文摘

衰老生理功能特点是功能下降和有机系统,导致虚弱,生病和死亡。Ferroptosis是一个铁(Fe)依赖监管细胞死亡,已与一些疾病的发病机制,如心血管和神经系统疾病。本研究调查的老化行为和氧化应激的参数黑腹果蝇一起,增强铁的水平,表明ferroptosis的发生。我们的工作表明,老苍蝇(30-day-old)两性了受损的运动和平衡相比,小苍蝇(5-day-old)。老苍蝇也产生了较高的活性氧(ROS)水平,减少谷胱甘肽水平(谷胱甘肽),并增加脂质过氧化作用。并行、铁含量在苍蝇的血淋巴增广。谷胱甘肽耗竭与马来酸二乙酯强行为损害与年龄有关。我们的数据表明生化效应描述的发生ferroptosis岁以上的d .腹和报告的参与谷胱甘肽与年龄有关的损害,这可能部分归因于增强铁的水平。

1。介绍

衰老是一种生理事件通常与神经元有关损失,运动障碍,代谢改变,细胞衰老,增强活性氧(ROS)水平,脂质过氧化反应,脆弱,增加对疾病的易感性(1- - - - - -3]。哈曼和他的自由基理论(1950)描述的基础机制老化由于活性氧的积累,产生细胞新陈代谢的副产品和减少寿命4,5]。最近的研究表明,额外的流程包括有限元(Fe)积累是关键球员在加速老化6]。

铁(Fe)是一种重要的金属,参与多个生物过程在真核生物,包括细胞呼吸和能源生产、DNA合成、蜕皮激素,脂质,和多巴胺代谢7,8]。考虑这种金属的重要性,改变其监管机制导致其积累或不足会有灾难性的后果9,10]。当超过时,铁可以与过氧化氢(H2O2)生成羟基自由基(OH°)通过芬顿反应,扮演关键的氧化损伤生物分子和与癌症等疾病的发病有关,糖尿病,心血管疾病和神经退行性7,10,11]。

Ferroptosis Fe-dependent细胞死亡是由四个主要阶段:谷胱甘肽的耗竭和/或GPX4,增加细胞内铁、过多的活性氧的生产,和脂质过氧化作用12- - - - - -14]。ferroptosis的特征包括脂质过氧化作用的有毒的终端产品,4-hydroxynonenal (4-HNE)和丙二醛(MDA)、诱变、细胞毒性分子(14]。由于Fe-dependent ferroptosis,细胞死亡发生脂质过氧化反应增强活性氧造成的生产(15),通过芬顿反应。减少GSH-dependent抗氧化防御也会导致ferroptosis过程,因为它妥协的活动GSH-dependent hydroperoxidase将脂质过氧化物转化为无毒类脂醇(12,16,17]。

谷胱甘肽是最丰富的细胞在生物硫醇,作为有效的内源性抗氧化剂。它在菲体内平衡中扮演重要角色,表演在菲传感和规定,菲贩卖,Fe代数余子式生物合成。许多谷胱甘肽反应涉及高度可极化的巯基(SH)组,使其成为良好的亲核试剂与亲电反应化合物(10,11]。据报道,谷胱甘肽水平自然减少年龄超过(18]。谷胱甘肽过氧化物酶的酶4 (GPx4)起着至关重要的作用在保护细胞免受ferroptosis Fe-induced去除有毒产品的脂质过氧化反应和预防谷胱甘肽耗竭。谷胱甘肽过氧化物酶减少4 (GPx4)水平有助于ferroptosis [15,18]。

有机体黑腹果蝇为研究机制做出了重要的贡献,影响与年龄相关的功能下降。此外,苍蝇展览与脊椎动物行为和生化相似之处。研究表明,衰老的损害行为,感觉运动响应,苍蝇的生殖行为和认知功能19),以及与年龄有关的生理功能的下降(20.]。此外,苍蝇允许研究的短生命周期的因素,可能会干扰预期寿命(21和金属体内平衡22- - - - - -26]。

在这项研究中,我们评估行为和生化变化,氧化损伤,损伤中的抗氧化剂谷胱甘肽的作用引起的老化黑腹果蝇

2。材料和方法

2.1。化学物质

研究中使用的化学物质都是购自Sigma-Aldrich e Labtest (SP圣保罗,巴西)。

2.2。果蝇股票和文化

黑腹果蝇(Harwich血统)保持温度在25°C,湿度控制在60 - 70%的光/暗周期12个小时,在玻璃管测量培养 和包含10毫升的标准介质(玉米面粉,盐,麦芽,奶粉,糖,面粉,大豆和黑麦粉)与干酵母补充。作®被用作抗真菌剂被戈麦斯et al。18]。

2.3。实验设计

苍蝇(3天)被孤立和分离性和保存在一个标准的介质对不同时期行为和生化分析。一生时间选择分析是基于对电机性能的分析老化的苍蝇(图1),考虑到寿命的苍蝇在实验室条件下(图2)。

2.4。寿命分析

寿命分析、50雌性果蝇和50每性雄性苍蝇分别被放置进瓶包含10毫升标准的食品。苍蝇被转移到新的瓶每7天。每天死苍蝇的数量记录。

2.5。运动分析
2.5.1。负趋地性

负趋地性测试(攀爬能力)进行按照平淡et al。19),5个不同年龄段的一些修改(5、10、20、30、40、50天的生活)。为此,每组10苍蝇麻醉在冰和放置在垂直玻璃管(长25厘米,直径1.5厘米)关闭各自的盖子。30分钟后恢复,苍蝇拍拍轻管的底部,和苍蝇的数量需要增加6厘米的玻璃柱被记录。试验重复3次,每次间隔20秒的。每个组(使用三十苍蝇 )。所有实验进行了一式三份。这个实验进行了9次累加每组90人。结果表示为苍蝇在上面的数量。

2.5.2。人行桥测试

人行桥的测试,我们使用Solidworks软件设计模型和原型,然后建模在搅拌器。由此产生的模型打印使用丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS) GTMax 3 d核心A3 3 d打印机,与主协议后层0.1毫米的高度。这个协议是基于Wosnitza et al。21),做了一些调整。测试由一个长13厘米,宽0.5厘米水平人行桥(见补充材料)。实验小组包括5-day-old男性,5-day-old雌性,雄性30-day-old, 30-day-old女性。苍蝇的翅膀剪三个小时前测试,以防止飞行。男性和女性分别进行了分析,从每组和个人单独穿过人行桥测试60秒。苍蝇的时间完成路径被记录。四组20苍蝇的男女进行了分析。结果用秒表示。

2.5.3。平衡试验

分析果蝇的平衡在不同的人生阶段,我们设计了一个利用Solidworks软件平台(补充材料二世)的长度是3厘米,3 d打印机打印。这样做是类似于前面的t台测试,下面的方法Iliadi et al。20.与修改)。这个平台有两个基地的开始和结束标记走,用尼龙线(厚度0.10毫米)跨越平台。苍蝇的男女被分成四组20个人。每个飞跨越时间线是评估60秒,和时间被记录。结果用秒表示。

2.6。测定细胞生存能力和任意稳态ROS水平

一群20苍蝇30-day-old(由性别分离)和20苍蝇生活5天(由性别)均质在1毫升的线粒体隔离缓冲区(甘露醇220毫米,68毫米蔗糖,10毫米氯化钾,10毫米玫瑰,和1% BSA)和离心 10分钟(4°C)。上层富含线粒体被用来决定细胞生存能力(刃天青试验;544海里前女友/ 590海里新兴市场)和ROS稳态水平通过使用荧光染料2,7-dichlorofluorescein二乙酸(DCF-DA;485海里前女友/ 530海里新兴市场)。根据之前分析进行描述协议(18]。刃天青试验,5进行复制一式三份,DCF-DA试验,4进行复制一式三份。数据标准化的蛋白质浓度和用百分比表示。

2.7。谷胱甘肽水平的量化

谷胱甘肽测定根据Ellman [22与一些细微的修改。每组20苍蝇在均质1毫升的0.5米三羟甲基氨基甲烷/盐酸液pH值8.0在4°C。在96孔板,50μL的上层清液,190年μL使用的缓冲区的同质化,10μL(5毫米DTNB被转移,在黑暗中离开20分钟,和阅读了412海里微型板块读者(PerkinElmer-EnSpire 2300 Multilabel读者)。一式三份的试验重复了7次。

2.8。脂质过氧化作用

不同年龄20的苍蝇在冰和麻醉放在垂直玻璃管(长25厘米,直径1.5厘米)包含600μL公司的(0.005%,20% trichloro乙酸(TCA))根据Sachett et al。23),与一些修改(稀释公司的从0.5到0.005%)。在该测试中,不需要进行均化。苍蝇在95°C孵化为60分钟。样品的吸光度测量在532纳米微型板块读者(PerkinElmer-EnSpire 2300 Multilabel读者)。吸光度表达的结果,实验重复7次一式三份。

2.9。量化的血淋巴铁水平

血淋巴的提取,超小型电子管1.5毫升和0.5毫升。一个是放置在,小管穿孔。40苍蝇瘫痪了冰,胸腔是穿孔,苍蝇被放置到0.5毫升超小型电子管和离心机 20分钟将血淋巴排泄到1.5毫升管。一个卷1μ我的血淋巴。这在29日成交量稀释μL 10毫米的磷酸盐(PBS)根据Herren et al。24)和马森et al。25]。铁水平量化使用比色工具包(Labtest在血淋巴®)。分析是基于铁离子的离解(Fe3 +)转铁蛋白的酸性pH缓冲的作用,减少亚铁离子(Fe2 +)羟胺的作用。添加ferrozine,明亮的红色复杂的成立,吸光度测量在540和580海里。表达的铁含量是血淋巴的mg / dL。一式三份的试验进行了5次。

2.10。马来酸二乙酯(民主党)处理和分析

探讨谷胱甘肽参与运动赤字与年龄增长有关,它使用马来酸二乙酯(民主党),一个谷胱甘肽depletor与谷胱甘肽复合物,减少这种抗氧化剂的水平。每组和5 - 50苍蝇30-day-old雄性和雌性果蝇被暴露于1毫米民主党和24小时的媒介。后,负趋地性测试和谷胱甘肽水平评估如上所述26]。

2.11。统计分析

所有数据被提交到正常测试达和皮尔森,Shapiro-Wilk, Kolmogorov-Smirnov。参数数据被表示为 错误的意思是由双向方差分析(SEM)分析了和图基的紧随其后事后测试;和非参数数据表示为一个四分位范围中值,分析了克鲁斯卡尔-沃利斯Dunn的紧随其后事后测试。时被认为具有统计学意义的结果

3所示。结果

3.1。雄性和雌性果蝇的寿命的差异

我们执行一个存活曲线分析预期寿命男性和女性之间的差异。曲线表明,女性的平均寿命比男性长(约20天)(图2)。

3.2。老化的损害负趋地性的苍蝇

评估的攀爬能力是否受到年龄的影响,我们进行了负趋地性测试在不同年龄的男性和女性的苍蝇。如图1,运动赤字在雄性和雌性果蝇观察20天的生活,随着年龄的增长,这些赤字增加。

3.3。人行桥运行试验表明,老化的苍蝇有低于年轻的苍蝇

考虑到妥协的攀爬能力随着年龄的增长,我们也分析了其他参数如步行速度和平衡。人行桥的步行速度是评价通过水平测试长13厘米,宽0.5厘米装置3 d打印机打印(补充材料和图3)。群5-day-old男性平均需要6秒穿过人行桥13厘米,虽然5-day-old女性平均需要11秒。另一方面,30-day-old男性平均花了12秒,和30-day-old女性平均17秒。

3.4。苍蝇的平衡是影响衰老

考虑到年龄的不利影响运动能力的苍蝇,它评估了平衡男女老少苍蝇。这个测试是在3厘米长平台上进行的,苍蝇在跨连续弯尼龙线(厚度为0.10毫米),从一开始到结束的平台。该模型利用Solidworks软件3 d打印机上打印,可以可视化的辅助材料二世。群5-day-old男性平均需要2秒穿过3厘米线,而5-day-old女性平均需要3秒,和群30-day-old男性平均需要40秒交叉线,和30-day-old女性平均35秒(图4)。

3.4.1。年龄减少细胞生存能力和诱导活性氧的苍蝇

后观察行为的变化分析、生化参数与ferroptosis的存在有关,包括细胞生存能力和ROS水平在男女老少苍蝇,进行了分析。30-day-old男性组显示线粒体脱氢酶活性下降4.3倍5-day-old男性组相比,和30-day-old女性组显示相对于2.5倍下降5-day-old女性团体,代表的荧光化合物刃天青(图5(一个))。DCF-DA荧光检测活性氧增加了2.2倍群30-day-old 30-day-old雄性和雌性的2.3倍对各自控制(5-day-old苍蝇)。是观察30-day-old雄性细胞生存能力降低了与30-day-old相比女性的2.6倍,而这些组之间没有差异DCF-DA测试(图中观察到5 (b))。

3.5。谷胱甘肽水平减少老化的苍蝇

ferroptosis的一个特点是谷胱甘肽水平降低;因此,分析了该参数在男女老少苍蝇。群雄性30-day-old,减少1.2倍30-day-old的群5-day-old雄性和雌性,减少对各自控制的1.6倍(5-day-old雌性)。此外,30-day-old雄性比雌性30-day-old(图1.3倍的谷胱甘肽6(一))。

3.6。年龄诱导脂质过氧化反应在男性和女性衰老的苍蝇

考虑增加的脂质过氧化作用和较低的谷胱甘肽水平,表明ferroptosis,诱导脂质过氧化反应进行了研究。在这个实验中,我们观察到增加2倍和30-day-old组的女性增加了1.5倍,都与各自的控制(5-day-old男性和女性),当30-day-old比较男性和女性,这是观察到男性出现脂质过氧化(图1.3倍增加6 (b))。

3.7。年龄增加铁水平飞行的血淋巴

Ferroptosis是个Fe-dependent细胞死亡;因此,这种金属的水平进行评估血淋巴的苍蝇。铁量是评价在男女老少苍蝇。它观察到2倍增加铁含量30-day-old雄性和雌性果蝇与各自控制相比(5-day-old 5-day-old雄性和雌性)(图6 (c))。

3.8。马来酸二乙酯治疗导致死亡率和减少谷胱甘肽水平和运动成绩d .腹

谷胱甘肽可防止ferroptosis通过阻断脂质过氧化反应或铁作为配体的细胞质(13]。调查的参与谷胱甘肽在衰老的有害影响的行为和死亡率、谷胱甘肽depletor苍蝇被暴露于民主党。结果表明,民主党诱导减少3倍和4.6倍的运动试验在老年男性和女性控制(没有民主党)。此外,1.5倍和1.6倍的减少谷胱甘肽水平在男性和女性的衰老苍蝇(30天)暴露于民主党相比各自的控制(没有民主党)。男性5-day-old苍蝇了1.2倍下降运动性能在负趋地性测试的小组相比没有暴露于民主党。也观察到类似的结果。关于谷胱甘肽水平,减少1.2倍观察5-day-old男性和1.3倍降低5-day-old雌性,两相比各自的控制(5-day-old 5-day-old雄性和雌性没有民主党)(图7)。民主党诱导增加2.5倍的治疗男性和女性的死亡率老化的苍蝇。

4所示。讨论

老化包括自然生理变化,随着时间的推移发生在生物体包括进步运动和认知功能的下降。多个事件从分子水平到器官系统调节衰老过程。累积损伤引起的活性氧(ROS)组成的一个主要理论来解释老化(27,28],最近,过量的铁参与衰老进程的影响,通过促进氧化细胞死亡的一种叫做ferroptosis [6]。

在目前的研究中,调查了年龄的不利影响在男性和女性的行为黑腹果蝇和ferroptosis的参与在这个过程中通过评估死亡率、行为改变,脂质过氧化反应,ROS生产、谷胱甘肽的水平。运动赤字d .腹在不同年龄的分析评估负趋地性,人行桥测试和平衡测试。我们的研究结果表明老化对运动行为的不利影响在老化后20天的生活进步同样在两性。我们的发现是按照以往的研究报道的下降运动衰老的果蝇(29日,30.]。此外,苍蝇,老化时间穿过人行桥和逐苍蝇比年轻的苍蝇,苍蝇和许多老化无法执行平衡试验和没有包括在分析中。在这项研究中,年轻的雄性果蝇在运动中显示更好的性能测试。Videlier et al。31日]表明,果蝇是受身体运动活动质量,生殖状态,和性,以及其他因素,男性比女性更活跃在白天峰值。这种行为可能反映出一个充满活力的投资增加雄性在交配的行为习得,从而增加交配频率和繁殖成功率32]。相比之下,雄性和雌性果蝇的性能测试是受年龄的影响。运动能力取决于合并神经系统和肌肉组织的活动。因此,运动性能的下降在老化苍蝇的缺陷将会导致两个系统与累积损伤引起的活性氧(29日,33,34),从而可能降低代谢细胞作为本研究中观察到的可行性。

菲在老化的进展一直是关注的焦点,和一个铁代谢的失衡更为普遍的老年人口导致有害的后果和增加死亡率的风险(10]。过多的铁可以迅速燃烧ferroptosis,它包含一个nonapoptotic细胞死亡机制,以大规模破坏细胞,已经涉及到神经和心血管疾病和癌症17]。在这项研究中,这是首次研究的贡献ferroptosis在果蝇衰老的不利影响,在男性和女性。一个增广的观察铁水平老化飞血淋巴。铁的积累已经证明在不同的物种是很常见的,作为证明秀丽隐杆线虫和人类大脑。这个现象的机制可能暗示是储存铁和铁蛋白的破坏能力不平衡支持菲涌入。众所周知,redox-active金属,如铁、保持在低浓度(0.2 - -0.5μ米)在生理条件下,势必蛋白质过剩,包括铁蛋白,避免不良反应(35]。在这项研究中,谷胱甘肽水平降低衰老苍蝇的男女,和更重要的减少在女性。谷胱甘肽是一种内源性抗氧化作用于中和自由基包括°哦和减少了谷胱甘肽过氧化物酶的辅因子4 (GPx4) [11),在细胞溶质,谷胱甘肽作为铁(II)配体(36]。谷胱甘肽可能有助于减少活性氧积累,导致铁2 +从配体蛋白释放导致了芬顿反应,铁催化的H2O2分解产生羟基自由基,导致脂质过氧化,ferroptosis[的重要标志12]。在这方面,以往的研究调查比较的谷胱甘肽水平在男性和女性衰老的老鼠。观察,谷胱甘肽含量变化之间的不同的组织分析比较男性和女性在老化(37)减少谷胱甘肽在老化与谷胱甘肽的从头合成的减少有关,通过减少蛋白质的水平γ在大脑老化鼠-glutamylcysteine合成酶(GCS)。因此,我们的研究没有提供足够的结果解释更加突出减少谷胱甘肽在雌性果蝇老化;然而,假设微分调节的雄性和雌性的谷胱甘肽合成,降低组织谷胱甘肽两性之间不应丢弃。此外,我们的研究表明,女性寿命比男性高。增加不可能是由于独特的谷胱甘肽水平,一旦类似数量的谷胱甘肽在男性和女性被发现。提到在其他的研究中是很重要的,同样,女性往往比男性活得更长。这些现象归因于多因子的因素包括遗传、表观遗传和环境因素38]。

了解谷胱甘肽的贡献减少不利影响的时代,与民主党的谷胱甘肽水平降低。结果表明显著减少谷胱甘肽治疗与民主党在年轻和衰老苍蝇。此外,增加死亡率和减少运动性能观察衰老和年轻的苍蝇。这些发现强调谷胱甘肽与氧化损伤的保护作用增强的铁水平引起的苍蝇的男女和证据的贡献ferroptosis不利影响的年龄。同样,它已经在早些时候Fe和自由基的生产水平,增加与减少谷胱甘肽在衰老秀丽隐杆线虫(6,26,34]。

越来越多的证据表明,性别和性别扮演了一个重要的角色在病因、演示和治疗各种疾病。重要的发现关于性和性别的含义已经通过研究疾病的有机体黑腹果蝇。例如,先前的研究已经报道微分反应在果蝇性别之间关于炎症反应和生物转化的有毒物质39,40]。我们先前的研究已经报道微分磁化率的雄性和雌性1-octen-3-ol(挥发性有机化合物)41]。在这项研究中,在果蝇性别之间的比较分析提供了重要的见解老化行为和生化参数的微分效应在男性和女性。这些发现可能强调扩展研究的重要性,考虑在精密性医学的方法。提出了Fe-induced损伤假设老化在图表示8

5。结论

本研究调查了老化对寿命的影响,氧化损伤、行为改变,和铁(Fe)水平在男性和女性黑腹果蝇这些参数与ferroptosis-related流程和相关。结果表明,老化导致谷胱甘肽耗竭、铁积累,增加活性氧(ROS)生产,和脂质过氧化作用。谷胱甘肽的研究强调了保护作用与aging-induced损害苍蝇。总的来说,这些发现提供有价值的见解的参与ferroptosis的衰老过程d .腹并表明这种生物可以作为一个可靠的模型来研究老龄化带来的机制。

数据可用性

数据将根据要求提供。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项研究的部分经费由Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de含量优越,巴西(披肩)(代码001),CNPq (# 405426/2021-6), INCT / Exposome(# 406442/2022-3)和联邦大学的南美大草原(UNIPAMPA)。TP和JLF接受者CNPq奖学金(# 307316/2022-0和# 314565/2020-5)。

补充材料

补充1辅料我:人行桥测试。模型在Solidworks软件和3 d打印机打印。水平人行桥长13厘米,宽0.5厘米。

补充2补充材料II:平衡测试。模型在Solidworks软件和3 d打印机打印。平台是3厘米长有两个基地的开始和结束标记。尼龙线(厚度0.10毫米)通过这个平台和连接到基地。