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Proteina chiave collegata sia ad idoneità fisica nella gioventù che alle malattie della vecchiaia

I ricercatori dalla medicina di Johns Hopkins dicono che hanno aggiunto per provare che una proteina chiamata CaMKII migliora la resistenza, la resistenza, la salubrità del muscolo e la forma fisica in giovani animali. I loro esperimenti che lavorano con i mouse e le mosche di frutta, tuttavia, trovati che il gene per CaMKII egualmente contribuisce ad una compensazione evolutiva: predisposizione aumentata alle malattie, alla debolezza ed alla mortalità età-associate.

La ricerca, pubblicata il 26 maggio nelle comunicazioni della natura, indica che le terapie future che mirano a CaMKII potrebbero evitare le malattie della vecchiaia, i ricercatori dice.

Secondo le guide di studio, la conservazione evolutiva dei geni che permettono ai giovani di funzionare più velocemente e rispondere robusto “alle risposte di volo o di lotta„ ha significato: Le aiuta a catturare la preda o eludere i predatori, quindi assicuranti il loro successo riproduttivo. Tuttavia, alcuni di questi geni portano un prezzo ripido che gli animali devono pagare quando si sviluppano più vecchi.

La nuova ricerca indica che accendendo CaMKII con una reazione chimica causata aggiungendo l'ossigeno, conosciuto come l'ossidazione, rinforza queste risposte di sopravvivenza per i giovani animali. Tuttavia, lo sforzo ossidativo aumenta con invecchiamento, che piombo all'eccessiva attivazione di CaMKII. L'attività elevata di CaMKII lungamente è stata collegata a danno di tessuto veduto in infarto, la fibrillazione atriale, il cancro, polmone e le malattie neurodegenerative, dice il segno Anderson M.D. del co-cavo di studio, il Ph.D., professore di medicina e Direttore del dipartimento di medicina alla scuola di medicina di Johns Hopkins University.

Allo scopo di più ulteriormente esplorare lo sforzo ossidativo ed i sui collegamenti invecchiare ed a forma fisica, Anderson ed i suoi mouse geneticamente costruiti del gruppo di ricerca in modo dal loro CaMKII è resistenti all'ossidazione. Poi ha utilizzato le pedane mobili mouse di taglia per confrontare la prestazione atletica dei mouse con e senza l'ossidazione di CaMKII.

Hanno trovato che i mouse con CaMKII ossidato potevano eseguire, in media, circa 150 metri più ulteriormente e circa 5 metri per più veloce minuscolo dei mouse con CaMKII ossidazione-resistente.

Quando i ricercatori hanno biopsiato il tessuto del muscolo dai mouse ed hanno cercato altri geni precedentemente collegati per muscle la crescita, il ripristino dall'esercizio, il flusso sanguigno migliore e l'attivazione delle cellule immuni - i fattori che aumentano la resistenza fisica - essi li hanno trovati attivati soltanto in mouse con CaMKII ossidabile.

Ulteriori esperimenti hanno indicato che l'attività di CaMKII nel tessuto del muscolo del mouse ha aumentato l'espressione delle vie cellulari relative ad infiammazione, al diabete, al cuore ingrandetto, agli attacchi ed all'obesità.

Questi esperimenti sono ulteriore prova che le malattie di invecchiamento sono le alternanze naturali sviluppate nel nostro trucco genetico, dice Qinchuan Wang, Ph.D., co-cavo e assistente universitario di medicina alla scuola di medicina di Johns Hopkins University. “Ma ci danno una certa speranza che può essere possibile mirare a questa architettura genetica per combattere le malattie relative all'età.„

Il gruppo della medicina di Johns Hopkins egualmente ha eseguito gli esperimenti nelle mosche di frutta geneticamente modificate per vedere se un CaMKII ossidabile ha prodotto la simili prestazione ed effetti sulla salute in invertebrati, che non hanno naturalmente ad una proteina ossidazione sensibile di CaMKII.

I ricercatori hanno usato un gene-taglio e lo strumento di inserzione ha chiamato CRISPR per aggiungere il sito dell'ossidazione al gene di CaMKII in DNA della mosca di frutta.

In un esperimento, alle mosche sono state collocate nei tubi di vetro e sono state permesse scalare alla cima del tubo. I ricercatori hanno trovato che le mosche geneticamente modificate per avere il CaMKII ossidabile hanno scalato più su e 5mm al secondo più velocemente di vola con il CaMKII ossidazione-resistente. Il risultato ha indicato che un livello fisiologico di sforzo ossidativo può migliorare la prestazione fisica da CaMKII d'ossidazione e d'attivazione.

Quando i ricercatori hanno alimentato alle mosche una dieta antiossidante per annullare fuori lo sforzo ossidativo effetto sul CaMKII modificato, vola con e senza la modifica genetica realizzata similmente nella prova rampicante.

In un altro esperimento, i ricercatori hanno alimentato alle mosche una dieta che contiene il paraquat del diserbante, che sovraccarica le mosche di eccesso di ossidanti che attivano CaMKII soltanto geneticamente nella modificata in, ma non l'invariato, mosche. Hanno trovato che la prestazione rampicante delle mosche con il gene ossidante-resistente di CaMKII non è stata influenzata dalla dieta del paraquat, che è stata preveduta poiché non c'è proteina da attivare.

Al contrario, nell'ambito di così sforzo ossidativo, le mosche geneticamente modificate con il CaMKII ossidabile hanno sofferto una riduzione significativa della prestazione rampicante: Hanno scalato quasi 10mm al secondo più lento delle loro controparti hanno alimentato le diete normali, suggerenti che l'eccessivo sforzo ossidativo piombo al declino fisico through l'ossidazione ed attivando del CaMKII.

I ricercatori hanno fatto le simili osservazioni nei cuori della mosca. Hanno trovato più rapidamente che i cuori delle mosche con il CaMKII ossidabile si sono contratti più validamente e rilassato di volano con CaMKII ossidazione-resistente. Tuttavia, il vantaggio della prestazione dei cuori nelle mosche geneticamente modificate è stato invertito quando i ricercatori hanno neutralizzato gli ossidanti con un antiossidante. I ricercatori egualmente hanno trovato che i cuori delle mosche geneticamente modificate sono più vulnerabili agli effetti offensivi di eccessivo ossidante, come si sono trasformati in battere disfunzionale o interrotto complessivamente una volta trattati dal paraquat, il prodotto chimico digenerazione.

L'individuazione più notevole, dice Wang, era quella malgrado avere la migliore prestazione fisica e funzione cardiaca, le mosche geneticamente modificate hanno avvertito un più declino relativo all'età rapido e sono morto ad una più giovane età.

Un ruolo principale di evoluzione è di migliorare la capacità di continuare le specie, compreso la produzione della più prole ed essere esperto a trovare l'alimento. I nostri risultati affermano che i miglioramenti nella longevità o nella durata della vita dell'specie non è necessari sempre affinchè questo accadano. Infatti, alcuni degli adattamenti stessi che fanno le specie riuscite egualmente contribuire invecchiare ed alle malattie età-associate.„

Gabriel Bever, Ph.D., professore associato di anatomia funzionale ed evoluzione alla scuola di medicina di Johns Hopkins University e ad un collaboratore sullo studio

In generale, i ricercatori dicono che questi risultati possono fornire i nuovi obiettivi alle malattie di indirizzo relative ad un'abbondanza di danno ossidativo e possono anche fornire una spiegazione per perché gli studi di vasti antiossidanti di spettro, quali le vitamine C ed E, hanno dato i risultati misti nel trattamento delle malattie di cuore, della malattia di Huntington e della malattia del Parkinson.

Gli scienziati dicono che quella progettare i trattamenti specificamente per mirare ai regolatori del gene quale CaMKII può lavorare meglio.

“Per le centinaia di milioni di anni, queste malattie sono state programmate nei genoma animali per contagiarci alla conclusione delle nostre vite,„ dice Bever. “È evidente noi ha bisogno di una comprensione più completa delle loro root evolutive se speriamo mai di trovare le maturazioni.„

I ricercatori hanno trovato la prova supplementare che CaMKII attiva i geni connessi con le risposte immunitarie iniziali, un adattamento dei vertebrati in anticipo che conferisce forma fisica contribuendo ad evitare le malattie infettive. Gli scienziati hanno trovato che quando la gente ottiene più vecchia, l'attivazione anormale del sistema immunitario contribuisce ad infiammazione sistematica e cronica ed aumenta il rischio per tutte le malattie relative all'età importanti. “La capacità di CaMKII di attivare la risposta immunitaria di fronte allo sforzo ossidativo può tenere la bugna per la sua partecipazione all'invecchiamento e malattia,„ dice Wang.

Source:
Journal reference:

Wang, Q., et al. (2021) CaMKII oxidation is a critical performance/disease trade-off acquired at the dawn of vertebrate evolution. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-23549-3.