El objetivo principal del uso de medicamentos que retrasan el proceso de envejecimiento es alargar una vida sana y activa. Este último, a su vez, tiene como objetivo mejorar el bienestar económico de la población del planeta que envejece rápidamente. Para que cualquier intervención farmacológica sea aprobada universalmente, los medicamentos deben ser efectivos en cualquier adulto y tener un buen perfil de seguridad. En este artículo, mostramos que con la ayuda de medicamentos ya conocidos por la ciencia, pudimos aumentar significativamente la esperanza de vida de C. elegans. El aumento en la vida del gusano se logró al cambiar la actividad de varias vías de señalización evolutivamente conservadoras asociadas con el envejecimiento. Debido al efecto en diferentes vías de señalización con un efecto sinérgico común, esperamos que podamos ralentizar el proceso de envejecimiento humano, duplicar la esperanza de vida y también más del doble de la duración de un período de vida saludable, sin cambios compensatorios en el desarrollo físico y la actividad.
Hasta donde sabemos, la esperanza de vida de los nematodos de C. elegans alcanzada en adultos con drogas fue la más alta en nuestro trabajo. Usamos medicamentos que originalmente estaban destinados al tratamiento de diversas enfermedades de adultos. Se considera muy prometedor el desarrollo de un método basado en el uso de medicamentos ya aprobados que actúan simultáneamente en varias vías de señalización asociadas con el envejecimiento. Puede conducir a prevenir el desarrollo de enfermedades relacionadas con la edad y astenia física de la población de personas mayores del mundo, que está envejeciendo rápidamente.
Introduccion
Una de las etapas más importantes en la ciencia del envejecimiento ha sido el descubrimiento de vías de señalización evolutivas conservadoras responsables de regular la vida útil del cuerpo. Las mutaciones en los genes que afectan estas vías de señalización pueden conducir a una extensión de la esperanza de vida del 30 al 100% en los organismos modelo. Las mutaciones genéticas combinadas pueden causar un efecto sinérgico que aumenta la vida útil. El efecto de las intervenciones farmacológicas suele ser mucho más débil que el de las mutaciones genéticas, incluso si actúan en las mismas vías de señalización.
La presencia de un efecto sinérgico con varios trastornos genéticos combinados sugiere que el uso de tales fármacos que afectarán simultáneamente varias vías de señalización conservadoras evolutivas se convertirá en una posible dirección prometedora. Hasta la fecha, se han registrado pocos datos sobre el efecto sinérgico del uso de medicamentos destinados a aumentar la esperanza de vida. En este artículo, informamos sobre los resultados de un nuevo estudio in vivo en el que se usaron dichos medicamentos. Hemos demostrado cómo una combinación de medicamentos puede maximizar el efecto de la terapia debido al hecho de que actúan en varias vías de señalización, con un efecto de refuerzo mutuo. Al mismo tiempo, fue posible minimizar la frecuencia de las reacciones adversas y el nivel de perturbaciones compensatorias en el desarrollo del cuerpo, ya que se hicieron cambios puntuales en vías de señalización separadas pero que interactúan. El objetivo final del estudio fue desarrollar un régimen farmacológico para la población adulta, con un efecto comprobado en el proceso de envejecimiento, que fuera igual o mayor que el efecto de las mutaciones.
Dado que hay pocos marcadores biológicos de envejecimiento generalmente reconocidos, actualmente, para evaluar los resultados del estudio, simplemente comparan la vida útil total de los organismos. Se utilizó un nematodo de la especie Caenorhabditis elegans como organismo modelo de vida corta. Luego, seleccionamos varias combinaciones de drogas, de modo que se crearon 2 grupos de drogas, en cada una de las cuales había tres drogas. Como se publicó anteriormente en los estudios, al usar estas combinaciones de medicamentos, hubo una diferencia significativa en el aumento de la esperanza de vida y en el alargamiento de la vida sana de los nematodos de C. elegans.
El efecto sinérgico obtenido con la combinación de fármacos resultó ser comparable al observado después de mutaciones dirigidas en los genes conocidos asociados con el envejecimiento. No revelamos ninguna alteración compensatoria en el desarrollo de organismos de aquellos que a menudo se encuentran y se asocian con la intervención farmacológica. Pudimos determinar indirectamente que la terapia con medicamentos redujo la velocidad del envejecimiento natural, a medida que aumentaba el nivel de algunos marcadores. Además, concluimos que el TGFβ (factor de crecimiento transformante β1) era un factor clave que proporcionaba el efecto sinérgico de la vía de señalización. Además, el estudio mostró que en los nematodos tratados con las combinaciones de medicamentos anteriores, la proporción de lípidos monoinsaturados a poliinsaturados cambió el lado de la prevalencia de los primeros (aumento en la proporción de MUFA a PUFA), y disminuyó el nivel de peroxidación de los lípidos de membrana. Finalmente, confirmamos que también se determinó un efecto sinérgico similar en moscas de la especie Drosophila melanogaster.
Resultados
Elección de vías de señalización y objetivos en C. Elegans.Basado en la literatura científica moderna, hemos encontrado varias vías de señalización evolutivas conservadoras y mecanismos relacionados con el envejecimiento (Material de apoyo, Tabla S1). Entre los objetivos y mecanismos que seleccionamos se encuentran: la proteína quinasa activada por AMP, la quinasa c-Jun-N-terminal (JNK), el objetivo de rapamicina en mamíferos (mTOR) y los mecanismos involucrados en los procesos: restricción calórica (RC), mitogomesis (el efecto de pequeñas dosis de sustancias que en grandes dosis son tóxicas) y el metabolismo mitocondrial. Los objetivos y procesos anteriores se consideran los principales en la regulación de las vías de señalización que prolongan la vida. Para cada vía de señalización, se determinaron medicamentos cuyo efecto sobre la longevidad se describió en al menos uno de los organismos modelo conocidos (nematodos, moscas de la fruta o ratones).
Las personas que probaron drogas eran de particular interés para nosotros. Por lo tanto, preferimos compuestos medicinales con eficacia declarada en mamíferos o aprobados en humanos. Inicialmente, encontramos 11 medicamentos potenciales que cumplían con los criterios anteriores (Tabla auxiliar S1). Agregamos alantoína a nuestra lista basada en un informe sobre su capacidad para prolongar la vida en C. elegans y los resultados del análisis transcripcional. Sospechamos que su mecanismo de acción es diferente de otras sustancias. Para evitar errores en la medición de la esperanza de vida de los organismos después del uso de drogas, primero probamos al contratista utilizando el método ciego. La razón principal de esto fue el hecho de que los resultados del estudio pueden depender en gran medida de la exactitud de las condiciones experimentales y varían significativamente entre diferentes laboratorios. Utilizamos solo las dosis de medicamentos que se describieron previamente en artículos científicos. La efectividad de cinco medicamentos que afectan la esperanza de vida se ha confirmado repetidamente en nuestro laboratorio (Fig. 1, tabla de soporte S2). Como regla general, en nuestro estudio, la efectividad de los compuestos asociados con un aumento en la vida de los organismos fue ligeramente menor que en trabajos publicados anteriormente (Esquema complementario 1, tabla de soporte S2).
Fig. 1Transcripción, drogas y longevidad
Para evaluar la efectividad de los medicamentos en el estudio, realizamos un análisis de transcriptoma y determinamos genes expresados diferencialmente (DEG) y enriquecimos las vías de señalización con respecto al control. Notamos ciertas diferencias en la expresión génica y la actividad de la vía de señalización en el grupo experimental, que no estaban en el grupo de control. Los cambios más significativos en la expresión génica y las vías de señalización fueron causados por la acción de una combinación de medicamentos que consiste en rifampicina, rapamicina y psora-4 (PSORA), donde se administró el último medicamento después de los dos primeros. A diferencia de los medicamentos mencionados, la metformina (MET) y la alantoína (ALLAN) afectaron la expresión de menos genes (Esquema 2a, tabla de soporte S3).
El análisis de los resultados transcripcionales mostró que cada sustancia farmacológica tenía su propio perfil único de los genes que cambió. Al mismo tiempo, algunos de estos genes también se encontraron en los perfiles transcripcionales de los medicamentos restantes (Esquema 2a). Por lo tanto, MET actuó sobre el trabajo de muchos genes "populares", pero el número de genes únicos involucrados fue mínimo. Las preparaciones MET y PSORA cambiaron la actividad de casi todo el espectro de genes "populares", algunos de los cuales también fueron afectados individualmente por los medicamentos que se muestran en el Esquema 2a.
El compuesto ALLAN afectó la menor cantidad de genes, pero la mayoría pertenecía a un grupo único. Menos de la mitad de sus genes estaban representados en el espectro transcripcional de otras drogas. El efecto del uso de RIF y RAP fue significativamente diferente entre sí y de cualquier otra droga. Con base en los tres criterios del análisis de componentes principales (PCA), concluimos que RIF, RAP y PSORA estaban muy separados del resto de los medicamentos. En contraste, los efectos de ALLAN y MET fueron más variables, pero muy similares. Además, sus resultados fueron algo similares a los resultados del grupo de control.
Fig.2En el siguiente paso, determinamos cómo varias combinaciones de medicamentos afectan el tiempo de vida de los nematodos. Dado que las acciones de MET y RAP son más fáciles de transferir a los humanos, estudiamos estos medicamentos en primer lugar. Sin embargo, resultó que la combinación de MET y RAP a dosis óptimas de 50 mg y 100 mg no condujo a un alargamiento de la vida aún más prolongado (esquema complementario 2 J, P). Realizamos varios estudios más utilizando todas las combinaciones posibles de estos medicamentos en dosis óptimas y semi-óptimas (Esquema adicional 2 JP).
El uso de MET y RAP en sus dosis semi-óptimas dio como resultado un aumento en la vida útil máxima de los nematodos (Esquema 2e, Esquema adicional 2 m, s), pero no en la esperanza de vida promedio (Esquema adicional, 2p). Esta ligera ventaja de MET y RAP es consistente con los hallazgos de otro estudio en ratones. Se demostró que la adición de MET a RAP prolongaba principalmente la vida de los hombres, y en las mujeres, el resultado apenas se notaba (cuando se registraba).
A continuación, descubrimos secuencialmente los efectos de 10 combinaciones de medicamentos. En cada combinación de drogas, había dos de las cinco drogas posibles (Esquema adicional 2 ai). El análisis del efecto sinérgico se realizó utilizando el modelo HSA (modelo de actividad única superior), que estima el grado de actividad de uno de los dos fármacos.
El resultado del uso combinado de varios medicamentos se consideró sinérgico, siempre que excediera en gran medida el resultado obtenido de la acción de cada medicamento por separado y cuando las dosis de los medicamentos fueran las mismas. Dada la definición anterior, encontramos que solo dos de cada diez combinaciones de medicamentos tenían un efecto sinérgico (Esquema 2c, d, Esquema complementario 2 y Tabla de soporte S2), arreglado con una combinación de medicamentos: RIF con RAP y RIF con PSORA. Se podían hacer tres combinaciones de medicamentos diferentes con estos medicamentos, pero solo dos de ellos eran más diferentes entre sí según el análisis de PCA. Fue en los dos últimos que se reveló un efecto sinérgico (Esquema 2b, esquema adicional 4a, b).
Entre los 8 pares restantes de medicamentos, el efecto sobre la esperanza de vida en 4 fue el mismo que para el medicamento más efectivo en la combinación de medicamentos correspondiente. En otras 4 combinaciones, el efecto de un fármaco excluyó mutuamente el efecto de otro. En el último caso, también se observó la ausencia de reacciones tóxicas y un aumento en la vida útil (Esquema adicional 2, tabla de soporte S2).
En nuestro estudio, el uso de dos combinaciones de drogas con un efecto sinérgico condujo a un alargamiento de la vida más significativo, en comparación con los datos publicados previamente en la literatura científica. Sin embargo, el aumento en la esperanza de vida después del uso de drogas fue menor que un efecto similar de los trastornos mutacionales. A este respecto, tenemos preguntas: ¿son las tasas de supervivencia reales el máximo que se puede lograr con el tratamiento farmacológico de animales adultos? ¿Obtendremos un aumento adicional en la vida útil al agregar otros compuestos? Si la combinación de drogas incluye tres compuestos de drogas, entonces el número de combinaciones posibles aumenta a 30. No tuvimos la oportunidad de verificar esa cantidad de combinaciones de drogas.
Por lo tanto, estudiamos selectivamente el efecto de algunas combinaciones de medicamentos triples. En primer lugar, consideramos una combinación de medicamentos en la que los tres compuestos farmacológicos eran más diferentes entre sí según los criterios del método PCA. Otra condición fue la presencia de un efecto sinérgico de la droga cuando se usa junto con otras drogas (RAP, RIF y PSORA). Sin embargo, la esperanza de vida de los nematodos al usar una combinación de los tres medicamentos fue peor que cuando se usó cualquier combinación doble de medicamentos (esquema complementario 3a, tabla de apoyo S2). Luego probamos la efectividad de la combinación triple de medicamentos, que incluía el medicamento ALLAN con un perfil único de los genes involucrados (arco naranja claro, esquema 2a).
El perfil de actividad de los genes ALLAN no coincide con el perfil de los genes activos de otras drogas. También difería del espectro del transcriptoma mutante eat-2. Por lo tanto, planteamos la hipótesis de que el compuesto ALLAN tiene un mecanismo de acción único y, por lo tanto, lo agregamos a esos dos pares de combinaciones que mostraron un efecto sinérgico. En ambos casos, se observó un aumento estadísticamente significativo en la esperanza de vida promedio y su máximo (Esquema 2f, g, esquema adicional 3d-f y tabla auxiliar s2). El mejor resultado fue la combinación de tres fármacos: RAP, RIF y ALLAN, debido a que el tiempo de vida promedio de los gusanos se duplicó, y la mediana y el máximo alcanzaron 44 y 50 días, respectivamente (Tabla auxiliar s2). El efecto resultante fue comparable con el efecto de los trastornos mutacionales. Según nuestra información, esta extensión de la vida útil de C. elegans resultó ser la más grande que se haya publicado en la literatura científica cuando se usan medicamentos utilizados en adultos.
El mecanismo de sinergia de drogas.
Daf-16 / FOXO es un factor de transcripción que juega un papel clave en la regulación de la vida útil de los organismos modelo, y probablemente también de los humanos. Para estudiar el mecanismo de acción sinérgica de las combinaciones de medicamentos que identificamos, determinamos su efectividad cuando los gusanos tenían una mutación negativa en la vía de señalización de Daf-16. El efecto de medicamentos como RAP o ALLAN, tomados por separado, fue independiente de la vía de señalización Daf-16. En comparación, la extensión de la esperanza de vida utilizando RIF se debió completamente al trabajo de la vía Daf-16 y PSORA parcialmente (Esquema 3a, esquema adicional 8).
La combinación sinérgica de medicamentos RAP + RIF incluyó un medicamento RIF, cuyo efecto dependía completamente de la ruta Daf-16, y otro medicamento RAP con un efecto independiente de esta ruta de señalización. Con el uso combinado de preparaciones RIF + PSORA, también se registró un efecto sinérgico, a pesar del hecho de que la actividad de los fármacos se asoció con el funcionamiento de la vía Daf-16, y el nematodo tenía un gen mutante Daf-16 (Esquema 3a, Esquema adicional 8).
Tales resultados fueron inesperados, ya que resultó que el efecto sinérgico fue causado no solo por la vía Daf-16: este efecto se logró en mutantes de los gusanos del gen Daf-16 usando drogas cuyas acciones dependían total o parcialmente del funcionamiento de este gen.
Fig.3Según varios autores, varios de los medicamentos que probamos fueron miméticos de CR (restricción calórica), es decir Sustancias medicinales similares a los compuestos sintetizados naturalmente en el cuerpo, responsables de una disminución del apetito. Utilizamos los modelos de C. elegans mutantes eat-2 para descubrir si las combinaciones de fármacos y sus fármacos sinérgicos influyen en las vías de señalización CR. Solo el compuesto RIF prolongó la vida de los nematodos mutantes eat-2. Por lo tanto, todos los demás, excepto las preparaciones RIF, pertenecían a miméticos CR.
Por lo tanto, en dos combinaciones de medicamentos, RAP + RIF y RIF + PSORA, un compuesto pertenecía a miméticos CR, y el efecto del otro no dependía de la mutación eat-2. El uso combinado de RIF y PSORA condujo a un aumento en la vida útil de los nematodos, mientras que la adición de ALLAN a esta combinación de drogas no tuvo ningún efecto sobre el aumento en el tiempo de vida de los gusanos. Creemos que este patrón se debe al hecho de que en esta combinación de medicamentos ALLAN fue el segundo mimético de CR.Con el fin de estudiar más a fondo el mecanismo de sinergia de drogas, hicimos un perfil de transcriptoma de combinaciones de drogas con un efecto sinérgico y una combinación de drogas sin tal efecto. Los nematodos recibieron uno, dos o tres compuestos farmacológicos para detectar la presencia o ausencia de este efecto. La transcripción de las drogas individuales asignadas a los miméticos CR se agruparon en la misma región que el perfil de transcriptoma de los organismos mutantes eat-2. Por el contrario, el compuesto RIF no tenía actividad mimética CR y su transcripción era diferente de los resultados del análisis transcripcional de mutantes eat-2 y otras drogas (Esquema 2h).Es interesante observar que los transcriptomes de combinaciones de drogas con un efecto sinérgico se agruparon y los patrones de sus expresiones genéticas diferían tanto de las expresiones de las drogas individuales incluidas en la combinación como de los mutantes eat-2 (Esquema 2h, esquema adicional 4 c, d). En comparación con el grupo de control, cuando se usaban combinaciones sinérgicas dobles y triples de fármacos, a menudo se presentaba la vía de señalización TFGβ (Esquema 4a, esquema adicional 6c, 7a, tabla auxiliar s4). Además, comparamos con una transcripción la combinación de medicamentos con una transcripción de los compuestos farmacológicos incluidos, este último en este caso sirvió como grupo de control (ver métodos). A diferencia del grupo de control, las combinaciones de fármacos con un efecto sinérgico aumentaron la actividad de TGFβ y varias otras vías de señalización.En combinaciones de fármacos sin acción sinérgica, tales vías no estaban representadas en el perfil transcripcional (Tabla auxiliar s5).Algunas combinaciones de drogas prolongaron la vida de eat-2 a nematodos mutantes, pero no hay drogas individuales en estas combinaciones. Decidimos verificar si los mutantes eat-2 habrían aumentado la actividad de la vía TGFβ después de combinaciones sinérgicas, en contraste con los gusanos eat-2 sin terapia farmacológica. La única vía de señalización que estaba notablemente presente en la transcripción después de usar cualquiera de las combinaciones sinérgicas de fármacos fue la vía TGFβ (Esquema suplementario 7b, tabla de soporte S6). Fue una completa sorpresa para nosotros que este camino estuviera determinado exclusivamente por la acción de combinaciones sinérgicas de compuestos farmacológicos (Esquema 4b, esquema adicional 7a, c, tabla auxiliar s7).
Fig. 4Importancia de la vía de señalización de TGFβ para la sinergia de drogas
La activación de la vía de señalización de TGFβ revelada en nuestro estudio puede ser el mecanismo principal por el cual se realiza un efecto sinérgico que extiende la vida útil de los organismos modelo. Anteriormente, los estudios señalaron que la mutación TGF (daf-7) condujo a un aumento en el tiempo de vida a través de la vía de señalización de insulina. Ambos mediadores daf-2 y daf-7 también regulaban la transcripción de genes dependientes de daf-16 (esquema complementario 7d). Nos preguntamos si era posible, con la ayuda de las combinaciones de medicamentos seleccionadas, extender la vida de los mutantes daf-2, a pesar de que la esperanza de vida de los animales debido a esta mutación ya era mayor. Para empezar, determinamos la vida útil de los nematodos mutados con daf-2 después de cada combinación de fármacos.El aumento en la vida se registró en combinaciones que contienen RAP: RAP + RIF y RAP + RIF + ALLAN. Sin embargo, la tasa de crecimiento fue casi la misma que cuando se usaba solo el medicamento RAP. No se observó un efecto sinérgico que alargue la vida de los nematodos en ninguna combinación de fármacos (Esquema 3c, Esquema adicional 8, tabla auxiliar s2). La acción de PSORA también contribuyó a un aumento en la vida útil de los gusanos mutantes daf-2, pero la combinación de medicamentos que incluyen este medicamento (RIF + PSORA y RIF + PSORA + ALLAN) tuvo un efecto neutral en la longevidad de los nematodos (Esquema 3c y esquema adicional 8).En el futuro, probamos la efectividad de todas las combinaciones sinérgicas de drogas y sustancias farmacológicas en las que consistían en mutantes daf-7. En ningún caso se detectó un efecto sinérgico. Llegamos a la conclusión de que la sinergia de los medicamentos se debe a la vía de señalización daf-7, aunque en estas condiciones, los medicamentos individuales de la combinación son efectivos en términos de aumento de la esperanza de vida (Esquema 3d, Esquema adicional 8).Sinergia de drogas, MUFA y vida útil
Como se informó anteriormente en los estudios, los reordenamientos metabólicos se producen en líneas de nematodos mutantes de larga vida de edad 1 y daf-2, lo que resulta en una mayor producción y acumulación de grasa. Además, la vía TGFβ / daf-7 regula el metabolismo del triacilglicerol (TAG) y se sabe que los nematodos daf-7 mutantes almacenan más grasa. Esta información y los datos de nuestro trabajo nos llevaron a estudiar si las combinaciones de fármacos caracterizados por la sinergia afectan el perfil lipídico de los nematodos con una vía de señalización bloqueada por TGFβ (Tabla auxiliar s3).En la etapa inicial, hicimos un análisis de transcriptoma de nuestros resultados para encontrar vías de señalización que cambien la composición lipídica, y descubrimos que las combinaciones de fármacos con un efecto sinérgico aumentan el nivel de homólogo de SREBP-1c: sbp-1 en C. elegans. Sirve como el principal factor de transcripción que controla los genes responsables de la síntesis de varios lípidos y enzimas desaturasa. Estos últimos están involucrados en la formación de ácidos grasos monoinsaturados (MUFA) (Esquema 4c, f). Posteriormente, realizamos un análisis de lipidomas por espectrometría de masas para detectar cambios en el perfil lipídico después de la exposición a medicamentos. En los nematodos, después del uso de combinaciones sinérgicas de medicamentos, las reservas de TAG, la proporción de MUFA: PUFA (ácidos grasos monoinsaturados a poliinsaturados) y la cantidad de 16: 1 y 19 aumentaron significativamente:1 ácidos grasos monoinsaturados (AGMI) (Esquema 4f).Como resultado, se observó una disminución en el índice de doble enlace (DBI) (que muestra el grado de insaturación de los ácidos grasos) y el índice de peroxidación lipídica (PI) (Esquema 4i). Un IP bajo indica que los lípidos contienen menos enlaces dobles entre los carbonos, lo que reduce la capacidad de los lípidos para peroxidarse. Según los resultados de varios autores, una disminución en la capacidad de peroxidación se asoció con un aumento en la esperanza de vida, posiblemente porque los lípidos eran menos susceptibles a la oxidación en el cuerpo.Se cree que al suprimir el proceso de peroxidación, mejora la resistencia al estrés oxidativo. En nuestro trabajo, en los gusanos después de la aplicación de combinaciones sinérgicas de drogas, de hecho, dicha resistencia aumentó (Esquema 5 e, f). Además, observamos un aumento en el nivel general de esfingomielina en nematodos (Esquema 4h). Los científicos han demostrado que este indicador causó un aumento en la vida útil de los gusanos a través de una mayor autofagia.
Fig.5La supresión del metabolismo energético y el bloqueo del trabajo de la cadena de membrana del transporte de electrones (ETC) pueden prolongar la vida de C. elegans. Este hecho no explica los resultados en nuestro estudio, ya que no fue posible que los nematodos detectaran una disminución notable en la tasa de metabolismo basal (Esquema 5i). La literatura científica describe que, con mayor frecuencia, la longevidad estuvo acompañada de factores como: una desaceleración en el crecimiento y el desarrollo, así como una disminución en la fertilidad. No encontramos que en los gusanos que recibieron diferentes combinaciones sinérgicas de drogas, la duración del período de vida del adulto y la fertilidad en general cambiaran significativamente. Aunque, después de agregar estas combinaciones, se registró un ligero aumento en el período reproductivo en nematodos (Esquema 5a-c, Esquema adicional 9a).En la siguiente etapa, determinamos: indicadores de adaptación, nivel de tolerancia a situaciones estresantes y viabilidad de nematodos. Evaluamos la velocidad del movimiento espontáneo, la resistencia al choque térmico, la resistencia al estrés oxidativo y también calculamos la viabilidad de los gusanos en la escala de movilidad espontánea, calculada por el método de Herdon (Herndon). En el grupo de control, el período de vida activa fue de aproximadamente el 50% de la vida útil total de los nematodos. Un indicador similar en gusanos tratados con RIF + PSORA + ALLAN o RAP + RIF + ALLAN preparaciones alcanzó el 57% y 63% de su vida extendida, respectivamente (Esquema 5d, datos adicionales 9c). Por lo tanto, tanto la vida útil absoluta como el período relativo de actividad activa de los nematodos aumentaron significativamente.Observamos que cuando el último gusano murió en el grupo de control, en el otro, más de la mitad de los individuos mostraron un nivel óptimo de actividad vital (Esquema 5d, datos adicionales 9c). El análisis de los movimientos espontáneos mostró que en el grupo experimental, independientemente de la edad de los gusanos, su movilidad después de la acción de combinaciones de drogas como: RIF + PSORA + ALLAN o RAP + RIF + ALLAN fue significativamente mayor que la de los nematodos en el grupo control. De hecho, la movilidad espontánea de las personas mayores (18 días de vida) en las que se usaron medicamentos no difirió de la actividad motora de los gusanos jóvenes (7 días de vida) en el grupo de control (Esquema 5g). Además, la terapia farmacológica de los gusanos aumentó su resistencia al calor y al estrés oxidativo (análisis toxicológico, esquema 5e, f, esquema adicional 9b).Nuestras observaciones indican que después de la acción de combinaciones de drogas sinérgicas, los nematodos alargaron el período de vida activa, aumentaron la resistencia a los factores de estrés e, incluso, la movilidad de los individuos, mientras que los cambios compensatorios en su desarrollo fisiológico estuvieron ausentes o fueron mínimos.Dados estos resultados, dudamos que el aumento en la esperanza de vida se deba a una desaceleración en la tasa de envejecimiento biológico. La tasa de envejecimiento puede expresarse como un indicador del tiempo durante el cual la mortalidad de los individuos se duplica (MRDT o el tiempo de duplicar la intensidad de la mortalidad). Usando la plataforma analítica Survcurv, determinamos este parámetro en organismos modelo después de aplicar combinaciones de drogas sinérgicas. Con el efecto combinado de los medicamentos RIF + PSORA + ALLAN, el nivel de MRDT de nematodos fue significativamente más alto que el mismo indicador en el grupo control (MRDT = 3.7 y 3 días, P <0.0001, respectivamente).La tasa de mortalidad de gusanos jóvenes (IMR) en el grupo experimental también fue significativamente menor (IMR del grupo control = 2.7e-3, IMR bajo la acción de RIF + PSORA + ALLAN = 8.5e-4, RAP + RIF + ALLAN = 9.3e-4, P <0,001). Concluimos que mediante el uso de combinaciones sinérgicas de drogas, el proceso de envejecimiento de los nematodos se ralentizó y aumentó la resistencia a varios factores negativos en los individuos jóvenes, lo que finalmente condujo a una prolongación de su vida.Preservación del efecto del sinergismo farmacológico en moscas Drosophila
Una de las cuestiones clave en la investigación del proceso de envejecimiento es la cuestión de transferir el resultado logrado de prolongar la vida de una especie a otra. Por esta razón, estudiamos si el efecto de las sinergias farmacológicas que extienden la vida de C. elegans se conservará en experimentos con Drosophila melanogaster. Anteriormente, en estudios, los científicos demostraron que RAP aumentó la vida de las moscas de la fruta, mientras que MET no fue eficaz. Hemos evaluado constantemente el efecto de las preparaciones individuales y sus combinaciones en la vida útil de las moscas de la fruta macho. Al principio, demostramos que los compuestos medicinales RAP y ALLAN extendieron la vida promedio de las moscas de la fruta, mientras que RIF y PSORA aumentaron solo la esperanza de vida máxima de los organismos (Esquema 6, tabla de soporte s2).Se reveló un efecto sinérgico que prolonga la vida de las moscas en combinaciones de fármacos basados en el compuesto RAP: RAP + RIF y RAP + RIF + ALLAN (Esquema 6a). No encontramos un aumento en el tiempo de vida promedio de las moscas cuando se usan combinaciones de drogas que contienen PSORA: RIF + PSORA y RIF + PSORA + ALLAN (Esquema 6b). Sin embargo, en comparación con los resultados de la acción de fármacos individuales, la combinación de fármacos RIF + PSORA condujo a un efecto sinérgico que aumenta la vida útil máxima de los organismos (Esquema 6c). Dado que la mosca de la fruta Drosophila melanogaster retuvo el efecto de la sinergia de drogas, creemos que los resultados de nuestro trabajo confirman la existencia de un mecanismo conservador evolutivo que determina el funcionamiento de este efecto sinérgico.
Fig.6La discusión
En este trabajo, pudimos encontrar varias combinaciones de medicamentos con un efecto sinérgico. Influyeron selectivamente en ciertas vías de señalización asociadas con el envejecimiento y la longevidad. Además, las rutas de señalización podrían cruzarse entre sí. A pesar de que tales combinaciones de drogas se usaron solo en la edad adulta, la esperanza de vida activa de C.elegans se duplicó. El tamaño del efecto de las intervenciones farmacológicas fue comparable al efecto después de las mutaciones clásicas que ralentizan el envejecimiento. Hasta donde sabemos, este estudio se ha convertido en el más grande en términos de cantidad y volumen de intervenciones farmacológicas en animales adultos.
Al utilizar combinaciones medicinales sinérgicas que aumentan la vida útil de los gusanos, no pudimos detectar ningún trastorno compensatorio negativo o trastorno concomitante en el desarrollo del animal. Se han observado trastornos similares en organismos con mutaciones en genes asociados con el envejecimiento. Además, el efecto positivo del fármaco observado no se debió a una disminución en el trabajo de la cadena de membrana del transporte de electrones (ETC) ni a la inhibición del metabolismo en los gusanos. La evaluación de estos indicadores se realizó en función del nivel de consumo de oxígeno.
De hecho, los animales que recibieron combinaciones de drogas superaron el grupo de control de organismos en términos de actividad motora. La forma física y la actividad fueron las mismas en individuos mayores en el grupo experimental y en los más jóvenes en el grupo control (Esquema 5g). El análisis de la mortalidad mostró que el efecto sinérgico de las combinaciones de medicamentos disminuye la tasa de envejecimiento biológico en aproximadamente un 20% (Esquema adicional 10). Para probar el efecto positivo de la sinergia de drogas y su conservadurismo evolutivo, realizamos varios experimentos en la mosca de la fruta de Drosophila melanogaster. Dos de las cuatro combinaciones de medicamentos confirmaron la seguridad de un efecto sinérgico.
Evolutivamente, los nematodos están más cerca de los mamíferos que de las moscas. Por lo tanto, tales mecanismos conservadores y vías de señalización en moscas de la fruta y nematodos son antiguos. Probablemente, inicialmente el mecanismo de acción sinérgica existía en el ancestro común a estas tres clases de animales.
Para estudiar el mecanismo de acción de la sinergia farmacológica que prolonga la vida de los gusanos, realizamos varios experimentos de epistasis (supresión de la epistasis de la acción de un par de genes alélicos por el genoma del par no alélico) y análisis de transcriptoma. Como resultado, pudimos encontrar que las vías de señalización daf-2 / daf-16 (IGF / FOXO) y TGF (daf-7) juegan un papel importante en el funcionamiento del efecto sinérgico (Esquema 4j). La relación entre estos dos caminos también se ha confirmado en otros estudios. Sus autores informan que el daf-7 regulaba la vida útil de los animales a través de la vía de señalización de insulina, y la vía neural del TGF estaba asociada con la ingesta de nutrientes y la longevidad. Además, daf-7 controla el metabolismo de C. elegans y el proceso de almacenamiento de grasa. Las mutaciones que alargaban la vida de C. elegans actuaban sobre el metabolismo lipídico de los gusanos al aumentar la cantidad de lípidos monoinsaturados y disminuir la cantidad de lípidos poliinsaturados.
Estos resultados son consistentes con los hallazgos de nuestro estudio. La sinergia farmacológica aumentó el nivel del principal factor de transcripción sbp-1, que afecta el metabolismo lipídico y la síntesis de lípidos monoinsaturados (Esquema 4c, f, esquema adicional 5). El análisis espectral de masas del lipidoma de nematodos, en el que se usaron varias combinaciones de fármacos con un efecto sinérgico, reveló cambios en el metabolismo de las grasas: activación del factor sbp-1, acumulación de triacilglicerol y un aumento en la proporción de lípidos mono y poliinsaturados en la dirección de un aumento en el primero (incluyendo en dos clases de lípidos: fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina). Finalmente, en la literatura científica se describe que el predominio de los lípidos monoinsaturados sobre los poliinsaturados se encuentra en el perfil lipídico de las membranas eritrocíticas de los niños cuyos padres sobrevivieron 90 años o más.
Existe un gran interés entre los científicos del mundo sobre la capacidad potencial de MET y, posiblemente, el compuesto RAP, para retrasar el desarrollo de trastornos relacionados con la edad y prevenir enfermedades humanas. Dada la mayor atención a este tema, queremos mencionar los experimentos en los que la efectividad de la combinación de preparaciones MET y RAP en C. elegans y ratones fue débil. Tales resultados han decepcionado a muchos científicos.
En nuestro trabajo, demostramos que la esperanza de vida estaba determinada por un complejo de vías de señalización y genes interactivos y moléculas bioquímicas. La influencia simultánea de ciertas vías de señalización en varios objetivos puede conducir a un efecto positivo notable y, a veces, a un resultado impredecible. En este estudio, basado en el principio de la evidencia, utilizamos medicamentos que actúan en vías de señalización clave.
De repente, descubrimos un efecto sinérgico, que era de naturaleza universal y evolutivamente conservador. Los resultados de nuestro trabajo confirman la validez del uso de medicamentos que disminuyen la actividad de muchas vías de señalización conservadoras a la vez para disminuir la tasa de envejecimiento biológico. Si los científicos logran transferir este principio de acción a las personas, esto aumentará significativamente la efectividad de la atención médica y el bienestar económico de la sociedad.
Traducción: Tatyana Gneteeva.