Modificări legate de vârstă în lipidomul cortexului frontal și al cerebelului de șobolan aplicate la bătrânețe

2.2. Efectul îmbătrânirii și restricției metioninei în lipidomul cortexului frontal

Încortexul frontal, al nostrulipidomiceanaliza a detectat un total de 11.029 molecularecaracteristici din ambele moduri de ionizare (pozitiv și negativ), odată cu corectarea liniei de bază,peak picking și alinierea vârfurilor au fost aplicate pe datele achiziționate. După controlul calitățiievaluarea, filtrarea și corectarea semnalului, au rămas 763 de caracteristici, care au fost folosite pentruanalize statistice. Folosind întregul lipidom, a arătat analiza componentelor principale (PCA).că primele trei componente (PC1, PC2 și PC3) au explicat 36,8% din variabilitateamostrele. Această analiză a arătat că lipidomul grupului de adulți a diferit cu respectla grupurile de vârstă și că grupul MetR a fost, de asemenea, clar diferențiat, sugerândaceaîmbătrânirea și alimentația pot fi determinanți în definirea lipodomului din frontalcortexul(Figura2A). S-au dezvăluit statistici multivariate aplicate numai pentru adulți și grupuri de vârstăcă modificările din lipidomul cortexului central au fost minore în timpul îmbătrânirii (suplimentarFigura S1B).

Fiecare celulă colorată de pe hartă corespunde unei valori relative a concentrației, cu mostre în coloane și compuși înrânduri. N (Adult)=7, n (Vârsta)=7, n (Vârsta plus MetR)=7.

Analiza discriminantă parțială a celor mai mici pătrate (PLS-DA) a reușit să separe în mod clartrei grupuri (datele nu sunt afișate), dar testele de permutare (1000 de repetări) au dat rezultate nesemnificativep valoare (p = 0.17), indicând că nu a fost un model optim. Clustering ierarhic folosindtoate speciile de lipide detectate nu au prezentat o tendință specifică atunci când a fost analizat întregul lipidom(Figura suplimentară S2B). Cu toate acestea, o hartă termică de intensitate relativă se modifică pentru cei 25specii lipidice cu cele inferioarep valoarea a fost apoi compusă pentru a vizualiza posibila grupare(Figura2B), și a apărut un model care sugerează că, deși toate cele trei grupuri s-au grupatperfect, dieta a fost cel mai important factor care determină lipidomul cortexului frontal. TheHarta termică a abundenței metaboliților a arătat că grupul Adult plus MetR a avut o specificitateprofil comparativ cu celelalte două grupuri.Analiza lipidomică a demonstrat existența unor modificări specifice în lipidomulcortexul frontal în timpul îmbătrânirii și MetR aplicat la bătrânețe.

Faceți clic pentru a obține mai multe cunoștințe despre cum Cistanche crește lipido

Solicitați mai multe:E-mail:wallence.suen@wecistanche.com Whatsapp plus 86 15292862950

Astfel, când am căutatbiomarkeri specifici de îmbătrânire și dietă, am găsit 81 de specii de lipide diferite din punct de vedere statistic.grupuri de întreținere (Tabel5, Materiale suplimentare,, accesat la 16 noiembrie 2021). Dintre toate moleculele semnificative, 34 au fostadnotate, iar 41 nu au fost identificate. Printre speciile de lipide identificate, am descris 1 FA,11 GL, 14 GP, 5 SP, 1 prenol lipidă (PL) și 2 SL. După diferenţele dintregrupelor, am atribuit o semnificație biologică pentru speciile de lipide diferențiale constând dintrei concepte: îmbătrânire sănătoasă, îmbătrânire și dietă. Îmbătrânirea sănătoasă a fost considerată lipidespecii care au urmat post-hoc: În vârstă6 = În vârstă plus MetR și Adult. A lua în considerare o lipidăspecii ca biomarker al îmbătrânirii, post-hoc-urile au fost: Adult6 = Aged și Aged plus MetR. In cele din urma,au fost considerați biomarkeri ai efectului MetR: Aged plus MetR6 = În vârstă și adult. UrmaConform acestei reguli, am găsit 25 de biomarkeri ai îmbătrânirii (1 identificat ca FA, 4 ca GL, 3 ca GP, 1 ca PLși 1 ca SL), 33 de biomarkeri ai dietei MetR (1 identificat ca GL, 6 ca GP, 4 ca SP și 1 ca SL)(Figura suplimentară S3A) și 7 biomarkeri ai îmbătrânirii sănătoase (2 identificați ca GL și 1ca PL).Modificările profilului de acizi grași al lipidelor totale în cortexul frontal îmbătrânit au fost egalemai limitat decât în ​​cerebel. Astfel, doar un conținut scăzut de 24:6n-3 (19 la sută),scăderea activității delta-6 desaturazei (24 la sută ) și creșterea beta-oxidării peroxizomale(23 la sută) în cortexul frontal îmbătrânit au fost observate (Tabelele6 și7). Fără modificări suplimentareau fost detectați, inclusiv markerii de deteriorare a proteinelor derivați de oxidare, în frontalul în vârstăcortexul comparativ cu grupul tânăr (Tabel6). Dieta MetR la bătrânețe nici modificată și nicia introdus modificări suplimentare la modificările minore verificate la grupa de vârstă(Mese6–8). 

Toți compușii sunt compuși adnotați presupus pe baza proprietăților fizico-chimice și/sau spectralesimilaritate cu bibliotecile spectrale publice/comerciale [29]. a Identitatea (ID) bazată pe masa exactă, timpul de retenție (RT),şi spectrul MS/MS;b ID bazat pe masa exactă și RT;c ID bazat pe spectrul MS/MS; (d) ID bazat pe exactmasa. FA: acili grasi, GL: glicerolipide, GP: glicerofosfolipide, SP: sfingolipide, SL: lipide sterol. Ag: în vârstă,R: În vârstă plus MetR, A: Adult, ni: fără informații. n (Adult)=7, n (Vârsta)=7, n (Vârsta plus MetR)=7.

Pentru detalii, vezi tabelul3. Datele sunt exprimate ca medie± SEM.a comparație între în vârstă și în vârstă plus MetR cugrup de adulți. *p < 0.05, ** p < 0.01. n (Adult) = 8, n (Aged) = 8, n (Aged+MetR) = 8. 

Pentru detalii, vezi tabelul4. Datele sunt exprimate ca medie± SEM.b comparație între grupurile în vârstă și în vârstă plus MetR.* p < 0.05. Units: µmol/mol lizină. n (Adult)=7, n (Vârsta)= 8, n (Vârsta plus MetR)=8.

3. Discuție

Lipidele sunt componente cheie ale structurii creierului care joacă un rol crucial în creierul principalfuncții. Cu toate acestea, există o lipsă de studii care să analizeze efectele îmbătrânirii și anti-îmbătrânireintervenții aplicate la bătrânețe asupra compoziției lipidelor în regiuni distincte ale creierului șobolanului,și folosind o abordare lipidomică. Cortexul frontal de șobolan și cerebelul sunt regiuni ale creieruluicare participă la funcțiile motorii și cognitive. Interesant, acestea depind de regiunefuncțiile pot fi extinse și la oameni, sugerând o unitate funcțională la mamiferfilogenie. În consecință, se poate presupune că bazele moleculare ale îmbătrâniriiProcesul și modificările potențiale ale lipidomului pot fi comune între specii, prin urmaretransformarea rozătoarelor într-un model experimental bun pentru a extrapola mecanismele creieruluiîmbătrânirea la om [19,31–34]. În acest context, în studiul nostru, o lipidomică cuprinzătoareanaliza cortexului frontal și cerebelului de șobolan a fost efectuată pentru a afla cele legate de vârstămodificări ale lipidelor în aceste regiuni, precum și pentru a evalua efectul unei intervenții anti-îmbătrânire,restricție cu metionină, aplicată la bătrânețe pentru a evalua dacă efectul a fost verificatla o vârstă fragedă în creier prin această intervenție alimentară [20–25] poate fi reprodus și lain varsta.

În creierul sănătos al șobolanului adulți, se pare că unele trăsături ale acizilor grași sunt împărtășite în amod transregional. Astfel, lungimea medie a lanțului de acizi grași (ACL) este menținută laaproximativ 18 atomi de carbon, în ambele regiuni, iar SFA principale sunt 16:0 și 18:0, în timp cepentru PUFA 18:1n-9, 20:4n-6 și 22:6n-3 sunt predominante. Interesant este că aceste constatări suntanalog cu ceea ce se observă în creierul uman [35], sugerând menținerea de bazăreguli în profilul acizilor grași al sistemului nervos la, cel puțin, speciile de mamifere. Acestideea nu este, totuși, contradictorie cu existența diferențelor interregionale. Astfel, celcerebelul de șobolan este mai îmbogățit în UFA - cu o predominanță de MUFA, urmat dePUFAn-3 și, în cele din urmă, PUFAn-6 — în comparație cu cortexul frontal. Acest profil determinăcă cerebelul prezintă un PI mai mare și, în consecință, o mai mare vulnerabilitate la lipideperoxidare decât o face cortexul frontal. În plus, cerebelul șobolanului prezintă o mai marenivelul de echilibru al leziunii oxidative proteice în raport cu cortexul frontal, indicândcondiții oxidative mai ridicate în cerebel. Cu toate acestea, și surprinzător, lipoxidareadeteriorarea proteinelor derivate (exprimată prin markerul MDAL) a fost mai mică în cerebeldecât în ​​cortexul frontal, sugerând existenţa unor mecanisme de protecţie eficiente carepoate fi mediată, în mod paradoxal, de PUFA 22:6n-3, care, în ciuda unui nivel oxidativ ridicatpotențial, este, de asemenea, un mediator antioxidant indirect care induce expresia antioxidantuluisisteme și căi aferente [36]. Acest lucru ar putea explica protecția mai bună a efectelora îmbătrânirii și a bolilor neurodegenerative atribuite în mod clasic cerebelului [26,27]. Au fost detectate modificări minore, dar semnificative, pentru profilurile acizilor grași odată cu îmbătrânirea,cu modificări mai substanțiale observate în cerebel (creșterea MUFA și scădereaconținutul de PUFA) spre deosebire de cortexul frontal, care a arătat o compo mai susținutăde-a lungul vieții adulte a șobolanilor. Aceste observații sunt în concordanță cu cele anterioarestudii la șobolani [15], precum și oameni [37–40], sugerând că menținerea unui grasProfilul acid pe parcursul vieții adulte este o condiție prealabilă cheie pentru asigurarea neuronale optimeintegritatea și, cu siguranță, structura și funcția creierului. În această linie, nivelurile de stare de echilibru alediferiți markeri de deteriorare a proteinelor sunt susținuți și în timpul vieții adulte. Întărirea astaidee, modificări ale profilurilor lipidice și deteriorarea proteinelor sunt asociate cu debutul șidezvoltarea diverselor boli neurodegenerative, cum ar fi Alzheimer.3,12,41]. Modificări semnificative au fost observate și cu o abordare lipidomică. Cu toate acestea, acesteamodificările sunt din nou minore, deoarece reprezintă aproximativ 10 la sută (60 din 665 de specii de lipide pentrucerebel și 81 din 763 pentru cortexul frontal) din lipidomul detectat atât pentru creierul de șobolan.regiuni în timpul îmbătrânirii, dar cu schimbări opuse în unele cazuri între regiuni, șicu efect parțial și reversibil derivat din MetR. La nivel global, cerebelul parefi mai afectat de procesul de îmbătrânire, în timp ce cortexul frontal prezintă mai multe modificăriconform regimului alimentar aplicat. În mod remarcabil, cele mai afectate clase de lipide au fost, pentru ambele regiuni,eter-triacilgliceroli, diacilgliceroli, fosfatidiletanolamină N-metilată, alchenilPE (plasmalogeni), ceramide și esteri de colesterol. Modificările observate în aceste lipideclasele necesită o atenţie deosebită deoarece căile metabolice şi mecanismele celulareîn spatele lor poate fi crucial în îmbătrânirea creierului.

Există patru categorii funcționale asociate cu diferitele clase de lipide identificat: biosinteza componentelor structurale membranare, bioenergetica, antioxidant protecție și lipide bioactive. Astfel, diacilglicerolii și ceramidele sunt componente ale celuleimembrane (localizate în mod specific în plutele lipidice) și mediatori lipidici care participă lareglarea unei largi diversitate de mecanisme și căi celulare, inclusiv protein kinazaactivități, organizarea citoscheletică, supraviețuirea celulară, autofagia și controlul com. neuronalecomunicare, printre altele [42–45]. Plasmalogenii sunt componente structurale ale celuleimembrane care joacă, de asemenea, un rol în formarea și stabilitatea microdomeniilor plutei lipidice,precum și în diverse funcții celulare, inclusiv transportul colesterolului, evenimente de fuziune membranară,și funcția veziculoasă [46,47], dar au și proprietăți antioxidante [46] care ajută lamenține integritatea membranei. Această proprietate antioxidantă este probabil împărtășită și de etertriacilgliceroli (TG-O), dar la nivelul picăturilor lipidice; prezența acestei clase de lipide la șobolancreierul a fost identificat pentru prima dată în această lucrare. Triacilgliceride și esteri de colesterilsunt compuși bioenergetici care compun picăturile de lipide și sunt prezenți și încelule neuronale [48]. În acest context propunem prezența eter-triacilgliceridelorîn picături de lipide are o proprietate antioxidantă care păstrează integritatea acestui depozit de grăsimeorganele. În cele din urmă, fosfatidiletanolamina N-metilată este un precursor pentru biosintezăa fosfatidilcolinei, o componentă structurală a membranelor celulare, într-o reacție mediatăde fosfatidiletanolamină-N-metiltransferaze, care utilizează metaboliți generați înciclul metioninei ca substrat [49]. Modificările observate în timpul îmbătrânirii la diferite specii de lipide sugerează implicarea,într-o măsură mai mare sau mai mică, a funcțiilor celulare specifice legate de structura membranei,bioenergetică, apărare antioxidantă și semnalizare celulară. Ambele regiuni, cerebelul șicortexul frontal, pierderea potențialului antioxidant, deteriorarea sistemelor bioenergetice,conținut crescut de ceramide și defecte în semnalizarea acidului diacilglicerol-fosfatidiccale. În schimb, îmbătrânirea afectează diferențial și cerebelul și cortexul frontal, cubiosinteza fosfatidilcolinei din metilarea fosfatidiletanolaminei(a crescut în cerebel, dar a scăzut în cortexul frontal) și a conținutului de ester de colesteril (scăzut în cerebel, și crescut în cortexul frontal) fiind principalul interregionaldisociere constatată. Restricția cu metionină, ca intervenție anti-îmbătrânire aplicată la bătrânivârsta, inversează parțial modificările induse de îmbătrânire. Astfel, în cerebel MetR parepentru a inversa modificările glicerolipidelor (în special eter-triacilglicerolii), plasmalogenii șifosfatidiletanolamină N-metilată; în timp ce în cortexul frontal, MetR preferenţialafectează, de asemenea, fosfatidiletanolamina N-metilată, ceramidele și esterii colesteril.Identificarea metaboliților este încă blocajul metabolomicului/lipidomicului pe bază de LC-MSstudiază și are unele limitări [50]. Bazele de date publice sunt încă incomplete și mai multecompușii nu au un spectru MS/MS asociat. În plus, majoritatea comspectrele MS/MS disponibile sunt prezise. În studiul nostru, 90 la sută din compușii adnotația corespuns două sau mai multe criterii conform Inițiativei Standardelor Metabolomice [29], darmajoritatea dintre ele (60 la sută) sunt adnotate pe baza masei exacte și a timpului de retenție deoarece existănu există spectru MS/MS disponibil în bazele de date publice.Putem concluziona că cerebelul șobolanului și cortexul frontal au mecanisme eficientepentru a păstra majoritatea profilurilor lipidice ale membranelor lor celulare pe toată durata vieții lor adulte înpentru a menține structura și funcția creierului, iar acea parte a micilor modificăricare au loc în timpul îmbătrânirii pot fi parțial inversate prin aplicarea restricției de metioninăin varsta.

Referințe

1. Sastry, PS Lipidele țesutului nervos: Compoziție și metabolism.Prog. Lipid Res.1985, 24, 69–176. [CrossRef] 

2. Piomelli, D.; Astarita, G.; Rapaka, Ghidul neurologilor RA pentru lipidomică.Nat. Pr. Neurosci.2007, 8, 743–754. [CrossRef] [PubMed] 

3. Naudí, A.; Cabré, R.; Jové, M.; Ayala, V.; Gonzalo, H.; Portero-Otín, M.; Ferrer, I.; Pamplona, ​​R. Lipidomics of human brain agingși patologia bolii Alzheimer.Int. Rev. Neurobiol.2015, 122, 133–189. [PubMed] 

4. Purdon, AD; Rosenberger, TA; Shetty, HU; Rapoport, SI Consumul de energie prin metabolismul fosfolipidelor la mamiferecreier.Neurochema. Res.2002, 27, 1641–1647. [CrossRef] 

5. Hagen, RM; Rodriguez-Cuenca, S.; Vidal-Puig, A. Un control alostatic al compoziției lipidelor membranare prin SREBP1.FEBS Lett.2010, 584, 2689–2698. [CrossRef] 

6. Aviram, R.; Manella, G.; Kopelman, N.; Neufeld-Cohen, A.; Zwighaft, Z.; Elimelec, M.; Adamovich, Y.; Golik, M.; Wang, C.;Han, X.; et al. Analizele lipidomice relevă organizarea temporală și spațială a lipidelor și descoperă oscilații zilnice în intracelularorganele.Mol. Celulă2016, 62, 636–648. [CrossRef] 

7. Khrameeva, E.; Kurochkin, I.; Bozek, K.; Giavalisco, P.; Khaitovich, P. Evoluția lipidomelor în țesuturile de mamifere.Mol. Biol. Evol.2018, 35, 1947–1957. [CrossRef] 8. Jové, M.; Mota-Martorell, N.; Pradas, I.; Galo-Licona, JD; Martín-Gari, M.; Obis,È.; Sol, J.; Pamplona, ​​R. Amprenta lipidomuluide longevitate.Molecule2020, 25, 4343. [CrossRef] 9. Almeida, I.; Magalhães, S.; Nunes, A. Lipide: Biomarkeri ai îmbătrânirii sănătoase.Biogerontologie2021, 22, 273–295. [CrossRef] 10. De Diego, I.; Peleg, S.; Fuchs, B. Rolul lipidelor în modificările metabolice legate de îmbătrânire.Chim. Fiz. Lipidele2019, 222, 59–69. [CrossRef]