Budapest, 2018.11.10
Vellai Tibor
Eötvös Loránd Tudományegyetem
Genetikai Tanszék
Az öregedési folyamat
szabályozása és
mechanizmusa
Öregedés: az egyed fitneszében és általános fiziológiájában
bekövetkező folyamatos hanyatlás az élettartam során,
amelyet molekuláris károsodások okoznak.
Abbott (Nature
428:116, 2004):
Across the developed
world, birth rates are
falling and people are
living longer. This
requires a new focus
on research to
promote healthy
ageing, rather than
simply treating the
diseases of old age.
A fejlett országokban a várható élettartam meghaladja a 80 évet
(Monaco: 95 év!).
Az öregedési folyamat társadalmi, gazdasági
jelentősége
Orvosbiológiai jelentőség: öregkori degeneratív
patológiák sikertelen kezelése
„aging is a collection of mostly independent degenerative processes
leading to disease and, ultimately, death.”
(Hekimi and Guarente, Science 299: 1351, 2003).
• rák
• neurodegeneratív betegségek
• cukorbetegség
• szöveti atrófia (pl. szarkopénia)
• fibrózis
• Immun-deficienciák
• ...
Molekuláris károsodás
Genetika: hosszú élettartamú mutáns törzsek
izolálása
Cynthia Kenyon
Az elmúlt 3 évtized: kb. 500 „aging” gén feltárása. Jelátviteli rendszerek,
szabályozó fehérjék, respiráció, transzláció, ...
Nature, 366:461-4, 1993.
Életkor (napok)
Élő
álla
tok
(%) vad típus
daf-2(-)
„Some aspects of ageing remain particularly enigmatic.
One of these is the all-important question of what
actually causes ageing.”
Miért?
Az öregedési folyamat mechanizmusa feltáratlan
maradt
• ROS
• telomér rövidülés
• mutációk
• ...
Élő
álla
tok
(%)
Életkor (napok)
vad típusdaf-2(-); daf-2-RNSi, gonád(-)
6x
Eredmények
I.
Piwi fehérjék
Rákos sejtek CsalánozókCsíravonal
Piwi fehérjék (Piwi-piRNS útvonal)
Nem öregedő sejtek (replikatív immortalitás)
összehasonlító elemzése
zigóta
szomatikus sejtek
csíravonal sejtek
Sturm Á. és mtsi., CMLS, 2015Sturm Á. és mtsi., Aging Cell, 2017
ugráló gén gén
enzim
inszerciós mutáns gén
(elrontott gén)
Piwi-piRNS útvonal: transzpozábilis elemek (TE)
blokkolása
Az eukarióta genomok jelentős részét TE-eredetű
szekvenciák alkotják
ENCODE (2012)
„Miért?”
TE-k: nagy kópiaszám (több ezer/millió)
nem lehet genetikailag inaktiválni
TE-k:
• A kópiaszám exponenciális növekedése a szomatikus genomban
• DNS hibajavító rendszer nem ismeri fel
Caenorhabditis elegans genom: kevés TE (12%),
csak néhány család aktív
31/haploid genom
29/haploid genom
Egy új, hatékonyabb RNSi rendszer kifejlesztése.Sturm Á. és mtsi., Nucleic Acids Res 46:e105, 2018.
TE családok csendesítése megnöveli az élettartamot
C. elegans-ban
Tc1Tc3Tc14...
Élő
álla
tok
(%)
Életkor (napok)
Kontroll RNSi
Tc1-RNSi
0
5
10
15
20
25
Mea
n li
fesp
an (
day
s)
control RNAi
Tc1(RNAi)
***Kontroll
Tc1-RNSi
Átl
ago
s é
lett
arta
m
Piwi/PRG-1 szomatikus (ektopikus) expressziója
jelentősen megnöveli az élettartamot
Élő
álla
tok
(%)
Életkor (napok)
Vektorhs::prg-1Vad típus
Az adenin metiláció szintje progresszíven nő TE
szekvenciák mentén
DNS
2 DAMT-1(C18A3.1)
NMAD-1(F09F7.7)
DNS
CH3
Cele141 napos felnőttek 11 napos felnőttek
PvuII M DpnI PvuII M DpnI
30 34 38 30 34 38 30 34 38 30 34 38
(kontroll) (6mA) (kontroll) (6mA)
0100200300400500600700
Day 1 Day 11R
elat
ive
6mA
leve
lsat
Cel
e14
stre
ches
Adult age
DpnI
1 nap 11 nap(életkor)
Re
latí
v 6
mA
szi
nt
a C
ele1
4TE
sz
ekv
enci
ák m
en
tén
0
100
200300
400
500
600700
Day 1 Day 11
Rel
ativ
e6m
A le
vels
atTc
1 st
rech
es
Adult age
DpnI
***
0100200300400500600700
Day 1 Day 11
Rel
ativ
e6m
A le
vels
atTc
3 st
rech
es
Adult age
DpnI
***
Re
latí
v 6
mA
szi
nte
k a
Tc1
sze
kven
ciák
me
nté
n
Re
latí
v 6
mA
szi
nte
k a
Tc3
sze
kven
ciák
me
nté
n
1 nap 11 nap(életkor)
1 nap 11 nap(életkor)
Tc3
100 bpTc3
cdc-42
Tc1
Tc1
cdc-42
800 bp
Az adenin metiláció befolyásolja a TE transzkripciót
Az öregedés sztochasztikus/mutációs aspektusa
(mechanizmus)
Genom instabilitás
TE transzkriptum
kromoszóma
6mA
Fiatal felnőtt Idős felnőttkor
Genomi integritás
ÖregedőNem öregedő
TE TE
TE transzkriptum
kromoszóma
Nincs/minimális transzpozíció Transzpozíció
Eredmények
II.
MTMR14/EDTP fehérjék
Az öregedést sejtes károsodások felhalmozódása
okozza.
A sejtes károsodások eltávolításának legfontosabb
mechanizmusa: AUTOFÁGIA.
Atg génekben TE inszerciók egyedi sejtekben.
AUTOFÁGIA
Sejt anyagainak megújítása
Atg8/LC3B-II
Atg12-Atg5-Atg16
SQSTM1/p62
fagofór autofagoszómalizoszóma
autolizoszóma
PI3K Savas hidrolázokMTMR14
MTMR14
PI3K
Az autofág kapacitás hanyatlása idegsejtekben a felnőtt élettartam során
1 nap 10 nap 30 nap 50 nap 70 nap
Atg5
Hoechst
FYVE-GFP
Hoechst
Ref(2)P/p62
Hoechst
50 µm
0
2
4
6
8
10
1
cove
rag
eo
f A
tg5
par
ticl
es
1
10
30
50
70
Atg5
0
5
10
15
1
1
10
30
50
70
PI3K (FYVE)
cove
rag
eo
f
FY
VE
-GF
P p
arti
cles
napok
Atg
5 s
tru
ktú
rák
me
nn
yisé
ge
FYV
E st
rukt
úrá
km
en
nyi
sége
napok
0
4
8
12
Oregon
1
10
30
50
70
cove
rag
eo
f
Ref
(2)P
par
ticl
es
Ref(2)P/p62
napokRef
(2)P
/p6
2 s
tru
ktú
rák
me
nn
yisé
ge
Fluoreszcens mikroszkópia
α-Tub84B
p62/Ref(2)P
Atg8a-I
Atg8a-II
100 kDa
49.9 kDa
15 kDa
12 kDa
nap 1 10 20 30 40 50 60
Ref(2)P/p62
0
2
4
6
1
1
10
20
30
40
60
50
Rel
ativ
eam
ou
nts
of
Ref
(2)P
Ref(2)P/p62
Ref
(2)P
/p6
2 s
zin
tek
Western blot
napok
year 42
year 71
p62
DAPI
p62
DAPI
p62
0
10
20
30
40
1
abu
nd
ant
of
p62
p
osi
tive
stru
ctu
res
42
71
p6
2 s
zin
tek
Fluoreszcens mikroszkópia
MTMR14/EDTP gátolja az autofágiát
MTMRs
PI3K/Vps34
PI
PI5P
PI3P
MTMRsPI3,5-P2
P1
23
4
5 6P
P
1
23
4
5 6
P
P1
23
4
5 6P
P1
23
4
5 6
P
5’ phosphatasesPIPK
AUTOFÁGIA
MTMR14/EDTP folyamatosan akkumulálódik neuronokban a felnőtt élettartam során
EDTPHoecsht
0
25
50
75
100
1
10
20
30
40
60
50
ED
TP
exp
ress
zió
s
szin
tje
EDTP
napok
Fluoreszcens mikroszkópia
0
3
6
1
1
10
20
30
40
60
50
ED
TP
szi
nte
k
EDTP
Western blot
napok
EDTP
αTub84B
Day: 1 10 20 30 40 50 60M
49.9 kDa
EDTP
α-Tub84b
83.1 kDa
control EDTPminos
MTMR14 akkumulálódik neuronokban a felnőtt élettartam során
27 éves 73 éves
Az öregedés szabályozása – MTMR14/EDTP lipid
foszfatázok, mint endogén pro-aging faktorok
Életkor
Re
latí
v ak
tivi
tás
MTMR14/EDTP
Autofág kapacitás
Öregedési modellünk
Szabályozó faktorok
(pl. MTMR14)
Sztochasztikus faktorok
(random mutációk,
elsősorbanTE-k)
Fenntartó rendszerek
• Autofágia
• Ubikvitin-proteoszóma rendszer
• Chaperone-ok
• DNS hibajavító útvonalak
Sejtes károsodások
Öregedés
• Öregkori betegségek kezelése
• Egészséges élettartam növelése