Ekspozycja na niebieskie światło może przyspieszyć starzenie się

Ekspozycja na niebieskie światło może przyspieszyć starzenie się

Nowy Ograniczenia w starszym wieku Badanie dostarcza wiedzy na temat nowych mechanizmów, dzięki którym ekspozycja na światło niebieskie (BL) zakłóca u muszek szlaki metaboliczne w komórkach innych niż siatkówka. Wyniki te wskazują, że narażenie na BL prawdopodobnie będzie miało podobny wpływ na komórki ludzkie, takie jak: B. na skórę, tłuszcz i inne tkanki.

Uczyć się: Przewlekłe niebieskie światło powoduje przyspieszone starzenie się Drosophila poprzez upośledzenie metabolizmu energetycznego i poziomu neuroprzekaźników.Źródło zdjęcia: Aleksy Bojko / Shutterstock.com

tło

BL, powszechny składnik diod elektroluminescencyjnych (LED), to światło o wysokiej energii i krótkich falach, które może powodować uszkodzenie siatkówki. Poprzednie badania sugerują, że BL może powodować zwyrodnienie siatkówki, makulopatię związaną z wiekiem i jaskrę; Jednakże mechanizmy odpowiedzialne za fototoksyczność związaną z BL pozostają niejasne.

Drosophila melanogaster, powszechnie nazywana muszką owocową, również wykazuje ostrą fototoksyczność BL. Narażenie oczu złożonych na BL powoduje peroksydację lipidów, stres oksydacyjny i zwyrodnienie siatkówki w wyniku fototransdukcji. Działania te zgłaszano u dzikich i zmutowanych much z usuniętymi oczami (eya2).

O studiowaniu

Obecne badanie miało na celu określenie wpływu przewlekłej ekspozycji na BL na szlaki metaboliczne w tkankach pozasiatkówkowych eya2.

W tym przypadku muchy utrzymywano w całkowitej ciemności lub stałej ekspozycji na BL przez 10 lub 14 dni. Profile metabolitów komórkowych oceniano za pomocą chromatografii cieczowej ze spektrometrią mas (LC-MS) i chromatografii gazowej ze spektrometrią mas (GC-MS).

Wyniki badań

Stała ekspozycja na BL znacznie zmniejszyła trwałość eya2. Dalsze badania wykazały bardziej znaczące zmniejszenie długości życia muszek narażonych na działanie BL przez 14 dni w porównaniu z muchami narażonymi na BL przez 10 dni.

W żadnym z tych momentów nie odnotowano żadnych zgonów. Jednakże niektóre muchy, które pozostawały pod stałą ekspozycją na BL, padły po 16 dniach, podczas gdy inne przeżyły w ciągłej ciemności (DD). Ta obserwacja sugeruje, że muszki mogą doznać nieodwracalnych lub odwracalnych uszkodzeń w wyniku ciągłego narażenia na BL.

Następnie badacze ocenili neurodegenerację u zmutowanych samców muszek narażonych na działanie BL przez 10, 14 lub 16 dni i porównali te wyniki z kontrolami DD w tych samych punktach czasowych. W tym celu 10 dni ciągłej ekspozycji na BL spowodowało podobną, znikomą wakuolizację do obserwowanej w grupie kontrolnej DD. Jednakże po 14 dniach zaobserwowano znaczną wakuolizację mózgu u muszek narażonych na BL w porównaniu z kontrolami DD w tym momencie.

Przeprowadzono dalsze badania profili metabolicznych samca eya2 po stałej ekspozycji na BL po 10 i 14 dniach, stosując LC-MS i GC-MS. LC-MS muszek narażonych na działanie BL przez 10 dni zidentyfikowało 175 metabolitów, z czego dziewięć znacząco zmienionych w porównaniu z kontrolami DD.

Analiza głównych składowych (PCA) ujawniła słabą separację i minimalny stopień pokrycia. Co więcej, poziomy większości metabolitów uległy zmniejszeniu po stałej ekspozycji na BL.

LC-MS muszek narażonych na BL przez 14 dni pozwoliło zidentyfikować 176 metabolitów, z których 30 zostało znacząco zmienionych w porównaniu z kontrolami DD. Wskazuje to, że wraz ze wzrostem czasu trwania ekspozycji na BL indukowano bardziej znaczące zmiany metaboliczne.

Spośród 30 metabolitów 21 uległo obniżeniu, a 9 zwiększeniu. Z wyjątkiem difosforanu urydyny-glukozy (UPD-glukozy), hydroksypropionianu i 3-ureidopropanianu, większość metabolitów, które uległy zmianie po 10 dniach ciągłej ekspozycji na BL, pozostała znacząco zmieniona po 14 dniach. Poziomy ryboflawiny i bursztynianu wykazały odpowiednio najbardziej znaczące zmniejszenie i wzrost wszystkich metabolitów.

GC-MS muszek narażonych na działanie BL przez 14 dni wykrył łącznie 87 metabolitów, z których 10 zostało znacząco zmienionych. Stała ekspozycja na BL również zmniejszała poziom metabolitów.

W sumie wykryto pięć metabolitów o obniżonej i pięciu podwyższonych metabolitach. Stwierdzono istotne różnice w stężeniu beta-alaniny, glicerolu-3-fosforanu (G3P) i bursztynianu. Istotne zmiany odnotowano także w metabolitach kwasu 3-aminoizobutanowego, treoniny, cytrynianu, izoleucyny i homoseryny.

Zarówno LC-MS, jak i GC-MS na muszkach ze stałą ekspozycją na BL wykazały, że bursztynian jest jednym z metabolitów, których stężenie wzrasta najbardziej, co sugeruje upośledzoną aktywność enzymu dehydrogenazy bursztynianowej (SDH). Gdy oceniano aktywność SDH zarówno u much kontrolnych DD, jak i muszek narażonych na działanie BL przez 10 i 14 dni, zaobserwowano znaczące zmniejszenie aktywności SDH po ekspozycji na BL w obu punktach czasowych. Zatem poziomy SDH można wykorzystać do określenia zaburzeń metabolicznych.

Metabolizm alaniny, asparaginianu i glutaminianu (AAG), a także cykl kwasu trikarboksylowego (TCA), metabolizm butanianu i metabolizm ryboflawiny były najbardziej zmienionymi szlakami metabolicznymi po ekspozycji na BL. Ekspozycja na BL znacząco zmniejszyła także poziom wielu nieistotnych aminokwasów, takich jak asparaginian, glutaminian, asparagina, alanina i argininobursztynian.

Metabolity cyklu TCA, takie jak acetooctan, cytrynian i pirogronian będący pochodną glukozy, uległy znacznemu zmniejszeniu po stałej ekspozycji na BL, co wskazuje na poważne upośledzenie produkcji energii po ekspozycji na BL.

Ekspozycja na BL spowodowała także znaczny wzrost poziomu difosforanu adeniny (ADP). I odwrotnie, poziom trifosforanu adeniny (ATP) zmniejszył się w większym stopniu po 14 dniach ciągłej ekspozycji na BL niż po 10 dniach ekspozycji na BL. Obie redukcje ATP były w stosunku do redukcji u muszek kontrolnych DD.

Znaczącą neurodegenerację zaobserwowano także u muszek po 14 dniach ekspozycji na BL. W szczególności zaobserwowano znaczne zmniejszenie poziomu hamującego kwasu gamma-aminomasłowego (GABA), pobudzającego glutaminianu, histaminy i alaniny.

Nie zaobserwowano znaczącej różnicy pomiędzy poziomami dopaminy i acetylocholiny u much kontrolnych DD i muszek narażonych na BL. Jednakże poziom serotoniny był nieznacznie podwyższony u muszek narażonych na działanie BL. Odkrycia te sugerują brak równowagi neuroprzekaźników u zmutowanego bezokiego D. melanogaster.

U muszek narażonych na BL również występował niedobór glutaminianu, który odgrywa ważną rolę w homeostazie metabolicznej. Aby potwierdzić rolę niedoboru glutaminianu w przyspieszaniu starzenia się much narażonych na działanie BL, dietę much uzupełniono glutaminianem w dawce 200 i 400 mikrogramów (µg)/ml.

Dawka 200 µg/ml glutaminianu nie miała znaczącego wpływu na długość życia muszek narażonych na działanie BL. Dla porównania, suplementacja w dawce 400 mcg/ml skróciła długość życia muszek w porównaniu z grupą kontrolną nie suplementowaną glutaminianem.

Ryboflawina, znana również jako witamina B2, była metabolitem o największym zmniejszeniu po stałej 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 długość życia muszek w porównaniu do kontroli, które nie były suplementowane.

Wnioski

Obecne badanie dostarcza nowego wglądu w mechanizmy, za pomocą których BL wpływa na istotne szlaki metaboliczne i określone procesy u Drosophila melanogaster, szczególnie w komórkach niewyspecjalizowanych w fototransdukcji.

Odniesienie:

• 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.

.