Взаимосвязь инкрементов продолжительности жизни и массы тела Drosophila melanogaster с дифференциальной экспрессией генов циркадных ритмов в условиях культивирования с повышенным содержанием белка

Автор: Соловьев И.А., Щеголева Е.В., Шапошников М.В., Москалев А.А.

Журнал: Известия Коми научного центра УрО РАН @izvestia-komisc

Статья в выпуске: 5 (51), 2021 года.

Бесплатный доступ

Ритмичное функционирование молекулярных циркадных часов в различных тканях и питание оказывают значительное влияние на продолжительность и качество жизни, а также скорость старения организмов. Известно, что масса тела коррелирует с экспрессией множества различных генов и риском летального исхода в различных возрастах. В настоящем исследовании предпринята попытка выявить закономерности в реализации генетической информации под давлением различных факторов, в частности способность эктопической экспрессии генов циркадных ритмов в жировом теле и мышцах влиять на массу тела в условиях, когда организм получает пищу с различными концентрациями белка. Использованы трансгенные линии Drosophila melano-gaster , несущие в промоторах генов циркадных ритмов ( cry , per , tim , clk , cyc ) UAS последовательности, усиливающие экспрессию, и линии, позволяющие индуцировать экспрессию тканеспецифичные GSG-311-2 (мышцы) и P{Switch1}106 (жировое тело). Измеряли на аналитических весах Mettler Toledo массу тела дрозофил и устанавливали корреляцию с инкрементами продолжительности жизни в ответ на сверхэкспрессию генов циркадных ритмов из ранее опубликованных данных. Установлена сильная корреляционная зависимость инкрементов массы тела и продолжительности жизни в случае сверхэкспрессии генов циркадных ритмов в жировом теле в условиях культивирования с повышенным содержанием белка, по Спирмену коэффициент корреляции составил 0.955. На основании полученных результатов и данных о высоком эволюционном консерватизме вовлеченных в процесс сигнальных путей (человеческие сигнальные пути эволюционно близки дрозофилиным каскадам) сделаны обобщения относительно негативных последствий использования высокобелковых диет в целях снижения массы тела на фоне нарушений циркадного ритма, которые широко распространены в мегаполисах.

Еще

Масса тела, drosophila, продолжительность жизни, сверхэкспрессия, циркадные ритмы, белковая диета

Короткий адрес: https://sciup.org/149139330

IDR: 149139330   |   DOI: 10.19110/1994-5655-2021-5-97-103

Список литературы Взаимосвязь инкрементов продолжительности жизни и массы тела Drosophila melanogaster с дифференциальной экспрессией генов циркадных ритмов в условиях культивирования с повышенным содержанием белка

  • Kim Y.H., Lazar MA. Transcriptional Control of Circadian Rhythms and Metabolism: A Matter of Time and Space // Endocrine Reviews. 2020. Vol. 41. № 5. P. 707-732.
  • Dissection of central clock function in Drosophila through cell-specific CRISPR-mediated clock gene disruption / R. Delventhal, R.M. O'Connor, M.M. Pantalia, M. Ulgherait, И.Х. Kim, M.K. Basturk, J.C. Canman, M. Shira.su-Hiza // Elife. 2019 Vol. 15 № 8. P. e48308.
  • Solovev IA., Shaposhnikov M.V., Moskalev AA. Genetic mechanisms of the influence of light and phototransduction on Drosophila melanogaster lifespan //Vavilovskii zhurnal genetiki i selektsii [Vavilov J. of Genetics and Selection], 2018. Vol. 22. № 7. P.878-886.
  • Brown A.J., Pendergast J.S., Yamazaki S. Peripheral Circadian Oscillators // Yale J. Biol. Med. 2019. Vol. 92. № 2. P. 327-335.
  • Peripheral Circadian Clocks Mediate Dietary Restriction-Dependent Changes in Lifespan and Fat Metabolism in Drosophila / S.D. Katewa, K. Akagi, N. Bose, K. Rait shit, T. Ca-marella, X. Zheng, D. Hall, S. Davis, C.S. Nelson, R.B. В re in, A. Ramanathan, A. Sehgal, J.M. Giebultowicz, P. Ka.pa.hi // Cell Metab. 2016 Vol. 23 № 1. P. 143-154.
  • Circadian clock genes overexpression in Drosophila alters diet impact on lifespan / I. Solovev, E. Shchegoleva, A. Fedintsev, M. Shaposhnikov, A. Moskalev // Biogerontology. 2019 Vol. 20 № 2. P. 159-70.
  • Caloric restriction blocks neuropathology and motor deficits in Machado-Joseph disease mouse models through SIRT1 pathway / J. Cunha-Santos, J. Duarte-Neves, V. Carmona, L. Gua-rente, L.P. De Almeida, C. Cavadas // Nature communications. 2016. Vol. 7, № 1. P. 1-4.
  • Ka.pa.hi P., Kaeberlein M., Hansen M. Dietary restriction and lifespan: lessons from invertebrate models // Ageing research reviews. 2017 Vol. 39. P. 3-14.
  • Fontana L., Partridge L., bongo V.D. Extending healthy life span-from yeast to humans // Science. 2010 Vol. 328. № 5976. P. 321-326.
  • Neuron-specific overexpression of core clock genes improves stress-resistance and extends lifespan of Drosophila melanogaster / I. Solovev, E. Dobrovolskaya, M. Shaposhnikov, M. Sheptyakov, A. Moskalev // Exper. gerontology. 2019. Vol. 117. P. 61-71.
  • Body mass index trajectories in relation to change in lean mass and physical function: the health, aging and body composition study / I. Reinders, RA. Murphy, K.R. Martin, LA Brouwer, M. Visser, D.K. White, A.B. Newman, D.K. Houston, A.M. Kanaya, D.S. Nagin, T.B. Harris // J. of American Geriatrics Society. 2015. Vol. 63. № 8. P. 1615-1621.
  • Rest-activity rhythms and cognitive decline in older men: the osteoporotic fractures in men sleep study / T.S. Rogers -Soeder, T. Blacltwell, K. Yaffe, S. Ancoli -Israel, S. Red line, J A. Cau-ley, K.E. Ensrud, M. Paudel, E.Barrett -Connor, E.LeBlanc, K.Stone // J. of American Geriatrics Society. 2018. Vol. 66. № 11. P.2136-2143.
  • Circadian rhythms and obesity: Timekeeping governs lipid metabolism / Y. Li, J. Ma, K. Ya.o, W. Su, B. Tan, X. Wu, X. Huang, T. Li, Y. Yin, G. Tosini, J. Yin // J. of Pineal Research. 2020 Vol. 69 № 3. P. el2682.
  • Kumar S., Chen D., Sehgal A. Dopamine acts through Cryptochrome to promote acute arousal in Drosophila // Genes & development. 2012. Vol. 26. № 11. P. 1224-1234.
  • Yang Z., Sehgal A. Role of molecular oscillations in generating behavioral rhythms in Drosophila. Neuron. 2001. Vol. 29 № 2. P. 453-467.
  • The Drosophila circadian network is a seasonal timer / D. Stoleru, P. Nawathean, M. de la Paz Fernández, J.S. Menet, M.F. Certa ni, M. Rosbash 11 Cell. 2007. Vol. 129. № 1. P. 207-219.
  • Circadian clocks in antennal neurons are necessary and sufficient for olfaction rhythms in Drosophila / S. Tanoue, P. Krishnan, B. Krish-nan, S.E. Dryer, P.E. Hardin // Current Biology. 2004. Vol. 14. № 8. P. 638-649.
  • Hardin P.E. Molecular genetic analysis of circadian timekeeping in Drosophila // Advances in genetics. 2011. Vol. 74. P.141-173.
  • P {Switch}, a system for spatial and temporal control of gene expression in Drosophila mela-nogaster / G. Roman, K. Endo, L. Zong, R.L. Davis 11 Proc. of the National Ac. Sci. 2001. Vol. 98. № 22. P. 12602-12607.
  • A conditional tissue-specific trans-gene expression system using inducible GAL4 T. Ostenvalder, K.S. Yoon, B.H. White, H. Keshi-shian II Proc. of the National Ac. Sci. 2001. Vol. 98. M 22. P. 12596-12601.
  • 4E-BP extends lifespan upon dietary restriction by enhancing mitochondrial activity in Drosophila / B.M. Zid, A.N. Rogers, S.D. Katewa, MA. Vargas, M.C. Kolipinski, T. A.Lu, S. Benzer, P.Kapahi // Cell. 2009. Vol. 139. № 1. P.149-160.
  • BMAL1-dependent regulation of the mTOR signaling pathway delays aging / R.V. Khapre, AA. Kondratova, S. Patel, Y. Dubrovsky, M. Wrobel, M.P. Antoch, R.V. Kondratov // Aging (Albany NY). 2014 Vol. 6. № 1. P. 48.
  • Chronic mTOR inhibition by rapamycin induces muscle insulin resistance despite weight loss in rats / N. Deblon, L. Bourgoin, C. Veyrat Durebex, M. Peyrou, M. Vinciguerra, A. Caillon, C. Maeder, M. Fournier, X. Montet, F. Rohner^Jeanrenaud, M.Foti // British J. of Pharmacology. 2012. Vol. 165. № 7. P. 2325-2340.
  • Obesity and metabolic syndrome in circadian Clock mutant mice / F.W. Turek, C. Joshu, A. Kohsaka, E. Lin, G. Ivanovo., E. McDearmon, A. Laposky, S. Losee-Olson, A. Easton, D.R. Jensen, R.H. Eckel // Science. 2005, Vol. 308. № 5724. P.1043-1045.
  • Effects of physical exercise on human circadian rhythms / Y. Yamanaka, K.I. Honma,, S. Hashimoto, N. Takasu, T. Miyazaki, S. Honma 11 Sleep and Biological Rhvthms. 2006. Vol. 4. № 3. P.199-206.
  • Effect of dietary protein intake on bone mineral density and fracture incidence in older adults in the Health, Aging, and Body Composition study / AA. Weaver, J A. Tooze, J A. Cauley, D.C. Bauer, FA. Tylavsky, S.B. Kri-tchevsky, D.K. Houston // J. of Gerontology: Series A. 2021. P. glab068
  • The effects of high-protein diets on kidney health and longevity / G.J. Ко, C.M. Rhee, K. Kalantar-Zadeh, S. Joshi // J. of American Society of Nephrology. 2020. Vol. 31. № 8. P.1667-1679.
Еще
Статья научная