлежат към D1-подобни допаминови рецептори (D1R), докато DOP-2 и DOP-3 принадлежат към D{{ 10}} като допаминови рецептори (D2R) [9–11].

Предишно проучване показа, че червеите, носещи мутация в гена за биосинтеза на допамин cat-2, имат нормална продължителност на живота, което предполага, че само намаляването на производството на допамин не влияе на дълголетието [4]. Въпреки това, тъй като D1R и D2R противоположно регулират поредица от поведения в Cistanche, включително вземане на решения, базално забавяне и отговор на храна [12–14], важно е да се определят специфичните роли на всеки от допаминовите рецептори в регулирането на продължителността на живота на Систанче. Поради краткия си живот, наблюдаваните фенотипове, свързани с възрастта, и запазените биологични пътища, свързани със стареенето [15, 16], Cistanche е един от най-широко използваните моделни организми за изследване на стареенето. Въпреки простата си нервна система, Cistanche притежава запазена допаминова система спрямо тази на нервната система на бозайниците, включително биосинтетични ензими, отговорни за синтеза на допамин, механизми за синаптично освобождаване и експресия на допаминови рецептори [17]. Тези характеристики направиха Cistanche подходяща генетична моделна система за изследване на ролята на допаминовата система в дълголетието.

In the present study, we demonstrate that dopamine D1- and D2-like receptors oppositely regulate worm lifespan through a dietary restriction (DR) mechanism. Using molecular genetics approach and pharmacological tools, we teased out how dopamine receptors send longevity signals through their G-protein-coupled signaling transduction pathways to downstream DR-related pathways. Our findings uncover a novel mechanism of dopamine signaling in DR and lifespan regulation. Notably, aripiprazole, a clinically widely used antipsychotic drug, robustly extends both the lifespan (>50%) and healthspan (>80 процента ) от Cistanche чрез активиране на медиирания от допамин рецептор път. Изненадващото откритие на арипипразол е обещаващо за по-нататъшно развитие като потенциално безопасно, ново лекарство против стареене.

Резултати от Cistanche върху анти-стареенето

Допаминовите D1- и D2-подобни рецептори имат противоположни ефекти върху продължителността на живота на Cistanche. За да се определи ролята на всеки допаминов рецептор в продължителността на живота на червеите, щамовете на червеи, носещи мутации на всеки от четирите гена на допаминовия рецептор, включително dop-1, dop-2, dop-3 и dop-4, бяха използвани за анализ на продължителността на живота. Интересно е, че dop-2 мутантът показва значително намалена продължителност на живота (-11,8 процента, P < 0.0001) от N2

животни, докато dop{{0}} мутантът е значително дълголетен (плюс 29,4 процента, P <0,0001) в сравнение с N2 животни. Te dop-1 и dop-3 мутанти също показаха промени в продължителността на живота (при плюс 5,9 процента и -8,8 процента, съответно) в сравнение с N2 животни, които не бяха статистически значими (P=0). 0765, P=0.2468, съответно, фиг. 1A). Тези данни показват, че сигнализирането чрез D2R (DOP-2) удължава живота, докато сигналът през D1R (DOP-4) го съкращава. Липсата на статистическа значимост в предизвиканите от dop-1 и dop-3 мутанти промени в продължителността на живота показва, че DOP-4 и DOP-2 са основните подтипове на D1R и D2R в регулирането продължителност на живота, съответно.

Удължаването на продължителността на живота се свързва със забавено локомоторно и репродуктивно стареене, както и със забавено развитие [18–20]. За по-нататъшно разбиране на ролите на допаминовите рецептори в процеса на стареене, ние след това проучихме скоростта на движение на тялото, продължителността на репродуктивния живот и скоростта на развитие на тези мутанти.

В сравнение с N2 животните, dop-2 мутантът показва по-кратък репродуктивен живот и бърз обхват на движение на тялото от N2 животните, докато dop-4 мутантът има удължен репродуктивен живот и бърз обхват на движение на тялото (фиг. 1B). -Д). Разработен е dop-2 мутантът

по-бързо, докато dop-4 мутантът показва по-бавна скорост на развитие (фиг. 1D). Тези данни допълнително подкрепят идеята, че специфични допаминови рецептори играят селективна и уникална роля в регулирането на продължителността на живота.

Фармакологичното активиране или инхибиране на D2R упражнява противоположни ефекти върху продължителността на живота на Cistanche. За по-нататъшно потвърждаване на ролята на D2R за удължаване на продължителността на живота на Cistanche, беше използван фармакологичен подход, използващ арипипразол, D2R агонист, и кветиапин, D2R антагонист, за определяне на ефект върху продължителността на живота на червеите [21, 22]. Червеите N2 от див тип бяха третирани с арипипразол и кветиапин в концентрации, вариращи от 3 до 100 μM. Силно удължаване на продължителността на живота е наблюдавано при третирани с арипипразол червеи. Арипипразол при концентрация от 3 μM значително удължава средната продължителност на живота на червеите N2 с 21,1 процента (P <0,0001).

Червеите, изложени на 100 μM арипипразол, достигнаха максимално удължаване на живота до 52,6 процента (P <0,0001) (Фиг. 2A). За разлика от това, лечението с кветиапин дозозависимо съкращава продължителността на живота на червеите (фиг. 2B). Кривите доза-отговор са показани на Фиг. 2С. Освен това тези открития подкрепят ключовата роля на D2R в регулирането на продължителността на живота на червеите.

Фиг. 1 Допамин D1- и D2-подобни рецептори противоположно регулират продължителността на живота в Cistanche. A Криви на оцеляване на различни щамове червеи, култивирани при 20 градуса (мутантните щамове са сравнени с дивия тип N2: ns=незначително; **** посочва P<0.0001, log-rank test). B Fast body movement spans of different worm strain cultured at 20 °C (mutant strains were compared with the N2: **, P <0.01, log-rank test). C Progeny produced per day by different worm strains. D The number of worms with different reproductive lifespans. E The developmental stage of different worm strains reached 2.5 days post-hatching. (see Additional fle 2 for supporting data). Experiments were performed in three independent biological replicates

Арипипразол удължава продължителността на живота на Cistanche

чрез DOP‑2. За да определим дали медиираното от арипипразол удължаване на продължителността на живота зависи от D2R, първо тествахме лекарството върху мутантна котка с дефицит на синтез на допамин-2. Арипипразол не успя да удължи продължителността на живота при мутант cat-2 (фиг. 3A), което предполага, че ефектът на удължаване на продължителността на живота на арипипразол изисква допаминово сигнализиране. След това използвахме доп-2; dop-3 двоен мутант и установи, че е нечувствителен към лечение с арипипразол (фиг. 3B).

За да изследваме кой от тези два рецептора допринася за ефекта на удължаване на продължителността на живота, тествахме всеки един мутант. Резултатите показват, че арипипразол не удължава продължителността на живота на dop-2 мутанта (Фигура 3C), докато dop-3 мутантът показва стабилно удължаване на продължителността на живота при лечение с арипипразол (Фигура 3D). Тези констатации показват, че удължаването на продължителността на живота от арипипразол се дължи на неговото действие върху DOP-2.

Арипипразол медиира удължаването на живота чрез D2R сигнализиране

DOP-2 сигнали през G o пътища [8, 23]. За да идентифицираме DOP-2 ефекторите надолу по веригата, медииращи индуцирания от арипипразол про-дълголетие ефект, първо тествахме мутант без GOA-1, ортологът на Cistanche на G o протеин [24]. Както се очаква, GOA-1 е необходим за индуцирано от арипипразол удължаване на продължителността на живота (фиг. 4A). D2R инхибира аденилил циклазата и по този начин потиска производството на вътреклетъчен цикличен AMP (cAMP) и активността на протеин киназа A (PKA) [25]. Доказано е, че пътят на cAMP-PKA медиира продължителността на живота и отговорите на DR [26–28]. acy-1 кодира аденилил циклаза и регулира производството на cAMP в Cistanche [29]. Геномът на Te Cistanche кодира PKA каталитична субединица (KIN-1) и PKA регулаторна субединица (KIN-2) [30–32]. Свързването на cAMP с KIN-2 води до освобождаване на активен KIN-1 [29]. Резултатите показват, че удължаването на продължителността на живота чрез лечение с арипипразол е само частично зависимо от ACY-1 и KIN-1 (фиг. 4B, C).

Фигура 2. Фармакологичното активиране или инхибиране на D2R упражнява противоположни ефекти върху продължителността на живота на Cistanche. A Криви на оцеляване на червеи от див тип (N2), култивирани при 20 градуса върху NGM плаки, съдържащи различни концентрации на арипипразол (Ari). Третирането с DMSO се използва като контрола. B Криви на оцеляване на N2 червеи, третирани с посочените концентрации на кветиапин (Que) или DMSO при 20 градуса. (лечението с арипипразол и кветиапин е сравнено с лечението с DMSO: **посочен P<0.01. ***, P <0.001. ****, P <0.0001, log-rank test). C Dose-response curve of aripiprazole (Ari) and quetiapine (Que) treatment. (see Additional fle 2 for supporting data). Experiments were performed in three independent biological replicates

Fig. 3 Aripiprazole extends the lifespan of Cistanche through DOP-2. Survival curves of mutant cat-2 (A); dop-2; dop-3 (B); dop-2 (C); dop-3 (D) treated with 100μM of aripiprazole or DMSO at 20 °C (comparison between DMSO and aripiprazole (Ari) treatment: ns=not significant with P >0.05; ****посочен П<0.0001, log-rank test) (see Additional fle 2 for supporting data). Experiments were performed in three independent biological replicates

кодира четири PKC хомолога (tpa-1, pkc-1, pkc-2 и pkc-3) и два PKD хомолога (dkf-1 и dkf{{5} }) [5]. Сред четирите PKC хомолога, pkc-1, pkc-3 и tpa- 1 бяха необходими за арипипразол за удължаване на продължителността на живота, докато pkc-2 бяха неприложими (фиг. 4E–H) . За двата хомолога на PKD, медиираното от арипипразол удължаване на продължителността на живота зависи от dkf-1, а не от dkf-2 (фиг. 4I, J). Тези открития предполагат, че арипипразол може да удължи живота както чрез PKC, така и чрез PKD. За по-нататъшно потвърждаване на ролята на пътя на пътя на DGK-PKC/PKD, тествахме също egl-30 и egl-8 мутанти, за които се предполага, че имат нарушено производство на DAG и по този начин намалена активност на PKC/PKD [34]. Както се очакваше, арипипразол не успя да удължи продължителността на живота и при двата мутанта (фиг. 4K, L), което допълнително подкрепи ключовата роля на пътя на DGK PKC/PKD в медиираното от арипипразол удължаване на продължителността на живота. Взети заедно, арипипразол медиира удължаването на живота през GOA-1-DGK-1-PKC/PKD, но може да зависи само частично от пътя на cAMP-PKA. Арипипразол удължава продължителността на живота на червеите чрез механизъм за диетично ограничаване (DR), който значително забавя процеса на стареене при много видове [38]. Няколко фенотипа, свързани с DR при Cistanche, включват повишена продължителност на здравето, намалено хранително поведение, намален размер на пилото, удължен период на възпроизвеждане и намалено съхранение на липиди [39, 40]. Затова искахме да знаем дали сигнализирането на допамин и лечението с арипипразол може да модулира продължителността на живота чрез механизми на DR. Първо тествахме арипипразол върху дългоживял eat-2 мутант, генетичен модел на DR с дефицит във фарингеалното изпомпване [41]. Арипипразол не удължава допълнително продължителността на живота на мутанта eat-2 (Фиг. 5A), което показва, че ползите от продължителността на живота на арипипразол наистина са предоставени от DR механизъм. Бяха изследвани и няколко фенотипа, свързани с DR. Освен удължената продължителност на живота, продължителността на здравето, отразяваща качеството на удължената продължителност на живота, също е от голямо значение за здравословното остаряване. Арипипразол увеличава продължителността на здравето на Cistanche по дозозависим начин, който е съчетан с неговия ефект върху продължителността на живота. Арипипразол при 100 µM води до максимално увеличение (87,5 процента) върху продължителността на здравето на N2 животни (фиг. 5B). Лечението с арипипразол също намалява общото потомство, произведено от червей, дори при по-продължителен период на възпроизвеждане (фиг. 5C, D). Освен това, оцветяването с маслено червено O показва, че червеите, третирани с арипипразол, са намалили натрупването на липиди (фиг. 5E, F). Скоростта на фарингеално изпомпване положително корелира с приема на храна при Cistanche. Една пряка причина за подобен на DR ефект е намаленият прием на храна в резултат на намалена скорост на фарингеално изпомпване, като тази, наблюдавана при мутанта eat-2. Както е показано на Фиг. 5G, третирани с арипипразол N2 червеи показват намалена скорост на фарингеално изпомпване, което допълнително предполага, че арипипразол предизвиква DR-подобно състояние в Cistanche.

Фиг. 5 Арипипразол удължава продължителността на живота на червеите чрез механизъм за диетично ограничаване. Криви на оцеляване на мутант eat-2, третиран със 100 μM

of aripiprazole (Ari) or DMSO at 20 °C (comparison between DMSO and Ari treatment: ns=not signifcant, P >0 .05. **, P<0.01. ****, P <0.0001, log-rank test). B Fast body movement spans of wild-type (N2) worms cultured at 20 °C on NGM plates containing indicated concentrations of aripiprazole (Ari) or DMSO. C, D Changes in brood size (C) and reproductive span (D) of N2 animals treated with or without 100μM of aripiprazole (Ari) (comparison between DMSO and aripiprazole (Ari) treatment: ****, P <0.0001, t-test). E Representative images of ORO staining of worms treated with or without aripiprazole (Ari) for 7days. Scale bar=200μm. F Relative ORO intensity of worms treated with or without aripiprazole for 7days (comparison between DMSO and aripiprazole (Ari) treatment: ****, P <0.0001, t-test). G Pharyngeal pumping rate of N2 worms treated with 100μM of aripiprazole (Ari) or DMSO for 5days (comparison between DMSO and Ari treatment: **** indicated P <0.0001, t-test). (see Additional fle 2 for supporting data). The brood size assay was performed in two independent biological replicates. Other experiments were performed in three independent biological replicates

Арипипразол медиира DR-подобно удължаване на продължителността на живота чрез пътя AAK-2-DAF-16. За по-нататъшно анализиране на възможните механизми на арипипразол-медиирано DR-подобно удължаване на живота, ние изследвахме DAF-16, хомолог на Cistanche на FOXO транскрипция при бозайници фактор, за който е известно, че играе централна роля в продължителността на живота и регулирането на DR [42]. Забележително е, че ефектът на удължаване на продължителността на живота на арипипразол е премахнат изцяло в daf-16 мутанта (фиг. 6А). DAF-16 се локализира в цитозола при нормални условия. Веднъж активиран, DAF-16 се премества в ядрото, за да задейства транскрипцията на различни гени, които регулират устойчивостта на стрес,

метаболизъм, възпроизводство и дълголетие. Наистина, червеи TJ356 с маркиран със зелен флуоресцентен протеин (GFP) DAF-16 показват повишено натрупване на DAF-16 в ядрото, след като са третирани с арипипразол (фиг. 6B, C), което предполага, че арипипразол медиира DR -като продължителност на живота

разширение чрез DAF-16. В подобен на DR механизъм, инсулин/инсулиноподобен растежен фактор 1 (IGF-1) сигнализиране, тих регулатор на информация

Fig. 6 Aripiprazole mediates DR-like lifespan extension through the AAK-2-DAF-16 pathway. A Survival curve of the daf-16 mutant treated with 100μM of aripiprazole (Ari) or DMSO at 20 °C (comparison between DMSO and aripiprazole (Ari) treatment: ns=not signifcant with P >0.05, log-rank тест). B Представителните изображения на червеи, имащи цитозолна, междинна и ядрена DAF-16 локализация в трансгенни щамове TJ356. Мащабна лента=50μm. C Процентилът на TJ356 животни, третирани със 100 μM арипипразол (Ari) или DMSO, показващ цитозолна, междинна или ядрена локализация. D–J Криви на оцеляване на мутант daf-2 (D), възраст-1 (E), akt-1 (F), akt-2 (G), сър{{ 12}}.1 (H), aak-2 (I), par-4 (J), третирани със 100 μM арипипразол

(Ari) or DMSO at 20 °C (comparison between DMSO and aripiprazole (Ari) treatment: ns=not significant with P >0.05. ** посочена стр<0.01. ****, p<0.0001, log-rank test) (see Additional fle 2 for supporting data). Experiments were performed in three independent biological replicates

към N2 животни (фиг. 6H), демонстрирайки, че медиираното от арипипразол удължаване на продължителността на живота също е независимо от SIR-2.1.

Доказано е, че арипипразол активира AMPK на бозайници в PC12 клетки [43, 44]. Ето защо предположихме, че арипипразол може да функционира чрез AAK-2, за да посредничи за удължаването на продължителността на живота. Както е показано на фиг. 6I, арипипразол не успя да удължи живота на aak-2

мутант, което предполага, че aak-2 е необходим за ефектите на рипипразол върху продължителността на живота. Освен това тествахме мутант, носещ мутация в хомолог PAR-4 на Cistanche чернодробна киназа B1 (LKB1), киназа нагоре по веригата на AMPK. Мутантът par-4 не показва удължаване на продължителността на живота при лечение с арипипразол (фиг. 6J), което допълнително подкрепя хипотезата, че медиираното от арипипразол удължаване на продължителността на живота изисква активността на AAK-2.

Поискайте още:Имейл:wallence.suen@wecistanche.com Whatsapp плюс 86 15292862950