BASI MOLECOLARI DELL’AZIONE DEL FARMACO BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE LEZIONE 6 CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO Adriana Maggi

LE BASI BIOLOGICHE DELL’INVECCHIAMENTO Invecchiamento e genetica Regolazione endocrina dell’invecchiamento Invecchiamento e ambiente

Una malattia autosomica dominante e sporadica e rara che determina invecchiamento precoce: in genere il paziente muore a 13 anni circa per patologie cardiache La base genetica per molti casi di questa patologia consiste nella mutazione della tripletta GGC in GGT nel codone 608 della laminina A (LMNA). Questo determina l’insorgenza di un sito di splicing criptico porta alla sintesi di una proteina con una delezione di 50 aa. La regione deleta ha in se la sequenza riconosciuta da enzimi proteolitici che fanno maturare la Laminina. In mancanza di questa parte della proteina, questa viene carbossifarnesilata e si accumula a livello endocellulare e soprattutto a causa della farnesilazione, nella membrana nucleare. La presenza di questa proteina mutata altera le funzione della membrana nucleare, la ua permeabilità e la trascrizione genica. Hutchinson-Gilford progeria syndrome

Figure 1. Processing of lamin A in normal and HGPS cells Meshorer E., Gruenbaum Y. J. Cell Biol. 2008:181:9-13 Invecchiamento e genetica

Sindrome di Werner Una patologia autosomica recessiva La mutazione genica è a carico della DNA elicasi (cromosoma 8 braccio corto) che accorcia la lunghezza dei telomeri. La malattia si manifesta alla pubertà e i portatori della mutazione vivono fino circa 40 anni di età.

When replication forks stall, the stable maintenance of replisome components requires the ATR kinase Mec1/Ddc2 and the RecQ helicase Sgs1.

STUDIARE VERMI E INSETTI PER CAPIRE L’UOMO Drosophila melanogaster Coenorabditis elegans Regolazione endocrina dell’invecchiamento

adulto L4 embrioni L1 L2 L3 Circa 3 giorni a 22°C CICLO VITALE DI C.ELEGANS

adulto L4 embrioni L1 MANCANZA DI ALIMENTI CICLO VITALE DI C.ELEGANS STADIO DAUER

LARVALARVA DAUER

Studio di processi biologici legati a una maggiore morbidità l’esempio dell’invecchiamento DAF1 (IGF-R) AGE 1 (IP3-K) DAF 16* DAF 12DAUER DAF 7 ( TGFbeta ligand) DAF 4 (Type II TGF beta R) DAF 3, DAF 5 (SMAD prot) DAF9 (cytochrome C) (in assenza di fosforilazione causa entrata in dauer * Proteine della famiglia FOXO coinvolte nel metab del glucosio SIR2 (deacetilasi attiva di DAF 16)

Insulin/IGF-1 IGF-1 Insulin GH DAF 2 receptor DAF 16/FOXO (adip. Tissue) LONGEVITY TOR germline dFOXO TOR germline LONGEVITY IGF-1R 1R LONGEVITY

Invecchiamento e ambiente

SEXUAL REPRODUCTION “REGULATORS” NUTRIMENT AGE “EFFECTOR” EVOLUTION: LAND OF BIOLOGICAL EQUAL OPPORTUNITIES

SEXUAL REPRODUCTION FECUNDITY SHOULD BE DIRECTLY PROPORTIONAL TO NUTRIENT AVAILABILITY, HIGH NUTRIENT AVAILABILITY, FAVORING FECUNDITY, SHOULD SHORTEN THE LIFE SPAN DEATH: A TOOL INDISPENSABLE TO ENSURE THE CONTINUATION OF THE SPECIE but EVOLUTION: LAND OF BIOLOGICAL EQUAL OPPORTUNITIES

Intrinsic program for aging aiming at increasing the fraility of the organism: a biological clock(telomers length, mitochondrial viability; DNA replication errors, loss of immune control and inflammation…) sex-dependent (male fecundity cannot be limited as well as in females) Fertility-driven Extrinsic factors nutrition adaptable environment AGING AS NECESSITY FOR THE CONTINUATION OF LIFE and AS A MEAN TO GIVE TO EACH INDIVIDUAL EQUAL POSSIBILITIES TO GIVE HIS GENETIC CONTRIBUTION TO THE NEXT GENERATION

Single-gene mutation approach in model organsisms has demonstrated that impairment in the insulin/IGF-1 signalling pathway results in lifspan extension in: nematodes: (Friedman 1988; Kenyon 1993) Drosophila (Clancy 2001; Tatar 2001) mouse (Bluher. 2003; Brown-Borg 1996; Flurkey 2001) Decreased fertility Dietary restriction increases longevity in: Saccharomyces: (Jjang, 2000; Lin 2000)) C.elegans (Klass 1977; Lakowski and Hekimi 1998; Houthoofd 2003) Drosophila m.( Chapman and Partrige 1996) rodents (Weidruch and Walfrd 1988) primates (Mattison 2003; Lane 2004)

Caenorabditis elegans Caenorabditis elegans LIPIDS LXR IGF-1R REPRODUCTIONINCREASED LIFE SPAN ? THE COST OF REPRODUCTION long lifespan low fecundity FOXO TF