Uma sinopse sobre o envelhecimento - teorias, mecanismos e perspectivas futuras Parte 2

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Devido ao fato de que as mitocôndrias são o principal produtor de ROS em células de mamíferos, o DNA mitocondrial (mtDNA) é, portanto, particularmente suscetível ao dano oxidativo (Cui et al., 2011) e o principal produto de purina do dano oxidativo da base do DNA é 7,{ {2}}dihidro-8-oxo-2'-desoxiguanosina(8-óxido). Isso, após a replicação, pode causar transversões G:T características em uma frequência relativamente baixa (Hanes et al, 2006), o que resulta em mutações que levam a componentes defeituosos da cadeia de transporte de elétrons (ETC). A incorporação subsequente destes na ETC causa um aumento adicional de espécies de ROS, levando a um "ciclo vicioso" de produção de ROS e mutações no mtDNA, levando a níveis de dano celular incompatíveis com a vida (Alexeyev, 2009). A manutenção mitocondrial é, portanto, essencial para preservar a homeostase celular e a manutenção mitocondrial prejudicada tem sido descrita como uma marca registrada de inúmeras patologias humanas e envelhecimento (Artal-Sanz e Tavermarakis, 2009). Embora esse mecanismo não seja totalmente compreendido, estudos recentes demonstraram que a mitofagia, um tipo específico e seletivo de autofagia que visa a degradação das mitocôndrias, interage com a biogênese mitocondrial para regular o conteúdo mitocondrial, bem como a longevidade em C. elegans (Palikaras et al. ..2015).

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No entanto, um dos aspectos mais considerados dos danos induzidos por ROS no DNA e no envelhecimento são os níveis de metilação do DNA. Estes variam com a idade, e é comumente considerado que a hipometilação do DNA é um aspecto típico do processo de envelhecimento (Afanas'ev, 2014). ROS são intermediários ativos da metilação do DNA, bem como modificação de histonas. Essas espécies reativas de oxigênio podem desempenhar um papel em processos epigenéticos (variações fenotípicas fisiológicas causadas por fatores externos ou ambientais que ligam/desligam genes) por meio de reações de substituição nucleofílica no nível do DNA.Cistanche anti envelhecimentoConsequentemente, tem sido sugerido que uma melhor preservação dos níveis de metilação do DNA, metabolismo celular mais lento e melhor controle na transmissão de sinais por meio de mecanismos epigenéticos podem ser processos-chave envolvidos na longevidade humana. Em outras palavras, a sinalização de ROS em células senescentes provavelmente causa hipometilação do DNA, embora ainda existam dados insuficientes para sustentar tal hipótese (Gentilini et al., 2013). Há, no entanto, algumas evidências que suportam o papel das EROs no processo de envelhecimento, a saber, estudos sobre o efeito da radiação ionizante em células vivas, manipulações dietéticas e trabalhos destacando a participação de radicais livres na patogênese de doenças específicas (Harman, 1993).

Essas ligações genéticas entre envelhecimento e dano oxidativo foram descritas para animais em que a maioria das células maduras são pós-mitóticas. Essas células podem ser mais suscetíveis à

danos cumulativos de ROS devido à incapacidade de se substituir. Curiosamente, foi demonstrado que tal suscetibilidade a danos pode variar muito em mamíferos, mesmo naqueles com tamanhos idênticos (Montgomery et al., 2011). Os órgãos mais vulneráveis ​​nesses organismos são o coração, o cérebro e o músculo esquelético. Isso ocorre porque esses tecidos são ricos em energia e, no caso do cérebro, a suscetibilidade a danos induzidos por EROs pode decorrer da abundância de compostos ativos redox (de Magalhães, 2013). Embora os ROS sejam geralmente considerados compostos nocivos, estudos confirmaram que estes desempenham um papel importante em múltiplas funções celulares (Miki e Funato, 2012; Ray et al,2012; Sena e Chandel, 2012), como a regulação do vias de sinalização de proteína quinase (MAPK)(Cuadrado e Nebreda, 2010) e de proteínas reguladoras de ferro-1 e-2 (IRP1 e IRP2, envolvidas na homeostase do ferro) níveis de expressão (Recalcati et al., 2010) . Além disso, um corolário dessa visão estrita de EROs como compostos prejudiciais é que os antioxidantes devem reduzir seu efeito no envelhecimento e na saúde geral (Vina et al., 2016). No entanto, vários estudos demonstraram que nem sempre é esse o caso (Fortmann et al.,2013; Grodstein et al.,2013; Higashida et al.,2011). ROS, inclusive nas mitocôndrias, não são necessariamente prejudiciais e, de fato, , alguns benefícios para a saúde, incluindo um papel positivo na expectativa de vida sob condições de estresse, foram relatados (Lee et al., 2010). Assim, baixos níveis destes podem induzir uma resposta adaptativa que, em última análise, leva à melhoria geral dos mecanismos de defesa sistêmica, um conceito denominado hormese mitocondrial ou mitohormese (Kawagishi e Finkel, 2014; Ristow, 2014).

Cistanche pode anti-envelhecimento

Consequentemente, o envelhecimento pode ser resultado da desregulação das vias de sinalização das ROS e não das próprias espécies reativas (de Magalhães, 2013). No entanto, seja considerando os dados disponíveis para células mitóticas ou pós-mitóticas, a evidência de uma ligação direta entre ROS e envelhecimento ainda é frágil, na melhor das hipóteses.

Ao afetar o DNA e os lipídios (Fig.2), o dano oxidativo às proteínas é irreversível e irreparável (Thanan et al.,2014) e deve ser degradado pelo proteassoma. O proteassoma é a maquinaria proteolítica mais importante nas células eucarióticas, sendo o grande responsável pela remoção de proteínas oxidadas e pela prevenção da sua agregação (Nystrom, 2005). No entanto, foi demonstrado que a atividade dos proteassomas é prejudicada durante o envelhecimento levando ao acúmulo de proteínas oxidantes, agressoma e lipofuscina, o chamado pigmento da idade.

De fato, a agregação de proteínas é a característica definidora comum em doenças associadas à idade.

doenças neurodegenerativas, como Parkinson e Alzheimer (David, 2012). De acordo com essa visão, o envelhecimento é, então, o colapso crescente da homeostase das proteínas e depende da interação entre os componentes da rede de proteostase, que têm uma consequência marcante na saúde a longo prazo da célula (Douglas e Dillin, 2010). Essas redes de proteostase são capazes de tamponar o fluxo constante de dobras incorretas de proteínas, que é causado pelas características inerentemente propensas a erros dos mecanismos de síntese e degradação de proteínas. No entanto, essas redes também sofrem deterioração ao longo do tempo, tornando as células mais vulneráveis ​​ao estresse tóxico induzido por proteínas (Morimoto, 2004).

neutralizar a agregação de proteínas da doença em seus estágios iniciais de vida, reduzindo o fluxo de proteínas da doença através do aumento do dobramento e do controle da degradação, redução da síntese de proteínas e processamento favorável de proteínas (Douglas e Dillin, 2010). No entanto, estes são mecanismos altamente complexos (Hetz e Glimcher, 2011) e sua natureza exata permanece em grande parte desconhecida (Jaroszet al., 2010). Foram feitas tentativas para aumentar a expressão e a atividade do proteassoma, o que leva a um aumento de 15-20 por cento na longevidade em modelos celulares. No entanto, apesar de algumas evidências convincentes de que há a formação de agregados de proteínas em algumas doenças relacionadas à idade, não está claro se a agregação de proteínas induz o envelhecimento ou vice-versa (Moronetti MazZeo et al., 2012).

A principal função do sistema de degradação proteolítica de proteínas danificadas na prevenção do acúmulo das proteínas mais danificadas. Se a proteína danificada não for reconhecida e degradada por meio da atividade proteassômica, pode ocorrer oxidação adicional, bem como reticulação covalente a outros subprodutos proteicos da peroxidação lipídica, como 4-hidroxi-2-trans-nominal (HNE) (Friguet e Szweda. 1997) e malondialdeído (MDA) (Voitkun e Zhitkovich, 1999), dois produtos de oxidação aldeídica bifuncionais abundantes. Quando não degradada suficientemente rapidamente e/ou quando a célula é exposta a estresse oxidativo extremo, há uma maior probabilidade de as células atingirem um estágio diferente. Nesta fase, as proteínas já não são degradáveis ​​pelo proteassoma. Isso resulta na formação de agregados proteicos, hidrofóbicos e insolúveis na natureza, referidos como "agressomas" (Amidi et al., 2007). A formação de agressomas pode ser termodinamicamente impulsionada por seus resíduos hidrofóbicos expostos e os subprodutos da peroxidação lipídica (como MDA ou HNE) podem causar reticulação covalente (Jung et al., 2009). foi demonstrado que a inibição proteassomal em células jovens leva à formação aumentada de agregados de proteína (poliubiquitinados) (Powell et al., 2005). Curiosamente, tem havido algumas indicações de que centenários saudáveis ​​exibem níveis tanto de atividades proteassômicas quanto de proteínas modificadas oxidativamente idênticas às encontradas em grupos de controle mais jovens (Chondrogianni et al., 2000). Essas observações levaram à ideia de ativar artificialmente o sistema proteassomal como uma estratégia antienvelhecimento (Chondrogianni e Gonos, 2008). Apesar de apresentar proteólise acentuadamente aumentada, com maior turnover de proteínas danificadas/modificadas e maior recuperação após estresse oxidativo aplicado externamente, tais estratégias ainda estão longe de serem viáveis. Apenas algumas das modificações pós-traducionais das subunidades ribossômicas que afetam as atividades do proteassoma durante o envelhecimento foram investigadas e muitas áreas de regulação do proteassoma não são totalmente elucidadas, incluindo reguladores específicos e a regulação transcricional das vias de ativação do proteassoma.

Da mesma forma que o dano oxidativo, o dano nitrosativo - aquele causado por espécies reativas de nitrogênio (RNS), como o óxido nítrico - também contribui para doenças relacionadas à idade, a saber, esteatose hepática e apoptose (Abdelmegeed et al., 2016), bem como alterações funcionais e estruturais no sistema cardiovascular (Novella et al., 2013; Surikow et al., 2015). Além disso, também foi associado a deficiências na homeostase do sono (Rytkönen et al., 2010), distúrbios psicológicos (Maurya et al, 2016) e demência (Mangialasche et al, 2009). No entanto, os mecanismos pelos quais o RNS pode interagir com componentes celulares, como a mitocôndria, ainda não são claros, principalmente in vivo (Zelickson et al.2013). Consequentemente, há a necessidade de entender melhor como essas espécies são formadas e os processos pelos quais elas afetam a função mitocondrial e celular.

Os produtos finais de glicação avançada (AGEs) são um grupo complexo e altamente heterogêneo de compostos capazes de induzir danos oxidativos celulares. Eles são formados quando o açúcar redutor reage de forma não enzimática com proteínas, lipídios ou DNA (Fig. 3), apelidada de reação de Maillard (Luevano-Contreras e Chapman-Novakofski, 2010). Essa reação desempenha um papel crítico na indústria de alimentos, pois seus produtos adicionam sabor e coloração desejáveis ​​aos alimentos (Rufian-Henares e Pastoriza, 2016). In vivo, os AGEs têm recebido cada vez mais atenção devido ao fato de estarem associados a doenças crônicas específicas, a saber, diabetes (Forbes et al.2004), patologias cardiovasculares (Bucala et al., 1994) e, mais recentemente, doenças cognitivas deficiência (West et al.,2014; Yaffe et al.,2011). Seus efeitos biológicos deletérios podem ser atribuídos às suas ações pró-oxidativas, inflamatórias e químicas (Ahmed, 2005), que são exercidas por dois mecanismos distintos. Um é independente do receptor, enquanto o outro envolve o receptor para AGEs (RAGE) (Luevano-Contreras e Chapman-Novakofski, 2010)(Fig.4). A interação de RAGE e AGEs acaba levando a um ciclo de feedback positivo (Ishibashi et al., 2014; Lohwasser et al.2006; Nakamura et al. 2009; Tanaka et al., 2000), aumentando a expressão de RAGE. Além disso, a interação AGEs-RAGE ativa a NADPH oxidase, que é regulada positivamente, aumentando assim o estresse oxidativo intracelular (Luevano-Contreras e Chapman-Novakofski, 2010). Apesar de alguns trabalhos interessantes que descrevem o acúmulo de AGEs em doenças relacionadas à idade (Srikanth et al.,2011; West et al.,2014), e em idosos (Peppa et al.,2008; Uribarriet al.,2007; Vlassara et al,2009), ainda não existe uma ligação direta estabelecida entre estes e a senescência.

Outra teoria de dano predominante como causa do envelhecimento é a instabilidade do genoma, completamente revisada em outros lugares (Lopez-Otin et al., 2013). A estabilidade e a integridade do DNA são continuamente desafiadas por inúmeros fatores endógenos e exógenos, incluindo erros de replicação do DNA e erros físicos,benefícios do cistacheagentes químicos e biológicos (Lopez-Otin et al., 2013). Os organismos desenvolveram um complexo sistema de mecanismos de reparo de DNA que, na maioria dos casos, lidam de forma eficaz com esses danos infligidos ao DNA. No entanto, se defeituosos, esses mecanismos podem resultar em instabilidade do genoma e produzir síndromes de envelhecimento prematuro. As DNA helicases desempenham um papel essencial na manutenção da estabilidade genômica e, de fato, várias mutações nos genes das helicases humanas têm sido associadas a doenças de instabilidade cromossômica caracterizadas por doenças relacionadas à idade (Suhasini e Brosh, 2013), incluindo Xeroderma Pigmentosum. XP), Síndrome de Cockayne (CS) e Síndrome de Werner (WS) (Brosh, 2013; Fang Evandro et al, 2014). Acredita-se que eventos nucleares, incluindo reparo acoplado à transcrição (TCR), reparo por excisão de nucleotídeos (NER) e, talvez mais familiar para o público mais amplo, manutenção de telômeros, sejam afetados individualmente por CS-A/CS-B, XP-B /XP-D e WRN helicases, respectivamente (Uchiumi et al., 2015).

A maioria dos defensores da teoria da instabilidade genômica do envelhecimento refere-se ao encurtamento dos telômeros (Kruk et al., 1995) (Fig. 4). Os telômeros são as sequências de DNA repetidas nas extremidades dos cromossomos lineares, que são incapazes de serem totalmente replicadas pelas DNA polimerases (Johnson et al., 1999). Consequentemente, os telômeros encurtam a cada divisão celular, a menos que sejam mantidos pela telomerase, uma enzima ribonucleoproteica (Fig. 5). No entanto, a maioria dos mamíferos não possui essa enzima, e a exaustão dos telômeros é, de fato, a raiz do chamado limite de Hayflick, a capacidade proliferativa máxima de alguns tipos de células cultivadas in vitro (Hayflick e Moorhead, 1961). Isso acontece devido à presença da abrigotina, um complexo multiprotéico que liga os telômeros, funcionando como uma barreira contra as proteínas de reparo do DNA. Além disso, a introdução da telomerase em células humanas normais produziu linhagens celulares imortais (Bodnar et al., 1998; Stampfer e Garbe, 2015).

Embora a presença de abrigorina possa, à primeira vista, parecer prejudicial à célula, tais mecanismos impedem fusões cromossômicas (Meena et al., 2015). Apesar de todas essas evidências aparentemente contundentes do encurtamento dos telômeros como um dos principais fatores do envelhecimento, muitos trabalhos lançaram uma sombra de dúvida sobre essa afirmação. Estudos de amostras transversais e longitudinais revelaram que, se o estado de saúde do doador e as condições de biópsia forem controlados, nenhuma correlação significativa entre a idade do doador e o tempo de vida replicativo das células da cultura pode ser determinada (Holliday, 2014). Além disso, o processo de envelhecimento prematuro de fibroblastos progeróides (células de envelhecimento aprimorado) demonstrou compartilhar apenas parte do processo de envelhecimento in vitro de fibroblastos normais (Toda et al, 1998), embora trabalhos experimentais recentes tenham mostrado que a telomerase confere proteção ao envelhecimento acelerado em células-tronco específicas da linhagem da síndrome de Werner (Cheung et al.2014). Finalmente, ao contrário do que se esperava, as células CD28-T, que exibem telômeros encurtados e capacidade proliferativa marcadamente diminuída em cultura, acumulam-se com a idade (Effros, 1998). Assim, o encurtamento dos telômeros pode estar envolvido no envelhecimento, mas certamente não é a única causa da senescência, e seu mecanismo de ação, embora aparentemente simples em princípio, ainda precisa ser totalmente compreendido.

Mutações e deleções no DNA mitocondrial (mtDNA) também podem contribuir para o envelhecimento.Extrato de Cistanche Anti RadiaçãoEsse tipo de DNA é extremamente denso em genes e codifica vários fatores que são críticos para a fosforilação oxidativa. Assim, mutações no mtDNA - que se acredita serem dez vezes maiores que as do DNA nuclear (Jeppesen et al.201l) - causam uma ampla gama de doenças mitocondriais humanas e têm sido implicadas em doenças relacionadas à idade e envelhecimento (Park e Larsson , 2011), que é ainda potencializado pelo microambiente oxidativo das mitocôndrias e pela falta de histonas protetoras, envolvidas nos mecanismos de reparo do DNA nuclear (Pinto e Moraes, 2015). A evidência causadora do papel do dano do mtDNA no envelhecimento vem de estudos em camundongos que são deficientes na DNA polimerase Y mitocondrial. Esses mutantes exibem aspectos de envelhecimento prematuro e vida útil reduzida (Vermulst et al., 2008). expansão clonal de eventos de mutação única em cérebros envelhecidos foram descritos (Williams et al.2013), curiosamente, em regiões do cérebro altamente suscetíveis a danos oxidativos (Pickrell et al., 2011). No entanto, a implicação de mutações do mtDNA no envelhecimento é controversa, devido à multiplicidade de genomas mitocondriais (Lopez-Otin et al, 2013). Isso significa que genomas mutantes e de tipo selvagem podem coexistir dentro da mesma célula, um fenômeno chamado "heteroplasmia", e, recentemente, o grau de heteroplasmia tem sido sugerido como um preditor simples e não invasivo de deficiências neurológicas e de movimento relacionadas à idade (Tranah et al., 2015). Apesar dessa possível coexistência de mtDNAs e de um nível globalmente baixo de mutações de mtDNA, análises de célula única revelaram que uma carga de células individuais em envelhecimento se torna significativa (Khrapko et al., 1999) e pode finalmente atingir um estado de homoplasmia, no qual um genoma mutante domina (Lopez-Otin et al., 2013). Embora os mecanismos pelos quais a disfunção mitocondrial leva a doenças tenham sido descritos (Ylikallio e Suomalainen. 2012), como as mutações do mtDNA podem induzir o envelhecimento não está completamente esclarecido (Pinto e Moraes, 2015). Uma limitação importante dessa teoria é que como um comprometimento focal da função mitocondrial pode se espalhar por todo o tecido permanece inexplicável. Assim, fica claro que mais estudos são necessários para melhor elucidar como as mutações do mtDNA eventualmente levam ao envelhecimento.

(3) Teorias combinadas

Um dos primeiros esforços para desenvolver uma teoria unificada para o envelhecimento foi realizado por Strehler (1976) 1976. Ele formulou quatro postulados: (1) o envelhecimento é universal e,crescimento do pênis cistanchecomo tal, um fenômeno associado ao envelhecimento deve ocorrer em todos os indivíduos de uma espécie, ainda que em diferentes graus;(2) o envelhecimento deve ser intrínseco: as causas devem ser endógenas e não dependem de fatores extrínsecos;(3) o envelhecimento é progressivo e deve ocorrer de forma incremental ao longo da vida e;(4) o envelhecimento deve ser deletério, ou seja, um fenômeno associado ao envelhecimento só será considerado parte do processo de envelhecimento se não trouxer vantagens para o indivíduo.

Logo em seguida, a partir desses postulados, foi desenvolvida uma hipótese de membrana do envelhecimento (Zs.-Nagy,1978), baseada no fato de que as membranas celulares tornam-se mais rígidas durante o envelhecimento e que uma diminuição do teor de potássio intracelular poderia levar a uma espécie de "rejuvenescimento". Em outras palavras, o envelhecimento estava relacionado a mudanças na capacidade das células de transferir produtos químicos, calor e processos elétricos.

No início da década de 1980, Cutler apresentou a hipótese dis-diferenciativa do envelhecimento e longevidade dos mamíferos (Cutler, 1982), com base na noção de que a causa subjacente para a maioria das vastas complexidades do processo de envelhecimento era o afastamento das células de sua adequado estado de diferenciação, pois as células diferenciadas dias são responsáveis ​​pelo início de uma cascata de mudanças em todo o organismo e que a soma destas é o envelhecimento (Taylor e Johnson, 2008). Embora alguns estudos tenham sido realizados com a hipótese dis-diferenciativa do envelhecimento como premissa subjacente (Kator et al, 1985; Ono et al., 1985), essa ideia foi amplamente abandonada em favor de algumas das visões descritas anteriormente na processo de senescência.

Mais recentemente, uma nova teoria integrativa foi proposta,cistanche herbabaseado na noção de que o envelhecimento não é fundamentalmente um processo químico, mas sim um mecanismo biofísico, de natureza elétrica. A teoria do envelhecimento da eletricidade desvanecida (De Loof et al., 2013) postula que, à medida que as células perdem gradualmente sua capacidade de produzir sua própria eletricidade, os processos bioquímicos que foram sugeridos como os impulsionadores do envelhecimento entram em ação, levando à morte. pela senescência. Embora certamente plausível, esta teoria carece de dados que apoiem a hipótese. Isso levanta, no entanto, um aspecto interessante na pesquisa do envelhecimento: os cientistas não devem se limitar às causas bioquímicas e genéticas do envelhecimento. Todas as atividades biofísicas da célula viva devem ser levadas em consideração, a saber, a bioelétrica, como possível causa da senescência.

Embora várias teorias do envelhecimento tenham sido propostas, não há consenso sobre o assunto até o momento. De fato, muitos dos mecanismos sugeridos parecem, de uma forma ou de outra, interagir entre si (Jin, 2010). Assim, é necessária uma análise integrativa das evidências quantitativas disponíveis nos diferentes níveis da hierarquia biológica para compreender fundamentalmente como ocorre o processo de envelhecimento. Várias tentativas de encontrar sinergias e combinar diversas visões e teorias do envelhecimento foram feitas (Barja, 2013; Bengtson et al.,1999; Gems,2000; Miquel,1991; Weinert e Timiras, 2003), embora nenhuma tenha se estabelecido como um prevalecente visão detalhada e abrangente do que é e, mais importante, como ocorre o envelhecimento. No entanto, teorias combinadas veem o envelhecimento como um processo altamente interligado em um nível de sistemas, regulado por meio de loops de feedback entre os níveis de organização biológica (Kriete et al., 2006) (Fig. 6).

Este artigo é extraído do manuscrito Aging Res Rev. Author; disponível no PMC 2018 em 07 de junho.