Η έκθεση στο μπλε φως μπορεί να επιταχύνει τη γήρανση

Η έκθεση στο μπλε φως μπορεί να επιταχύνει τη γήρανση

Ένα νέο Όρια στα γηρατειά Η μελέτη παρέχει πληροφορίες για τους νέους μηχανισμούς με τους οποίους η έκθεση στο μπλε φως (BL) παρεμβαίνει στις κυτταρικές μεταβολικές οδούς μη αμφιβληστροειδούς στις μύγες. Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι η έκθεση σε BL είναι πιθανό να έχει παρόμοια αποτελέσματα στα ανθρώπινα κύτταρα, όπως: Β. στο δέρμα, το λίπος και άλλους ιστούς.

Μαθαίνω: Το χρόνιο μπλε φως προκαλεί επιτάχυνση της γήρανσης στη Drosophila μειώνοντας τον ενεργειακό μεταβολισμό και τα επίπεδα των νευροδιαβιβαστών.Φωτογραφία: Aleksy Boyko / Shutterstock.com

φόντο

Το BL, ένα κοινό συστατικό των διόδων εκπομπής φωτός (LED), είναι ένα φως υψηλής ενέργειας με μικρά μήκη κύματος που μπορεί να προκαλέσει βλάβη στον αμφιβληστροειδή. Προηγούμενες μελέτες υποδηλώνουν ότι το BL μπορεί να προκαλέσει εκφύλιση του αμφιβληστροειδούς, σχετιζόμενη με την ηλικία ωχρά κηλίδα και γλαύκωμα. Ωστόσο, οι μηχανισμοί που είναι υπεύθυνοι για τη φωτοτοξικότητα που σχετίζεται με το BL παραμένουν ασαφείς.

Η Drosophila melanogaster, που αναφέρεται συνήθως ως μύγα των καρπών, παρουσιάζει επίσης οξεία φωτοτοξικότητα BL. Η έκθεση των σύνθετων οφθαλμών στο BL έχει ως αποτέλεσμα την υπεροξείδωση των λιπιδίων, το οξειδωτικό στρες και τον εκφυλισμό του αμφιβληστροειδούς λόγω φωτομετατροπής. Αυτές οι επιδράσεις έχουν αναφερθεί σε άγριες και μεταλλαγμένες μύγες με αποκομμένα μάτια (eya2).

Σχετικά με τη μελέτη

Η παρούσα μελέτη είχε ως στόχο να καθορίσει τις επιδράσεις της χρόνιας έκθεσης σε BL στα μεταβολικά μονοπάτια εντός των εξωαμφιβληστροειδικών ιστών του eya2.

Εδώ, οι μύγες διατηρήθηκαν σε απόλυτο σκοτάδι ή σταθερή έκθεση σε BL για 10 ή 14 ημέρες. Τα προφίλ κυτταρικού μεταβολίτη αξιολογήθηκαν χρησιμοποιώντας υγρή χρωματογραφία-φασματομετρία μάζας (LC-MS) και αέρια χρωματογραφία-φασματομετρία μάζας (GC-MS).

Αποτελέσματα μελέτης

Η συνεχής έκθεση σε BL μείωσε σημαντικά τη μακροζωία του eya2. Περαιτέρω έρευνα αποκάλυψε μια πιο σημαντική μείωση στη μακροζωία των μυγών που εκτέθηκαν σε BL για 14 ημέρες σε σύγκριση με εκείνες που εκτέθηκαν σε BL για 10 ημέρες.

Δεν καταγράφηκαν θάνατοι σε καμία από αυτές τις στιγμές. Ωστόσο, μερικές μύγες που παρέμειναν υπό συνεχή έκθεση σε BL πέθαναν μετά από 16 ημέρες, ενώ άλλες επέζησαν σε συνεχές σκοτάδι (DD). Αυτή η παρατήρηση υπονοεί ότι οι μύγες μπορεί να υποστούν είτε μη αναστρέψιμη είτε αναστρέψιμη βλάβη λόγω συνεχούς έκθεσης σε BL.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές αξιολόγησαν τον νευροεκφυλισμό σε αρσενικές μεταλλαγμένες μύγες που εκτέθηκαν στο BL για 10, 14 ή 16 ημέρες και συνέκριναν αυτά τα αποτελέσματα με ελέγχους DD στα ίδια χρονικά σημεία. Για το σκοπό αυτό, 10 ημέρες συνεχούς έκθεσης στο BL είχαν παρόμοια αμελητέα κενοτοπίωση με αυτή που παρατηρήθηκε στους ελέγχους DD. Ωστόσο, μετά από 14 ημέρες, παρατηρήθηκε σημαντική κενοτοπίωση του εγκεφάλου σε μύγες που εκτέθηκαν σε BL σε σύγκριση με τους ελέγχους DD σε εκείνο το χρονικό σημείο.

Πραγματοποιήθηκε περαιτέρω διερεύνηση των μεταβολικών προφίλ του αρσενικού eya2 μετά από συνεχή έκθεση σε BL στις 10 και 14 ημέρες χρησιμοποιώντας LC-MS και GC-MS. Το LC-MS των μυγών που εκτέθηκαν σε BL για 10 ημέρες εντόπισε 175 μεταβολίτες, εννέα σημαντικά αλλαγμένοι σε σύγκριση με τους ελέγχους DD.

Η ανάλυση κύριου συστατικού (PCA) αποκάλυψε ασθενή διαχωρισμό και ελάχιστο ποσοστό κάλυψης. Επιπλέον, τα επίπεδα των περισσότερων μεταβολιτών μειώθηκαν μετά από συνεχή έκθεση σε BL.

Το LC-MS των μυγών που εκτέθηκαν σε BL για 14 ημέρες οδήγησε στην ταυτοποίηση 176 μεταβολιτών, 30 από τους οποίους άλλαξαν σημαντικά σε σύγκριση με τους ελέγχους DD. Αυτό δείχνει ότι προκλήθηκαν πιο σημαντικές μεταβολικές αλλαγές καθώς η διάρκεια της έκθεσης σε BL αυξήθηκε.

Από τους 30 μεταβολίτες, 21 ρυθμίστηκαν προς τα κάτω και εννέα ρυθμίστηκαν προς τα πάνω. Με εξαίρεση τη διφωσφορική ουριδίνη-γλυκόζη (UPD-γλυκόζη), την υδροξυπροπιονική και το 3-ουρεϊδοπροπανοϊκό, οι περισσότεροι μεταβολίτες που μεταβλήθηκαν μετά από 10 ημέρες σταθερής έκθεσης σε BL παρέμειναν σημαντικά αλλαγμένοι μετά από 14 ημέρες. Τα επίπεδα ριβοφλαβίνης και ηλεκτρικού εμφάνισαν τις πιο σημαντικές μειώσεις και αυξήσεις, αντίστοιχα, από όλους τους μεταβολίτες.

Το GC-MS των μυγών που εκτέθηκαν σε BL για 14 ημέρες ανίχνευσε συνολικά 87 μεταβολίτες, 10 από τους οποίους είχαν αλλάξει σημαντικά. Η συνεχής έκθεση στο BL μείωσε επίσης τα επίπεδα μεταβολιτών.

Συνολικά ανιχνεύθηκαν πέντε μειωμένοι και πέντε αυξημένοι μεταβολίτες. Υπήρχαν σημαντικές διαφορές στις συγκεντρώσεις της βήτα-αλανίνης, της 3-φωσφορικής γλυκερόλης (G3P) και του ηλεκτρικού. Σημαντικές αλλαγές σημειώθηκαν επίσης στους μεταβολίτες του 3-αμινοϊσοβουτανοϊκού οξέος, της θρεονίνης, του κιτρικού, της ισολευκίνης και της ομοσερίνης.

Τόσο το LC-MS όσο και το GC-MS σε μύγες με σταθερή έκθεση σε BL έδειξαν ότι το ηλεκτρικό είναι ένας από τους πιο αυξημένους μεταβολίτες, υποδηλώνοντας μειωμένη δραστηριότητα του ενζύμου ηλεκτρική αφυδρογονάση (SDH). Όταν αξιολογήθηκε η δραστηριότητα SDH τόσο σε μύγες ελέγχου DD όσο και σε μύγες που εκτέθηκαν σε BL για 10 και 14 ημέρες, παρατηρήθηκε σημαντική μείωση στη δραστηριότητα SDH μετά την έκθεση σε BL και στα δύο χρονικά σημεία. Έτσι, τα επίπεδα SDH μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τον προσδιορισμό της μεταβολικής βλάβης.

Ο μεταβολισμός της αλανίνης, του ασπαρτικού και του γλουταμικού (AAG), καθώς και ο κύκλος του τρικαρβοξυλικού οξέος (TCA), ο μεταβολισμός του βουτανοϊκού και ο μεταβολισμός της ριβοφλαβίνης ήταν οι πιο αλλοιωμένες μεταβολικές οδοί μετά την έκθεση σε BL. Η έκθεση σε BL μείωσε επίσης σημαντικά τα επίπεδα πολλών μη βασικών αμινοξέων όπως το ασπαρτικό, το γλουταμικό, η ασπαραγίνη, η αλανίνη και το αργινοηλεκτρικό.

Οι μεταβολίτες του κύκλου TCA όπως το ακετοξικό, το κιτρικό και το πυροσταφυλικό που προέρχεται από γλυκόζη μειώθηκαν σημαντικά μετά από συνεχή έκθεση σε BL, υποδεικνύοντας σοβαρές βλάβες στην παραγωγή ενέργειας μετά από έκθεση σε BL.

Η έκθεση σε BL οδήγησε επίσης σε σημαντική αύξηση των επιπέδων διφωσφορικής αδενίνης (ADP). Αντίθετα, τα επίπεδα τριφωσφορικής αδενίνης (ATP) μειώθηκαν σε μεγαλύτερο βαθμό μετά από 14 ημέρες συνεχούς έκθεσης σε BL παρά μετά από 10 ημέρες έκθεσης σε BL. Και οι δύο μειώσεις ATP ήταν σχετικές με αυτές των μυγών ελέγχου DD.

Σημαντικός νευροεκφυλισμός παρατηρήθηκε επίσης σε μύγες μετά από 14 ημέρες έκθεσης σε BL. Συγκεκριμένα, παρατηρήθηκαν σημαντικές μειώσεις στα επίπεδα ανασταλτικού γάμμα-αμινοβουτυρικού οξέος (GABA), διεγερτικού γλουταμικού, ισταμίνης και αλανίνης.

Δεν παρατηρήθηκε σημαντική διαφορά μεταξύ των επιπέδων ντοπαμίνης και ακετυλοχολίνης σε μύγες ελέγχου DD και μύγες που εκτέθηκαν σε BL. Ωστόσο, τα επίπεδα σεροτονίνης ήταν ελαφρώς αυξημένα στις μύγες που εκτέθηκαν σε BL. Αυτά τα ευρήματα υποδηλώνουν ανισορροπία νευροδιαβιβαστών στο μεταλλαγμένο D. melanogaster.

Το γλουταμικό, το οποίο παίζει σημαντικό ρόλο στη μεταβολική ομοιόσταση, ήταν επίσης ανεπαρκές σε μύγες που εκτέθηκαν σε BL. Για να επιβεβαιωθεί ο ρόλος της ανεπάρκειας γλουταμικού στην επιτάχυνση της γήρανσης των μυγών που εκτέθηκαν σε BL, η διατροφή των μυγών συμπληρώθηκε με 200 και 400 μικρογραμμάρια (μg)/mL γλουταμικού.

Μια δόση 200 μg/ml γλουταμικού δεν είχε σημαντική επίδραση στη διάρκεια ζωής των μυγών που εκτέθηκαν σε BL. Συγκριτικά, η συμπλήρωση 400 mcg/ml μείωσε τη διάρκεια ζωής των μυγών σε σύγκριση με τους ελέγχους που δεν είχαν συμπληρωθεί με γλουταμινικό.

Η ριβοφλαβίνη, επίσης γνωστή ως βιταμίνη Β2, ήταν ο πιο μειωμένος μεταβολίτης μετά από συνεχή έκθεση σε BL. Τα αποτελέσματα της συμπλήρωσης ριβοφλαβίνης σε μεταλλαγμένες μύγες μετά από χρόνια έκθεση σε BL δοκιμάστηκαν. Για το σκοπό αυτό, τόσο τα 200 όσο και τα 400 μg/ml ριβοφλαβίνης μείωσαν τη διάρκεια ζωής των μυγών σε σύγκριση με μάρτυρες που δεν είχαν λάβει συμπληρώματα.

συμπεράσματα

Η τρέχουσα μελέτη παρέχει νέες γνώσεις σχετικά με τους μηχανισμούς με τους οποίους το BL επηρεάζει ζωτικά μεταβολικά μονοπάτια και συγκεκριμένες διεργασίες στο Drosophila melanogaster, ιδιαίτερα σε κύτταρα που δεν είναι εξειδικευμένα για φωτομετατροπή.

Αναφορά:

• Yang, J., Song, Y., Law, A., et al. (2022). Chronisches blaues Licht führt bei Drosophila zu einer beschleunigten Alterung, indem es den Energiestoffwechsel und die Neurotransmitterspiegel beeinträchtigt. Grenzen im Alter. doi:10.3389/fragi.2022.983373.

.