Respostas dicotômicas à hipóxia fetal crônica levam a um fenótipo de envelhecimento predeterminado Ⅲ
Nov 29, 2023
DISCUSSÃO
No presente estudo, caracterizamos múltiplas alterações moleculares que formam uma base sólida para Barker'teoria da programação fetal de doenças adultas, combinando um modelo murino deCIUR hipóxicacom uma análise proteômica bottom-up,usando o rim como leitura. A principal vantagem da nossa análise em comparação com outros relatos de modelos de camundongos IUGR induzidos por hipóxia (29–32) é a apresentação de um conjunto de dados holístico no nível da proteína de comohipóxia fetal crônicaleva à redução da formação de néfrons, em vez de focar em um fenótipo específico.
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Uma limitação metodológica da presente abordagem é o uso delisados renais totais, impedindo a alocação das observações experimentais a estruturas anatômicas específicas ou tipos de células do rim em desenvolvimento. Outras limitações incluem a variabilidade geral de resultados entre todos os modelos de camundongos com hipóxia normobárica publicados com fenótipos relatados que variam desde sinalização Wnt alterada ou expressão aberrante de receptores de angiotensina II até reduçãoTFG ou proteinúria(27). Este amplo espectro fenotípico é provavelmente devido a diferenças nos protocolos específicos de hipóxia empregados: particularmente, variações na gravidade da hipóxia e no tempo de exposição, no estágio de desenvolvimento no início da exposição ou na exigência de uma segunda dose para gerar um fenótipo, e o sexo dos animais. Apesar dessas diferenças, todos os estudos, inclusive o nosso, constataram que o número de néfrons estava reduzido. O tema central de nossos achados é a resposta dicotômica à hipóxia fetal crônica, categorizada em mecanismos e processos de rejuvenescimento e/ou sobrevivência que promovem o envelhecimento prematuro (Fig. 9).
Hipóxia crônicainduz enorme estresse oxidativo (44), enquanto a falta concomitante de formação de ATP mitocondrial prejudica a regeneração de proteínas e organelas danificadas. Esse acúmulo de proteínas danificadas (DAMPs) causa a ativação do inflamassoma e, subsequentemente, sabe-se que os neutrófilos invasores danificam ainda mais o epitélio funcional. A longo prazo, o fenótipo pró-envelhecimento parece prevalecer comorins hipóxicos crônicosexibem múltiplas características semelhantes à senescência, como reprogramação metabólica, acúmulo de massa mitocondrial e lisossomal, perda de proteostase e processamento de mRNA ou dano persistente ao DNA (45). Um aumento na densidade do volume mitocondrial com capacidade respiratória diminuída, mas maior eficiência no transporte de elétrons, também foi encontrado em biópsias de músculo esquelético humano adulto retiradas de participantes do estudo.estudo de alta altitude (46, 47).
Além disso, o estresse oxidativo também é o principal gatilho da senescência prematura induzida por estresse (SIPS), que ocorre independentemente do encurtamento dos telômeros, embora compartilhe muitos efetores a jusante da senescência replicativa (48). Além da ativação mediada por p53-de p21 e p16, níveis aumentados de p27 também promovem a parada do ciclo celular em G1/S devido aoinibição de CDK2-Células presas por ciclina E. G1- exibem alterações de heterocromatina, alterações transcricionais e o fenótipo secretor associado à senescência (SASP). A versão SASP é conhecida porrecrutar leucócitos, e promover uma resposta inflamatória, mas também para reduzir os níveis celulares de NAD que restringem ainda mais os processos de reparo do DNA e a atividade das sirtuínas nas células vizinhas,células não senescentes(49). Curiosamente, o gene de longevidade Sirt6, responsável pela reparação mais eficiente da quebra da cadeia dupla do ADN em espécies de vida longa (50), demonstrou ser reduzido em células senescentes, impedindo a degradação proteasomal de p27 (51). Além disso, o dano oxidativo mais frequente ao DNA (8- OHdG) também se acumula com a idade (52, 53). Assim, nossos dados apontam para o estabelecimento de um círculo vicioso a jusante do dano persistente ao DNA causado pela hipóxia que leva à indução de SIPS, predeterminando um fenótipo de envelhecimento no tecido renal já durante o desenvolvimento fetal.
FIGO. 8. O efeito dehipóxia crônicanos níveis séricos de klotho e sirtuína 6 é evolutivamente conservado. Amostras de soro humano de um estudo controlado de nove voluntários saudáveis (oito homens, uma mulher) foram coletadas 2 semanas antes (nível do mar, SL), em três momentos, enquanto a 3.454 m (HA3, HA9, HA28) e 1, 7 e 14 dias após o retorno ao SL (RSL1, RSL7, RSL14). A, as concentrações de sKL humano diminuíram rapidamente no HA e alcançaram significância estatística no HA28 (RM one-way ANOVA com a correção Geisser-Greenhouse, teste de comparações múltiplas de Dunnett; todas as comparações versus grupo controle SL; p=00,0066). Após a descida, os níveis de sKL retornaram rapidamente aos níveis de SL ou superiores, com um pico temporário em torno de RSL7 (p=00,2986). B, por outro lado, as concentrações séricas de SIRT6 humana foram significativamente reprimidas de H28 a RSL7 (RM one-way ANOVA com correção de Geisser-Greenhouse, teste de comparações múltiplas de Dunnett; todas as comparações versus grupo controle SL; para HA28: p { {25}}.002, para RSL1: p=0.0001, para RSL7: p=0.0063) e só começou a subir novamente lentamente no RSL14 (p=0.7107) .
FIGO. 9. Modelo proposto. A hipóxia fetal crônica provoca uma resposta dicotômica com face de Janus no rim em desenvolvimento, compreendendo mecanismos que promovem a sobrevivência e outros que induzem o envelhecimento acelerado.
É importante ressaltar que esse fenótipo de envelhecimento pré-programado não se restringe ao rim, mas afeta todo o organismo, conforme refletido pelos níveis séricos reduzidos de klotho e sirtuína 6. Além disso, os resultados congruentes encontrados em amostras de soro humano após exposição prolongada a níveis reduzidos de níveis de oxigênio sugerem fortemente que a regulação negativa dessas proteínas antienvelhecimento emhipóxia crônicaé evolutivamente conservado entre camundongos e humanos. A este respeito, três artigos recentes relatam níveis reduzidos de klotho ou SIRT6 na apneia obstrutiva do sono (54, 55) ou em pacientes com anomalias pulmonares intersticiais (56). Assim, o fornecimento insuficiente de oxigênio aos tecidos ao nível do mar, levando a um microambiente hipóxico, também pode promover um fenótipo de proenvelhecimento, apesar da disponibilidade geral normal de oxigênio. Num estudo publicado recentemente, mostrámos que a hipometilação global do ADN representa um evento regulador chave que liga a nutrição materna durante a gestação e a restrição de crescimento no rim (41). Aqui, avaliamos especificamente os padrões de metilação de Mki67, Kl e Sirt6 murinos e encontramos perfis diferenciais de metilação específicos do gene, apesar dos níveis menos abundantes de todas as três metiltransferases de DNA de mamíferos (Dnmt1, Dnmt3a e Dnmt3b) em nosso conjunto de dados proteômicos hipóxicos. A hipermetilação de Mki67 ilustra um potencial mecanismo repressivo que enfatiza a conexão crucial entre a hipóxia intrauterina e um número reduzido de néfrons no nascimento, implicando que a diminuição da proliferação é de fato um pilar fundamental subjacente à hipótese de Barker e Brenner. Além disso, parece ser um mecanismo ativamente controlado, uma vez que ocorre apesar da redução global da abundância da proteína Dnmt. Durante o desenvolvimento fetal, este processo representa uma vantagem de sobrevivência, dando ao feto tempo para reparar danos no DNA. No entanto, isso tem um custo elevado – um risco aumentado paradoença renal em adultos.
Em conclusão, com base em um painel único de biomarcadores, descrevemos uma base sólida para a teoria de Barker, delineando uma resposta dicotômica, com face de Janus, que compreende vias que garantem a sobrevivência, mas também promovem um fenótipo semelhante à senescência em resposta à hipóxia fetal crônica no rim. . Estas condições distintas aparentemente contribuem para a formação restrita de néfrons ao nascimento, que constitui a base do declínio acelerado da função renal em adultos, fundamentando assim a hipótese de Brenner. Além disso, corroboramos parcialmente nossos achados na exposição crônica à hipóxia em humanos adultos, fornecendo evidências de que a repressão de proteínas antienvelhecimento é um mecanismo altamente conservado. Ao monitorar e direcionar os processos que predeterminam um fenótipo de envelhecimento em amostras de tecido ou sangue, novas intervenções podem ser implementadas para neutralizar o envelhecimento acelerado associado à hipóxia crônica em doenças humanas.
DISPONIBILIDADE DE DADOS
Os dados proteômicos de espectrometria de massa foram depositados no ProteomeXchange Consortium (//proteomecentral.proteomexchange.org) através do repositório de parceiros PRIDE (15) com o identificador do conjunto de dados PXD018999 e 10.6019/PXD018999. Todos os outros dados que apoiam as conclusões deste estudo estão disponíveis ao autor correspondente, mediante solicitação.
Dados suplementares — Este artigo contém dados suplementares.
Agradecimentos – Agradecemos a D. Lambert por realizar medições de TFG.
Abreviações — As abreviaturas usadas são: CAV1, caveolina-1; DRC, doença renal crônica; DTT, ditiotreitol; DRT, doença renal terminal; AF, ácido fórmico; FDR, taxa de descoberta falsa; TFG, taxa de filtração glomerular; RCIU, restrição de crescimento intrauterino; LFQ, quantificação sem rótulo; MPO, mieloperoxidase; OXPHOS, fosforilação oxidativa; pPTC, célula tubular proximal primária; SASP, fenótipo secretor associado à senescência; SIPS, senescência prematura induzida por estresse. Recebido em 12 de outubro de 2021 e revisado em 7 de dezembro de 2021. Publicado, MCPRO Papers in Press, 24 de dezembro de 2021, https://doi.org/10.1016/j.mcpro.2021.100190
REFERÊNCIAS
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