Ekspozycja na niebieskie światło może przyspieszyć starzenie się

Nowy granice na starość nauka Zapewnia wgląd w nowe mechanizmy, dzięki którym ekspozycja na światło niebieskie (BL) zakłóca szlaki metaboliczne komórek innych niż siatkówki u much. Wyniki te wskazują, że ekspozycja na BL prawdopodobnie wywiera podobny wpływ na komórki ludzkie, takie jak skóra, tłuszcz i inne tkanki.

Stado: Przewlekłe niebieskie światło przyspiesza starzenie się Drosophila poprzez upośledzenie metabolizmu energetycznego i poziomów neuroprzekaźników. Źródło zdjęcia: Aleksy Bojko / Shutterstock.com

tło

BL, powszechny składnik diod elektroluminescencyjnych (LED), to światło o dużej mocy o krótkich długościach fal, które może powodować uszkodzenie siatkówki. Wcześniejsze badania wskazują, że BL może powodować zwyrodnienie siatkówki, makulopatię związaną z wiekiem i jaskrę. Jednak mechanizmy odpowiedzialne za fototoksyczność związaną z BL pozostają niejasne.

Czarny brzuch Drosophilaktóry jest częściej określany jako muszka owocowa, Wykazano również, że ma ostrą fototoksyczność w BL. Narażenie oczu złożonych na BL prowadzi do peroksydacji lipidów, stresu oksydacyjnego i zwyrodnienia siatkówki z powodu fototransdukcji. Działania te zostały zgłoszone u zmutowanych much dzikich i much w kratkęeya2).

o nauce

Obecne badanie ma na celu ustalenie wpływu przewlekłej ekspozycji na BL na szlaki metaboliczne w tkankach pozasiatkówkowych w: eya2.

Tutaj muchy trzymano w całkowitej ciemności lub ciągłej ekspozycji na BL przez 10 lub 14 dni. Profile metabolitów komórek oceniano za pomocą chromatografii cieczowej ze spektrometrią mas (LC-MS) i chromatografii gazowej ze spektrometrią mas (GC-MS).

Wyniki

Ciągła ekspozycja na BL znacznie skróciła jego żywotność eya2. Dalsze badania wykazały bardziej znaczący spadek długości życia much wystawionych na działanie BL przez 14 dni w porównaniu z muchami po 10 dniach ekspozycji na BL.

W żadnym z tych punktów czasowych nie odnotowano żadnych zgonów. Jednak niektóre muchy, które pozostawały w ciągłej ekspozycji na BL, zdechły po 16 dniach, podczas gdy inne przeżyły w całkowitej ciemności (DD). Ta obserwacja wskazuje, że muchy mogą doznać nieodwracalnych lub odwracalnych uszkodzeń z powodu ciągłego narażenia na BL.

Następnie naukowcy ocenili neurodegenerację u zmutowanych samców muszek eksponowanych na BL przez 10, 14 lub 16 dni i porównali te wyniki z kontrolami DD w tych samych punktach czasowych. W tym celu ciągła ekspozycja na BL przez 10 dni wykazywała podobnie nieistotne wydzielanie do obserwowanego u kontroli DD. Jednak po 14 dniach zaobserwowano znaczną lukę mózgową u much wystawionych na działanie BL w porównaniu z kontrolami DD w tym momencie.

Dalsze badanie męskich profili metabolicznych eya2 Po ciągłej ekspozycji na BL przez 10 i 14 dni z LC-MS i GC-MS. LC-MS much eksponowanych na BL przez 10 dni zidentyfikował 175 metabolitów, z których dziewięć zmieniło się znacząco w porównaniu z kontrolami DD.

Analiza głównych składowych (PCA) wykazała słabą segregację i niższy wskaźnik pokrycia. Co więcej, poziomy większości metabolitów zmniejszyły się po ciągłej ekspozycji na BL.

LC-MS much eksponowanych na BL przez 14 dni dała w wyniku identyfikację 176 metabolitów, z których 30 było znacząco zmienionych w porównaniu z kontrolami DD. Wskazuje to, że bardziej znaczące zmiany w metabolizmie wystąpiły, gdy czas trwania ekspozycji na BL wydłużył się.

Spośród 30 metabolitów 21 uległo obniżeniu, a dziewięć uległo obniżeniu. Z wyjątkiem glukozo-urydynodifosforanu (UPD-glukoza), hydroksypropionianu i 3-ureidopropanianu, większość metabolitów zmieniła się po 10 dniach ciągłej ekspozycji na BL, pozostała istotnie zmieniona po 14 dniach. Poziomy ryboflawiny i bursztynianu wykazały, odpowiednio, najbardziej znaczące spadki i wzrosty dla wszystkich metabolitów.

GC-MS much eksponowanych na BL przez 14 dni wykrył w sumie 87 metabolitów, z których 10 było znacząco zmienionych. Ciągła ekspozycja na BL również obniżyła poziom metabolizmu.

W sumie wykryto pięć metabolitów regulowanych w dół i pięć w górę. Stwierdzono istotne różnice w stężeniach beta-alaniny, 3-fosforanu glicerolu (G3P) i bursztynianu. Istotne zmiany wykryto również w metabolitach kwasu 3-aminoizobutanowego, treoniny, cytrynianu, izoleucyny i homoseryny.

Zarówno LC-MS, jak i GC-MS na muchach z ciągłą ekspozycją na BL wykazały, że bursztynian jest jednym ze znacznie podwyższonych metabolitów, co wskazuje na słabą aktywność enzymu dehydrogenazy (SDH). Gdy aktywność SDH była oceniana zarówno u anty-DD, jak i u much wystawionych na BL przez 10 i 14 dni, znaczny spadek aktywności SDH zaobserwowano po ekspozycji na BL w obu punktach czasowych. Zatem poziomy SDH mogą być wykorzystane do identyfikacji wszelkich zaburzeń metabolicznych.

Metabolizm alaniny, asparaginianu i glutaminianu (AAG), a także cykl kwasów trikarboksylowych (TCA), metabolizm butanianu i metabolizm ryboflawiny były najpoważniej zmienionymi szlakami po ekspozycji na BL. Ekspozycja na BL również znacząco obniżyła poziomy kilku nieistotnych aminokwasów, takich jak asparaginian, glutaminian, asparagina, alanina i arginobursztynian.

Metabolity cyklu TCA, takie jak acetooctan, cytrynian i pirogronian pochodzący z glukozy zostały znacznie zmniejszone po ciągłej ekspozycji na BL, co oznacza poważne upośledzenie wytwarzania energii po ekspozycji na BL.

Ekspozycja na BL również znacząco zwiększyła poziomy difosforanu adeniny (ADP). Odwrotnie, poziomy trifosforanu adeniny (ATP) po 14 dniach ciągłej ekspozycji na BL zmniejszyły się w większym stopniu w porównaniu ze spadkiem obserwowanym po 10 dniach ekspozycji na BL. Obie redukcje ATP dotyczyły much kontrolnych DD.

Znaczącą neurodegenerację zaobserwowano również u much po 14-dniowej ekspozycji na BL. Dokładniej, zaobserwowano znaczne zmniejszenie hamującego poziomu kwasu gamma-aminomasłowego (GABA), pobudzającego glutaminianu, histaminy i alaniny.

Nie zaobserwowano znaczącej różnicy między poziomami dopaminy i acetylocholiny u much kontrolnych DD i tych narażonych na BL. Jednak poziom serotoniny był umiarkowanie podwyższony u much wystawionych na działanie BL. Wyniki te wskazują na defekt neuroprzekaźnika w mutancie bezsoczewkowym D. melanogaster.

Glutaminian, który odgrywa ważną rolę w homeostazie metabolicznej, również miał niedobór u much narażonych na BL. Aby potwierdzić rolę niedoboru glutaminianu w przyspieszaniu starzenia się muszek eksponowanych na BL, pokarm dla much uzupełniono glutaminianem o stężeniu 200 i 400 μg (μg)/ml.

Dawka 200 μg/ml glutaminianu nie wpłynęła znacząco na długość życia much wystawionych na działanie BL. Dla porównania, suplementacja 400 μg/ml skróciła żywotność much w porównaniu z kontrolami, które nie zostały uzupełnione glutaminianem.

Ryboflawina, inaczej zwana witaminą B2, była metabolitem, który został najbardziej znacząco zredukowany po ciągłej ekspozycji na BL. Zbadano wpływ suplementacji ryboflawiną na zmutowane muchy po przewlekłej ekspozycji na BL. W tym celu zarówno 200, jak i 400 μg/ml ryboflawiny skróciły żywotność much w porównaniu z kontrolami, które nie były suplementowane.

Wnioski

Obecne badanie dostarcza nowych informacji na temat mechanizmów, za pomocą których BL wpływa na ważne szlaki metaboliczne i specyficzne procesy w: Czarny brzuch Drosophilaw szczególności w komórkach, które nie specjalizują się w fototransdukcji.