STÁRNUTÍ. MUDr. Jan Pláteník, PhD Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky 1.LF UK. Co je to stárnutí

Podobné dokumenty
STÁRNUTÍ. MUDr. Jan Pláteník, PhD Ústav lékařské biochemie 1.LF UK. Co je to stárnutí

Antioxidační ochrana. Stárnutí. Antioxidanty v potravě

Antioxidanty v lidském těle z pohledu biologie a medicíny kyslíkových radikálů

Abiotický stres - sucho

Antioxidanty vs. volné radikály

běh zpomalit stárnutí? Dokáže pravidelný ZDRAVÍ

Jak na mozek, aby fungoval aneb. PaedDr. Mgr. Hana Čechová

Fyziologie AUTOFAGIE. MUDr. JAN VARADY KARIM FNO

Toxické látky v potravinách s nebezpečím onkologické aktivace

Globální problémy Civilizační choroby. Dominika Fábryová Oktáva 17/

Autofagie a výživa u kriticky nemocného pacienta

Co nás učí nádory? Prof. RNDr. Jana Šmardová, CSc. Ústav patologie FN Brno Přírodovědecká a Lékařská fakulta MU Brno

Stárnutí organismu Fyziologické hodnoty odchylky během stárnutí

Vliv automobilových emisí na lidské zdraví

Kosmetika a kosmetologie Přednáška 6 Stárnutí kůže

Úloha alkoholických nápojů v prevenci srdečněcévních nemocí. Z. Zloch, Ústav hygieny LF, Plzeň

PROBLÉMY ŽIVOTNÍHO PROSTŘEDÍ ORGANISMY

Srdce a atherosklerosa. Patologie. Ischemická choroba srdeční. Energetický metabolismus. 1. Ischemická choroba srdeční

Civilizační choroby. Jaroslav Havlín

Role hemoxygenasy a gangliosidů při estrogenové a obstrukční cholestáze

Znečištění ovzduší důsledky pro zdraví naší populace

BrainVitality. Stárnoucí mozek prochází postupnými strukturálnímí a funkčními změnami.

DEGHAS-orgánové komplikace diabetu

Reaktivní formy kyslíku v lidském těle Antioxidační ochrana. MUDr. Jan Pláteník, PhD Ústav lékařské biochemie 1.LF UK. Co je volný radikál?

BUNĚČNÁ TRANSFORMACE A NÁDOROVÉ BUŇKY

P R O B I O T I C K Ý D O P L N Ě K S T R A V Y

Xenobiotika a jejich analýza v klinických laboratořích

Energetický metabolizmus buňky

Renaissance Triple Set. Formula 3 KOMPLEX S ANTIOXIDANTY PRODLUŽTE SI MLÁDÍ!

Radiační patofyziologie. Zdroje záření. Typy ionizujícího záření: Jednotky pro měření radiace:

MTHFR. MethylTetraHydroFolátReduktáza

Rozvoj vzdělávání žáků karvinských základních škol v oblasti cizích jazyků Registrační číslo projektu: CZ.1.07/1.1.07/

Ukázka knihy z internetového knihkupectví

AMPK AMP) Tomáš Kuc era. Ústav lékar ské chemie a klinické biochemie 2. lékar ská fakulta, Univerzita Karlova v Praze

Vliv selenu na metabolismus laboratorního potkana

Použití tuků mořských ryb v prevenci vzniku metabolického syndromu. Mgr. Pavel Suchánek IKEM Centrum výzkumu chorob srdce a cév, Praha

Autophagie a imunitní odpověd. Miroslav Průcha Klinická imunologie Nemocnice Na Homolce, Praha

Fyziologická regulační medicína

Světlo: vliv na časový systém, pozornost a náladu. Helena Illnerová Fyziologický ústav AV ČR, v. v. i.

1. Metabolická acidosa, její příčiny a důsledky

Teorie neutrální evoluce a molekulární hodiny

Terapeutické klonování, náhrada tkání a orgánů

METABOLISMUS SACHARIDŮ

Respirace. (buněčné dýchání) O 2. Fotosyntéza Dýchání. Energie záření teplo BIOMASA CO 2 (-COO - ) = -COOH -CHO -CH 2 OH -CH 3

Odhad vlivu expozice aerosolovým částicím na populační zdraví v Česku

Revoluční antioxidant k ochraně před vnějšími škodlivými vlivy volných radikálů a různými nemoci

Protinádorová imunita. Jiří Jelínek

Václav Hořejší Ústav molekulární genetiky AV ČR. IMUNITNÍ SYSTÉM vs. NÁDORY

Mgr. Šárka Vopěnková Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou VY_32_INOVACE_02_3_20_BI2 HORMONÁLNÍ SOUSTAVA

EU peníze středním školám

7. Regulace genové exprese, diferenciace buněk a epigenetika

ÚVOD DO TRANSPLANTAČNÍ IMUNOLOGIE

Výzkum a technologie budoucnosti

ATOMOVÁ FYZIKA JADERNÁ FYZIKA

Předmět: VÝCHOVA KE ZDRAVÍ Ročník: 8. Časová dotace: 2 hodiny týdně. Konkretizované tématické okruhy realizovaného průřezového tématu

Zdraví a jeho determinanty. Mgr. Aleš Peřina, Ph. D. Ústav ochrany a podpory zdraví LF MU Kamenice 5, Brno

44 somatických chromozomů pohlavní hormony (X,Y) 46 chromozomů

BUŇEČNÝ CYKLUS A JEHO KONTROLA


Přehled regresivních změn

Teorie neutrální evoluce a molekulární hodiny

Stopové prvky v intenzívní péči. Colours of Sepsis, Ostrava Miroslav Tomíška

BIOCHEMICKÉ PROCESY V ORGANIZME ČLOVEKA V PROCESE STARNUTIA

Globální pohled na průběh replikace dsdna

Příčina Smrtí ve Světě

VÝZNAM REGULACE APOPTÓZY V MEDICÍNĚ

NUTRILITE DOUBLE X a NUTRILITE Daily

Bi8240 GENETIKA ROSTLIN

Sylabus témat ke zkoušce z lékařské biologie a genetiky. Struktura, reprodukce a rekombinace virů (DNA viry, RNA viry), význam v medicíně

LÉKAŘSKÁ BIOLOGIE B52 volitelný předmět pro 4. ročník

Vliv kulinární úpravy potravin na jejich nutriční hodnotu

Ateroskleróza. Vladimír Soška. Oddělení klinické biochemie

36-47-M/01 Chovatelství

Inovace studia molekulární a buněčné biologie

Regulace glykémie. Jana Mačáková

Studie zdravotního stavu dětí

ÚSTAV LÉKAŘSKÉ CHEMIE A BIOCHEMIE

Studie EHES - výsledky. MUDr. Kristýna Žejglicová

Nejmenší jednotka živého organismu schopná samostatné existence. Výměnu látek Růst Pohyb Rozmnožování Dědičnost

Česko ORGANICKÉ MINERÁLY BIOGENNÍ PRVKY VÁPNÍK, ŽELEZO, JÓD, ZINEK, SELÉN,

Inovace studia molekulární a buněčné biologie reg. č. CZ.1.07/2.2.00/

1. Definice a historie oboru molekulární medicína. 3. Základní laboratorní techniky v molekulární medicíně

VITAMIN D Z POHLEDU FUNKCE A VÝŽIVY

RIGORÓZNÍ OTÁZKY - BIOLOGIE ČLOVĚKA

Inovace profesní přípravy budoucích učitelů chemie

Moderní odborníci na výživu věří, že plody jujuby jsou bohaté na vitamíny a mají vysokou nutriční a medicínskou hodnotu.

Gerontologie. Hana Matějovská Kubešová Klinika interní, geriatrie a praktického lékařství

Nemoc a její příčiny

Amethyst BioMat Infračervený Regenerační Systém

ZTOX / Základy Toxikologie. Radim Vrzal

Buněčný cyklus. Replikace DNA a dělení buňky

INTRACELULÁRNÍ SIGNALIZACE II

Ovzduší a zdraví. MUDr. Jarmila Rážová, Ph.D. Ministerstvo zdravotnictví

Využití zvířat použitých k pokusným účelům v ČR v roce tabulka EK

ANÉMIE CHRONICKÝCH CHOROB

A. chromozómy jsou rozděleny na 2 chromatidy spojené jen v místě centromery. B. vlákna dělícího vřeténka jsou připojena k chromozómům

Výskyt a význam infekce Borna disease virem u pacientů léčených

Obecná charakteristika živých soustav

Mléko a mléčné výrobky ve výživě seniorů

Apoptóza. Veronika Žižková. Ústav klinické a molekulární patologie a Laboratoř molekulární patologie

Transkript:

STÁRNUTÍ MUDr. Jan Pláteník, PhD Ústav lékařské biochemie a laboratorní diagnostiky 1.LF UK Co je to stárnutí Pokles vitality s věkem, vzestup náchylnosti k různým chorobám Není chorobou samo o sobě Rozlišovat: Průměrná délka života (naděje dožití): 2000: muži 71,65 roku, ženy 78,35 roku 1920: muži 47 let, ženy 49,6 roku Maximální délka života: U člověka cca 115-120 let, nemění se 1

Co je to stárnutí U různých živočichů vypadá stejně, ale probíhá různě rychle musí být univerzální děj Stochastický proces, na rozdíl např. od embryogenese není přímo programováno genomem (I když geny hrají roli!) Na molekulární úrovni: neschopnost obnovovat správnou strukturu biomolekul neomezeně dlouho systemic molecular disorder (Hayflick) Co je to stárnutí Biologické postranní reakce spontánní, stále probíhající, neenzymatické, exergonické procesy př. oxidace, glykace Poškození biomolekul, např.: DNA: mutace, narušení rozmístění metylací Proteiny: oxidace, glykace, zesíťování/agregace Ne každé poškození může být opraveno Od určitého bodu je proces urychlen stresovou odpovědí organismu Stručně: ENTROPIE 2

Radikálová teorie stárnutí Nahromadění oxidačního poškození s věkem je příčinou stárnutí Dr. Denham Harman, 1956 25.11.2014 http://www.newswise.com/articles/dr-denham-harman-legendary-scientist-dies-at-age-98 Reaktivní formy kyslíku v organismu: Jednoelektronovou redukcí kyslíku (mitochondrie, NADPH oxidasa) vzniká superoxid O 2 Dismutace superoxidu produkuje peroxid vodíku: O 2 + O 2 + 2 H + O 2 + H 2 O 2 Fentonova reakce s Fe nebo Cu vytvoří z peroxidu hydroxylový radikál: H 2 O 2 + Fe 2+ OH + OH + Fe 3+ Ionizační záření: Hydroxylový radikál vzniká ionizací vody: H 2 O + hν H + OH 3

Mitochondriální genom Mitochondriální DNA mutuje 10x rychleji než jaderná Expozice kyslíkovým radikálům? MitoDNA není obalena histony Méně dokonalý systém opravy mitodna Bludný kruh oxidačního poškození mitochondrií Tvorba kyslíkových radikálů v mitochondriích Nahromadění mutací v mtdna s věkem Porucha funkce respiračních komplexů Srdeční selhání, svalová slabost, diabetes mellitus, demence, neurodegenerace... 4

Radikálová/mitochondriální teorie stárnutí Hromadění oxidačního poškození s věkem (Denham Harman, 1956) Později formulována mitochondriální teorie mitochondrie jsou hlavní zdroj ROS v organismu Ale: nedaří se jednoznačně prokázat, že mito DNA je více poškozována ROS, ani že dramaticky hromadí mutace s věkem Model dle Kirkwooda a Kovalda: Určité množství ROS uniká z mitochondrií a poškozuje ostatní buněčné struktury Prevence tvorby ROS a systémy opravující poškození nejsou nikdy 100 % účinné Mírně poškozené mitochondrie produkují méně energie, než buňka potřebuje Důkazy pro radikálovou/mitochondriální teorii stárnutí: Life-time Energy Potential Drosophila: délka života závisí na teplotě (vyšší t vyšší spotřeba O 2 kratší život) U většiny savců je délka života dána určitou sumou srdečních tepů/spotřebou O 2 : Kůň: 0,2 L O 2 na kg a hodinu, žije max. 35 let 60 000 L O 2 /kg za život Veverka: 1 L O 2 na kg a hodinu, žije max. 7 let 60 000 L O 2 /kg za život (též známo jako rate-of-living theory nyní jako teorie stárnutí odmítáno kvůli četným výjimkám) 5

Glykace proteinů/karbonylový stres Maillardova reakce (podle Janebová a kol., Remedia 1999). Reaktivní karbonyly (aldehydy) z lipoperoxidace: Methylglyoxal: Toxic byproduct of glycolysis Source of AGEs (advanced glycation end products) Methylglyoxal + Arg Arg Protein (Glyoxalase 1, 2, GSH) AGE AGE Protein 6

Glyoxalasa 1 prodlužuje život červu C. elegans Morcos M et al. Aging Cell 2008; 7: 260-269 Glyoxalasa 1 odstraňuje methylglyoxal Její exprese u C. elegans klesá s věkem Uměle zvýšená exprese prodlužuje život Snížení exprese život zkracuje Mechanismus: modifikace mitochondriálních proteinů methylglyoxalem zvyšuje produkci ROS respiračním komplexem III Jak se buňky zbavují nepotřebných proteinů a organel Kalpainy, proteasom (proteiny s krátkým poločasem) Autofagie (proteiny s dlouhým poločasem, organely): Makroautofagie (celé organely) Mikroautofagie (makromolekuly, malé organely) Chaperony zprostředkovaná autofagie (KFERQ proteiny) Obr.: http://cpmcnet.columbia.edu/dept/gsas/anatomy/faculty/kessin/autophagy.html 7

Stárnutí jako katabolické selhání Nekompletní degradace v lysosomech, uvolnění Fe z mito, ROS, lipoperoxidace, cross-linking, agregace a polymerace zoxidovaných proteinů a lipidů LIPOFUSCIN (v lysosomech) V cytosolu defektní mito a proteinové agregáty + Deficit hydroláz dodávaných do defektních lysosomů Poškozené a hypertrofované (obří) mito nelze odbourat Méně ATP, více ROS, poškozené mito a lysosomy mohou iniciovat apoptosu.. Obr.: http://www.uni-mainz.de/fb/medizin/anatomie/workshop/em/emtlyso.html Antioxidační ochrana V Stresová reakce Oxidace nebo nitrosylace kritických -SH skupin Transkripční faktory (NFκB, Nrf-2 ): aktivace, translokace do jádra Indukce genové exprese: chaperony (heat shock proteiny) enzymy antioxidační ochrany metalothionein hemoxygenasa 1 vyšší odolnost vůči dalšímu oxidačnímu stresu propagace zánětu 8

Stresová reakce se ve stáří stává chronickou Nick Lane: Oxygen. The Molecule that made the World. Oxford University Press 2002 Hayflickův limit Lidské fibroblasty v kultuře se dělí maximálně 50-70x, pak stárnou a hynou Platí pro všechny somatické buňky, ale ne pro nádorové buňky U buněk ze starých osob je počet dělení menší 1998 GARLAND PUBLISHING 9

Telomerasa Telomerasa není klíč k věčnému mládí! Většina buněk lidského těla telomerasu nepotřebuje (dělí se málo nebo vůbec) Kmenové, germinální a aktivované imunitní buňky telomerasu mají Fibroblasty a epiteliální buňky nikdy Hayflickova limitu nedosáhnou Myší somatické buňky telomerasu mají, přesto žije myš kratší dobu nežčlověk K.O. myšího genu pro telomerasu: předčasné stárnutí až po několika generacích, výskyt lidských epiteliálních nádorů (karcinomů) 10

Co potřebuje buňka k nesmrtelnosti Dělení (mj. se ředí neodbouratelné proteiny) nebo spánek v hypoxickém prostředí Telomerasu Žádné anebo vypnuté mitochondrie Nejvíce stárnou specializované postmitotické buňky nervové, srdečního a kosterního svalu Asi konečný limit trvání našich těl Je stárnutí nevyhnutelné? Nezmar (Hydra) Obr.: http://www.geol.umd.edu/~tholtz/g331/lectures/331coral.html Jednoduchý tělesný plán, rychlá a úplná obnova všech somatických buněk z kmenových buněk Rozptýlená nervová soustava, žádný mozek ani sval Rozmnožování převážně nepohlavní (pučením) Žádné známky stárnutí I kdybychom dokázali totéž uměle (kmenové buňky), náhrada buněk v CNS musí vést ke ztrátě paměti 11

Evoluce stárnutí Disposable soma theory (tělo na vyhození) Bakterie: nestárnou za cenu vysoké mortality Vyšší organismy: Specializace GAMETY: haploidní (filtr genetických defektů), obrovská redundance a velká selekce, DNA pro další generace. SOMA: diploidní, trvalejší struktura, která se ale opotřebovává, DNA není určena pro další generace. 12

Disposable soma theory: Jak dlouho má tělo vydržet? V přírodě se většina živočichů stárnutí nedožije selekční stín pro mutace s negativním vlivem v pozdních fázích života V přírodním výběru je rozhodující úspěch v reprodukci! geny prodlužující post-reprodukční období nejsou k ničemu Omezené množství metabolické energie se musí dělit mezi údržbu těla a reprodukci (trade-off) (T.B.L.Kirkwood & S.N. Austad, Nature 408 (2000), 233-238) Katastrofické stárnutí: Tichomořský losos http://www.usgs.gov/features/lewisandclark/childrenwebsites.html 13

Živočichové, kteří žijí déle než by měli: Výjimky ze vztahu délka života spotřeba kyslíku Krunýř Křídla Vyspělý mozek Obr.: http://www.discovergalapagos.com/tortoise.html http://www.ctrl-c.liu.se/ftp/images/animals/misc/*.* http://www.african-safari-pictures.com Ptáci žijí relativně déle než stejně velcí savci, protože mají lepší mitochondrie KRYSA: žije max. 3.5 roku HOLUB: žije 35 let Intenzita metabolismu srovnatelná s krysou Mitochondriální produkce ROS ve vztahu ke spotřebě O 2 asi 10x menší Obr.: http://www.flickr.com/photos/firefalcon/143470921/ 14

Důkazy pro trade-off mezi délkou života a plodností V laboratoři lze vyselektovat Drosophily žijící 2x déle asi po 10 generacích: Asociováno s pozdější reprodukcí, celkový počet potomstva stejný Genealogické studie britské aristokracie: Ti, kteří žili nejdéle, měli zároveň největší problémy s plodností Teorie antagonistické pleiotropie Geny poskytující výhodu v reprodukci, ale poškozující nositele později Příklady u lidí: Huntingtonova chorea Hemochromatosa (T.B.L.Kirkwood & S.N. Austad, Nature 408 (2000), 233-238) 15

V mládí dobrá obrana proti infekci Chronický zánět/oxidační stres ve stáří? Nick Lane: Oxygen. The Molecule that made the World. Oxford University Press 2002 Antioxidanty jako elixíry mládí? Vitamín E (tokoferol) Vitamín C (askorbát) β-karoten Selen Obr.: http://www.osel.cz 16

Volné radikály v patogenesi lidských onemocnění Příčina chorobného stavu, např.: cancerogenese v důsledku expozice ionizačnímu záření retinopatie novorozenců (fibroplasia retrolentalis) Významný podíl na patogenesi, např.: aterosclerosa diabetes mellitus hypertenze některé typy rakoviny mozkové trauma/hemoragie ischemicko-reperfusní poškození srdce a jiných orgánů Parkinsonova nemoc Alzheimerova nemoc stárnutí Jen epifenomenon (obecný důsledek tkáňového poškození) Antioxidační potravní doplňky mohou dokonce škodit! Recentní meta-analýza celkové mortality v 68 studiích s podáváním antioxidačních potravních doplňků (232 606 účastníků, 385 publikací): β-karoten, vitamín A a vitamín E signifikantně zvyšují mortalitu Vitamín C a selen nemají vliv (Bjelakovic G et al., JAMA 2007; 297: 842-857) 17

Proč antioxidanty nepomáhají nebo dokonce škodí??? Ve vyšších dávkách už nedělají nic Působí tam kde nemají Inhibice stresové reakce Brání boji proti infekci, nádorovým buňkám, oprávněné apoptose? Mají i jiné účinky než antioxidační tokoferoly: protizánětlivé β-karoten: ko-karcinogen (dohromady s kouřením nebo environmenálními toxiny) Kalorická restrikce prodlužuje život Omezení množství potravy při zachování její biologické kvality Funguje i u teplokrevných živočichů (myš, makak rhesus) s konstantní intenzitou metabolismu Myš žije 28 měsíců, ale omezení potravy na 25% jí prodlouží život na 47 měsíců Skutečně prodlužuje maximální délku života, snižuje oxidační stres, výskyt nádorů a zpomaluje stárnutí 18

Kalorická restrikce prodlužuje život Organismus přečkávající nepříznivé období věnuje více metabolické energie na údržbu. Mechanismus: Určité potlačení signalizace IGF-I (somatomedin C) a inzulínu Sirtuiny enzymy deacetylující histony, p53 apod., inhibované NADH Funguje i u lidí? probíhající studie CALERIE (Comprehensive Assessment of Long-term Effects of Reducing Intake of Energy) Přiměřená fyzická aktivita prospívá svalovým mitochondriím Potřeba energie stimuluje biogenesi a obnovu svalových mitochondrií Přiměřená dávka (např. oxidačního) stresu zvyšuje odolnost vůči dalšímu stresu ( co tě nezabije, to tě posílí ) Mechanismus: např. indukce exprese heat shock proteinů (chaperonů) stresová reakce Příklad: produkce ROS ve svalové tkáni při fyzické aktivitě přesto prospěšné Obdobně mentální aktivita pomáhá obnovovat mozkové mitochondrie? 19

? http://www.calpoly.edu/~lcimarel/know.htm Dieta bohatá na ovoce a zeleninu (optim. 5x 80 g denně) je spojena s nižším rizikem kardiovaskulárních chorob, diabetu a některých typů rakoviny (plíce, ústa/hltan) (ale nevíme proč) Závěr? Nesmrtelnost ani věčné mládí nejsou na dosah. Stárnutí je zřejmě nevyhnutelným důsledkem aerobního metabolismu mitochondrií postmitotických tkání Rychlost stárnutí ale asi ovlivnit lze Kalorická restrikce může zvýšit maximální délku života Fyzická aktivita a vyvážená dieta pomáhají se této maximální délce života přiblížit Budoucnost? Imunomodulace, mitochondriální antioxidanty, látky aktivující sirtuiny, kmenové buňky, modulace autofagie 20