Эпигенетические механизмы старения реферат

Обновлено: 05.07.2024

В опытах на животных показано, что сниженная калорийность питания матери эпигенетически индуцирует усиление возрастной непереносимости глюкозы у поросят [12]; добавка бетаина беременным свиньям увеличивает содержание холестерина в печени неонатальных поросят посредством эпигенетических правил метаболических генов холестерина [13]. Долгосрочное потребление высоких доз никотинамида (витамина РР) самками крыс, в том числе при беременности, может быть фактором риска метаболических аномалий у потомства, связанных с метилированием генов и инсулинорезистентностью, а фолиевой кислоты — увеличивает опухолевый генез молочной железы, но снижает риск колоректального рака и ряда врожденных дефектов сердца у потомства [14—16]. Введение 150 мг фолиевой кислоты в яйца улучшает рост бройлеров и укрепляет взаимосвязь между иммунной функцией и эпигенетической регуляцией иммунных генов путем изменения конформации хроматина и метилирования промотеров гистонов [17]. У людей эффект воздействия фолиевой кислоты на эпигенетическую регуляцию фосфоенолпируваткарбоксикиназы — ключевого фермента в образовании глюкозы из пировиноградной кислоты и гомеостаза глюкозы зависит от периода жизненного цикла и пола [18]. Материнский статус фолата, регулируемый диетическими и генетическими факторами на ранних стадиях беременности, предположительно может влиять на риск расстройств аутистического спектра у людей, однако данные об эпигенетическом воздействии пока ограниченны [19].

Таким образом, сердечно-сосудистая патология, ожирение, аутоиммунные проявления, сахарный диабет (СД) и предположительно аутизм эпигенетически связаны с образом жизни матери, пренатальным и постнатальным периодами, относимыми к критическим в отношении здоровья в будущем, и могут регулироваться такими пищевыми компонентами, как фолаты и фолиевая кислота.

Эпигенетические механизмы старения. Старение как совокупность изменений, постепенно увеличивающих вероятность смерти, с эпигенетической точки зрения характеризуется воспроизводимым в независимых выборках гипометилированием CpG-последовательностей [20]. Возрастные изменения эпигенетических меток могут приводить к снижению иммунной функции, что способствует увеличению заболеваемости пожилых людей, для поддержания здоровья которых здоровый образ жизни (ЗОЖ) на протяжении всей жизни, учитывая пожизненную эпигеномную регуляцию во врожденных иммунных клетках, в лимфоцитах Т- и В- под действием внутренних и внешних факторов, может быть самым эффективным способом профилактики заболеваний [21, 22].

Одним из примеров профилактики возрастных изменений может служить длительный прием фолиевой кислоты пожилыми здоровыми людьми, вызвавший глобальное метилирование ДНК, причем, несмотря на препозицию связи нейродеструктивных процессов с аберрантным метилированием ДНК в лейкоцитах, когнитивные способности пожилых только улучшились [26]. Однако не только внешние воздействия, но и генетические факторы влияют на эпигеномные изменения. Так, в лонгитюдном исследовании психических расстройств у пожилых жителей Австралии (n=1863) показано, что метилирование и модификация связи между депрессией и метилированием ДНК находятся под влиянием генетических вариантов ангиотензинпревращающего фермента, играющего ключевую роль в регуляции гипоталамо-гипофизарно-надпочечниковой системы [27].

Выявленные к 2011 г. эпигенетические механизмы, обеспечивающие влияние элементов образа жизни и среды на здоровье. К 2011 г. стало известно, что потребление фолатов, эпигаллокатехин-3-галлатов зеленого чая, селена, а также физическая активность, табакокурение, материнская диета и табакокурение матери во время беременности, вредное потребление алкоголя, воздействие поллютантов окружающей среды (мышьяк, хром, аэрозоли, бензол, полициклическихе ароматические углеводороды и стойкие органические соединения), а также старение, психологический стресс и сменная работа оказывают влияние на экспрессию генов путем изменения метилирования ДНК. Потребление полифенольных соединений и селена с пищей, а также физическая активность ведут к ковалентной модификации (ацетилированию) гистоновых белков. Физическая активность, курение сигарет и внутриутробные условия, в частности связанные с курением табака матерью во время гестации, регулируется экспрессией miРНК путем метилирования ДНК в miРНК локусах [33].

Эпигенетические механизмы воздействия ЗОЖ как интегрального показателя на здоровье. ЗОЖ в совокупности его элементов также может играть определенную роль в регуляции метилирования ДНК. Так, выявлены высокие уровни индекса глобального метилирования ДНК и гена TNF-α противовоспалительного цитокина в белых клетках крови в группе здоровых молодых людей (n=156) со средней нормальной массой тела, соблюдающих ЗОЖ, против контрольной группы с метаболическими нарушениями. Среди элементов ЗОЖ 1-й группы выявлены потребление рационального количества энергии и микроэлементов с пищей, большее число занимающихся спортом лиц и меньшее число курящих [38]. С другой стороны, пациенты с СД 1-го типа (Чили) без осложнений относительно контрольной группы без СД показали достоверно более высокий уровень метилирования промотора гена TNF-α [39].

Функциональная значимость эпигенетических механизмов как интерфейса между модификациями образа жизни и фенотипическими изменениями подчеркивается обширным перепрограммированием эпигенома диетой и физическими упражнениями. У мышей физические нагрузки и двигательная активность благодаря их защитным эффектам на фоне питания фастфудом, для которого характерно высокое содержание жиров, сахара и соли, предотвращали вызванное фастфудом гиперметилирование ДНК в клетках печени, особенно у промоторов и энхансеров. Вместе с тем ослабление гипометилирования в определенных участках ДНК наблюдалось только частично. Без физической нагрузки наблюдалось тотальное гиперметилирование и значительное увеличение специфических для печени энхансеров, что предполагает частичную потерю идентичности гепатоцитов, а гиперметилирование множества генных промоторов было связано с ингибированием развития ткани и промотированием канцерогенных процессов [40]. Коррелирующие со снижением массы тела изменения в эпигенетических модификациях 12 геномных локусов, из которых два расположены вблизи ассоциированных с потерей массы тела генов RUNX3 и NAMPT, выявлены у женщин 55—70 лет без инвалидности (n=20) на протяжении 6 мес, участвовавших в программе группового санитарного просвещения по вопросам значимости отказа от сидячего образа жизни для здоровья (9 занятий по 2 ч), против контрольной группы (6 занятий иной тематики по 1 ч). В виде проекта авторы предложили потенциальный эпигенетический предиктор снижения массы тела на основе базового метилирования ДНК в 5 CpG-сайтах [41].

Эпигенетические механизмы повреждающего воздействия экспозиции мелкодисперсным аэрозолем. Эпигенетические подтверждения вредного воздействия найдены в отношении вдыхания мелкодисперсных аэрозолей (взвешенные частицы), которые ВОЗ в 2005 г. отнесла к стохастическим факторам, не имеющим порога воздействия. Показано, что экспонирование аэрозолем с размером частиц не более 10 мкм (РМ₁₀) повышает активность гистонацетилтрансферазы, катализирующей модификацию гистонов, и уровень ацетилированного гистона типа Н4 и таким образом способствует высвобождению воспалительных цитокинов [42]. Школьники (n=900) с воспалением дыхательных путей даже при кратковременном вдыхании самой мелкодисперсной пыли с размером частиц до 2,5 мкм (PM_2,5) и наиболее опасной ввиду легкого проникновения сквозь биологические барьеры фракции аэрозолей проявили большую генетическую и эпигенетическую восприимчивость к этому типу аэрозолей [43]. РМ_2,5 при 2-часовой экспозиции в концентрации 250 мг/м 3 индуцирует метилирование в генах, участвующих в метаболизме митохондриальной энергии реакций окисления, снижаемое под действием витаминов группы В в составе аэрозоля, что позволяет использовать данный метод для индивидуальной профилактики вредного воздействия аэрозолей в промышленных районах с частыми пиками выбросов PM_2,5 [44].

Заключение

Aging is a systematic process, which affects different levels of biological organization. Some theories are discussed in this article. There are autointoxicational, telomeric, free-radical, genetic and epigenetic theories. Special attention is paid to genetic mechanisms of aging and longevity. Authors give different examples, which illustrate the genetic determination of this process (salmon fishes, naked mole-rat and human diseases of accelerated aging). Genetic and epigenetic mechanisms of regulation of aging are discussed in this article. The final part of the present article contains the analysis of modern directions of research on the aging process.

Discover the world's research

20+ million members
135+ million publications
700k+ research projects

1 Монахова Маргарита Алек сандровна – мл . науч . сотр . кафедры генетики биологического факу льтета Московск ого государ -

науч . сотр . кафедры г енетики биологического факу льтета Моск овского г осударственног о университета имени М . В . Ломоносова ,

Рис . 1. Г олый землек оп (Heter ocephalus glaber ) : А – внешний вид живо тного , Б – иллюстра тивная кривая

Some theories ar e discussed in t his ar ticle. There are autointoxicat ional, telomeric, free -radical,

genetic mechanism s of regulation of aging are d iscussed in th is art icle. The ﬁ nal part of present

Age is the highest risk factor for some of the most prevalent human diseases, including cancer. Telomere shortening is thought to play a central role in the aging process in humans. The link between telomeres and aging is highlighted by the fact that genetic diseases causing telomerase deficiency are associated with premature aging and increased risk of cancer. For the last two decades, this link has been mostly investigated using mice that have long telomeres. However, zebrafish has recently emerged as a powerful and complementary model system to study telomere biology. Zebrafish possess human-like short telomeres that progressively decline with age, reaching lengths in old age that are observed when telomerase is mutated. The extensive characterization of its well-conserved molecular and cellular physiology makes this vertebrate an excellent model to unravel the underlying relationship between telomere shortening, tissue regeneration, aging and disease. In this Review, we explore the advantages of using zebrafish in telomere research and discuss the primary discoveries made in this model that have contributed to expanding our knowledge of how telomere attrition contributes to cellular senescence, organ dysfunction and disease.

Post-reproductive lifespan varies greatly among species; human post-reproductive lifespan comprises ~30–50% of their total longevity, while semelparous salmon and dasyurid marsupials post-reproductive lifespan comprises

We have found a novel activity in Tetrahymena cell free extracts that adds tandem TTGGGG repeats onto synthetic telomere primers. The single-stranded DNA oligonucleotides (TTGGGG)4 and TGTGTGGGTGTGTGGGTGTGTGGG, consisting of the Tetrahymena and yeast telomeric sequences respectively, each functioned as primers for elongation, while (CCCCAA)4 and two nontelomeric sequence DNA oligomers did not. Efficient synthesis of the TTGGGG repeats depended only on addition of micromolar concentrations of oligomer primer, dGTP, and dTTP to the extract. The activity was sensitive to heat and proteinase K treatment. The repeat addition was independent of both endogenous Tetrahymena DNA and the endogenous alpha-type DNA polymerase; and a greater elongation activity was present during macronuclear development, when a large number of telomeres are formed and replicated, than during vegetative cell growth. We propose that the novel telomere terminal transferase is involved in the addition of telomeric repeats necessary for the replication of chromosome ends in eukaryotes.

Оловников А.М. Принцип маргинотомии в матричном синтезе полинуклеотидов // Докл. АН. 1971. Т. 201. С. 1496-1499 [Olovnikov A.M. Prinzip marginotomii v matrichnom sintese polynucleotidov // Dokl. AN. 1971. T. 201. S. 1496-1499].

Трубицын А.Г. Объединенная теория старения // Успехи геронтологии. 2012. Т. 25. Вып. 4. С. 563-581 [Trubitsyn A.G. Ob'edinennaya teoriya stareniya // Uspekhi gerontologii. 2012. T. 25. Vyp. 4. S. 563-581].

Werner syndrome: Clinical features, pathogenesis and potential therapeutic interventions // Ageing Research Reviews

J Oshima
J M Sidorova
R J Monnat

Oshima J., Sidorova J.M., Monnat R.J. Werner syndrome: Clinical features, pathogenesis and potential therapeutic interventions // Ageing Research Reviews. 2017. Vol. 173. N 2. P. 471-478.

Histone deacetylase inhibitor activity in royal jelly might facilitate caste switching in bees // EMBO Reports

A Spannhoff
Y K Kim
N J Raynal
M Gharibyan
V Su
M B Zhou
Y.-Y Li
J Castellano
S Sbardella
G Issa
J P Bedford

Recommendations

Molecular and genetic basis of migraine

Reconstruction of signalling pathways of migraine pathogenesis and searching for genetic associations of key genes and migraine or its clinical parameters.

Nuclear Architecture

Many important examples of epigenetic gene regulation involve interactions between loci on separate chromosomes. In this chapter we discuss the ways in which such interactions depend on the large scale structural context of the nucleus. Chromosomes are organized in a highly defined arrangement within the nucleus, as evidenced from a large number of structural studies in many different organisms . [Show full abstract] (reviewed by Comings 1980; Marshall et al. 1997a). As a result of this organization, a particular genomic locus will tend to occupy a particular and reproducible spatial region within the nucleus. It has been demonstrated that interphase chromatin does not diffuse significantly over spatial scales larger than about 0.5 μm (Abney et al. 1997; Marshall et al. 1997b), so the only way that two loci could physically interact is if their positions within the nucleus are within 1 μm of each other. The relative proximity of any two loci, and hence their ability to interact with each other, is determined entirely by the nuclear architecture. Loci with similar positions in the nucleus will be able to interact. Indeed, their interactions will be facilitated because they will be maintained in close proximity throughout interphase, providing more opportunities to interact than if each was free to diffuse all throughout the nucleus. On the other hand, loci whose positions within the nucleus are far apart, will be prevented from interacting because they will never come into physical contact. Viewed in this way, the distance between two loci in the nucleus, as determined by the overall architectural arrangement of chromosomes, determines the relative concentration of the two loci. Thus, the large-scale three-dimensional structure of the nucleus is expected to exert a direct and powerful influence on which interactions between loci can occur.

TERRA regulate the transcriptional landscape of pluripotent cells through TRF1-dependent recruitment.

The mechanisms that regulate pluripotency are still largely unknown. Here, we show that Telomere Repeat Binding Factor 1 (TRF1), a component of the shelterin complex, regulates the genome-wide binding of polycomb and polycomb H3K27me3 repressive marks to pluripotency genes, thereby exerting vast epigenetic changes that contribute to the maintenance of mouse ES cells in a naïve state. We further . [Show full abstract] show that TRF1 mediates these effects by regulating TERRA, the lncRNAs transcribed from telomeres. We find that TERRAs are enriched at polycomb and stem cell genes in pluripotent cells and that TRF1 abrogation results in increased TERRA levels and in higher TERRA binding to those genes, coincidental with the induction of cell-fate programs and the loss of the naïve state. These results are consistent with a model in which TRF1-dependent changes in TERRA levels modulate polycomb recruitment to pluripotency and differentiation genes. These unprecedented findings explain why TRF1 is essential for the induction and maintenance of pluripotency.

Telomere length: is the future in our "ends"?

Telomeres, repetitive nucleotide sequences located at the end of each chromosome, play the important function of preserving chromosome stability and preventing molecular contact with neighboring chromosomes. Albeit the concept that telomere length may be a marker of health and disease seems hence counterintuitive, the translation of this clear-cut concept from the bench to the beside has appeared . [Show full abstract] so far less straightforward. In particular, controversial evidence has emerged so far about the fact that telomere length may actually predict morbidity and mortality across many clinical settings. This uncertainty is actually due to a kaleidoscope of biological and technical factors, including preanalytical issues (e.g., sample matrix), poor standardization of techniques used for their assessment, and dependence of telomere structure upon genetics, epigenetics, environment and behavioral attitudes, which may be present at a variable extent in various physiological or pathological conditions. Therefore, although it is now undeniable that our future is largely in our "hands" (i.e., genotype, diet, exposure to environmental factors and so forth), larger and more solid evidence will be necessary before concluding that the future is also written in our (chromosome) "ends".

The Genetic Basis of Natural Variation in Caenorhabditis elegans Telomere Length

Telomeres are involved in the maintenance of chromosomes and the prevention of genome instability. Despite this central importance, significant variation in telomere length has been observed in a variety of organisms. The genetic determinants of telomere-length variation and their effects on organismal fitness are largely unexplored. Here, we describe natural variation in telomere length across . [Show full abstract] the Caenorhabditis elegans species. We identify a large-effect variant that contributes to differences in telomere length. The variant alters the conserved oligosaccharide/oligonucleotide-binding fold of POT-2, a homolog of a human telomere-capping shelterin complex subunit. Mutations within this domain likely reduce the ability of POT-2 to bind telomeric DNA, thereby increasing telomere length. We find that telomere-length variation does not correlate with offspring production or longevity in C. elegans wild isolates, suggesting that naturally long telomeres play a limited role in modifying fitness phenotypes in C. elegans.

Mechanism of vascular aging and protective effects of hydrogen sulfide

With the arrival of global aging, the health problems from aging and age-related diseases are becoming more and more severe. Vascular aging includes changes in vascular structure and function, which plays an important role in the process of cardiovascular disease, and also is a vital part of the aging. However, the mechanism of vascular aging is poorly understood. This article contended the . [Show full abstract] latest research progress in molecular mechanisms of vascular aging and protection of hydrogen sulfide. © 2016, Editorial Department of Fudan University Journal of Medical Sciences. All right reserved.

Читайте также: