Stárnutí Buněčné teorie stárnutí Volné radikály oxidatívni metabolismus produkuje RMKD, které poškozují proteiny, DNA, mitochondrie Opotřebování - akumulace běžného poškození teorie glykoxidace (AGE - glukosa + proteiny + oxidace) teorie zánětu Apoptóza vnitřní poškození a geneticky determinované události Stárnutí fenotypové projevy stárnutí v důsledku zvýšené frekvence ve stárnoucích buňkách replikativní teorie stárnutí - zkracování telomer buněčná teorie stárnutí - buněčný stres Stárnutí Systémové teorie stárnutí • Životní míra daný metabolický potenciál • Neuroendokrinní změny v kontrole homeostase —> fyziologické změny • Imunologické pokles imunitních funkcí s věkem, zvýšený výskyt chorob Stárnutí Volně-radikálová teorie stárnutí RMKD t kumulativní oxidatívni poškození t strukturní poškození apoptoza funkční nedostatečnost choroby spojené s věkem ROS a oxidatívni stres Zdroje ROS intracelulární zdroje: • mitochondrie • peroxisomální oxidasy • cytochrom P-450 enzymy • NAD(P)H oxidasy • xanthin-xanthin oxidasa exogénni stimuly • záření • infekce • xenobiotika ROS a oxidatívni stres Zdroje ROS Cytoplasm >***s FtWv« NADH UCP FADHa Matrix Antioxidant Scavenger Reactions • cnn Catalase or -ÍrE_ HÄ -----^ hhO - 0; TrxS2 + HiOs -^ Trx(SH): + H20 GSH + H2O2 GP» GSSG + H2O ROS a oxidatívni stres Oxidatívni poškození makromolekul • lipidy • proteiny • DNA Redoxní modulace transkripčních faktorů Antioxidační systémy Buněčné stárnutí a buněčná smrt akumulace poškození v buněčné stárnutí a smrt v nenahraditelná ztráta buněk v organismální stárnutí • úloha ROS a oxidativního stresu Buněčné stárnutí a buněčná smrt Oxidatívni stres a reakce buněk produkce ROS v oxidatívne modifikované makromolekuly v pozměněné buněčné funkce Buněčné stárnutí a buněčná smrt Oxidatívni stres a reakce buněk lipidová peroxidace • změny v permeabilitě buněčné membrány oxidatívni modifikace DNA (jaderní i mitochondriální) • nekontrolovaná buněčná proliferace • urychlená buněčná smrt oxidace proteinů • pozměněná enzymatická aktivita • pozměněné základní buněčné funkce • agregace proteinů - neuronální odumírání - neurodegenerativní onemocnění redoxní modifikace transkripčních faktorů • aktivace/inaktivace signáliních drah pozměněná genová exprese (buněčná proliferace, diferenciace, stárnutí, smrt) Buněčné stárnutí a buněčná smrt Oxidatívni stres a apoptóza zvýšená apoptóza s věkem: • imunitní systém • vlasové váčky • kosterní svalovina hlavní (vnitřní, intrinsic) a vedlejší (vnější, extrinsic) dráha regulace apoptózy Buněčné stárnutí a buněčná smrt Oxidatívni stres a autofágie degradace a recyklace poškozených buněčných složek Y přežívání buněk za stresových podmínek ukládání proteinů, membránových fragmentů a organel do autofágních tělísek v degradace v lyzosomech Buněčné stárnutí a buněčná smrt Oxidatívni stres a autofagie zvýšená produkce ROS v oxidatívni poškození proteinů (lyzosomální proteiny, proteiny autofágní dráhy) Buněčné stárnutí a buněčná smrt Oxidatívni stres a autofagie inhibice kaspáz v buněčná autofagie v degradace katalasy V akumulace ROS v lipidová peroxidace, ztráta membránové integrity Buněčné stárnutí a buněčná smrt Buněčné stárnutí tzv. replikativní stárnutí úloha tumor suprimujících proteinů • p53 • Rb protein ROS: • aktivace p53 • poškození DNA • akcelerace zkracování telomer Organismální stárnutí Zvýšená hladina ROS, posun redoxní rovnováhy Indikátory redoxní rovnováhy organismu: • i GSH / f GSSG • i NADPH / f NAPD+ • i NADH / f NAD+ • l redukovaný / f oxidovaný thioredoxin Organismální stárnutí Akumulace oxidativního poškození silná korelace mezi věkem a zvýšeným oxidativním poškozením tkání • lipidy • proteiny • strukurní proteiny • enzymy • proteiny signálních drah • DNA Organismální stárnutí Pozměněná regulace redox-sensitivních signálních drah zvýšená vazebná aktivita DNA vůči NF-kB a AP-1 u starších jedinců fr ^ [ 05 & oxidative damaae ^ tnaclivated Transcription Factors ÍTjf- Transcription Cell Survival Cell Death & Senescence A Gene Expression Nucleus Organismální stárnutí Antioxidanty • ? úbytek antioxidačních obranných mechanismů s přibývajícím věkem • intervenční studie • suplementace antioxidanty v potravě • zvýšená exprese enzymatických antioxidantů ------> ? prodloužení střední délky života Organismální stárnutí Živočišné modely stárnutí • dlouho žijící zvířata se zpomaleným procesem stárnutí • krátce žijící zvířata se zrychleným procesem stárnutí ------------> podpora toerie oxidativního stresu Organismální stárnutí Alternativy k teorii oxidativního stresu Další možné příčinné faktory stárnutí: • neuroendokrinní změny • snížená glykace proteinů • snížená tělesná teplota, hypometabolické stavy • změny v genové expresi • poškození mitochondriální DNA nezávislé na oxidativním stresu Organismální stárnutí Ostatní stresory • hypertermie • hypoxie snižující se stresová tolerance s přibývajícím věkem Organismální stárnutí ROS, zánět a stárnutí zvýšená hladina ROS v posun redoxní rovnováhy v chronický zánět Organismální stárnutí ROS, zánět a stárnutí Stimulus Chronic inflammation (cellular and tissue damage) T f T ROS Ä ^v <® w V Redox Imbalance J ~T Transcription factor at t i vat ion (e.g.. AP-1, MF-vB) 1 1 Pro-inflammatory genes ,, T Pro-inflammatory molecules (e.g., cytokines, «tie mok i nes, iNOS)