¿Qué es el envejecimiento?semcc.com/diplome/files/Estres oxidativo - Prof. Borrás... ·...

BASES BIOQUÍMICAS DEL ESTRÉS OXIDATIVO

TEORÍA MITOCONDRIAL Y ESTRÉS OXIDATIVO

ESTRÉS OXIDATIVO Y GLICACIÓN

CURSO DE POSTGRADOMEDICINA DEL ENVEJECIMIENTO FISIOLOGICO

Barcelona, 23 Noviembre 2012

Consuelo Borrás BlascoUniversidad de Valencia

¿Qué es el envejecimiento?

El envejecimiento es la acumulación

progresiva de cambios con el tiempo

que son responsables del aumento

de probabilidad de enfermedad y

muerte de los individuos de una

determinada especie

S. Dalí

Harman, D (1992)

In Free radicals and aging p.47

UNIVERSAL

INTRINSIC

PROGRESIVE

DELETERIOUS

AGEING

Características del envejecimiento

Vina et al (2007) IUBMB Life, according to Strehler, B. L. (1977)

The decay of aging

The contributions of the aging processto aging changes are small early in lifebut rapidly increase with age due to theexponential nature of the process(Harman 1991)

Aging causes a decay at thesubcellular, cellular, tissue and organiclevels

Decaying of physiologicalfunctions with age

10090807060504030200

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

GLYCEMIASPEED OF NERVE CONDUCTIONVITAL CAPACITYCREATININE CLEARANCE

AGE : YEARS

% O

F PE

RFO

RM

AN

CE

AT 1

5 YE

AR

S

Cancer risk increases with age

Survival curves in two populations:

10050000

20

40

60

80

100

Years

%SURVIVAL

A Good living conditions

B Bad living conditions

Thiol containing antioxidants increaseaverage life span in Drosophila

Viña et al (1992) EXS

GeneticMutation

CellularWaste

Accumulation

Wear andTear

ANTAGONISTIC PLEIOTROPY THEORY

WASTE ACCUMULATION THEORY

FREE RADICAL THEORY

INSULIN RESISTANCE

ADVANCED GLYCATION

TELOMERES AND HAYFLICK

THE ERROR CATASTROPHE THEORY

AUTOIMMUNITY

CIRCADIAN REGULATION

EVOLUTIONARY THEORY

Theories of aging. Classification

Vina et al (2007) IUBMB Life

Theories of aging

Denham Harman

The free radical theory of ageing

Construct long-lived and short-lived animals and then assay their antioxidant defense levels.

Construct animals with genetically altered levels of antioxidant defense enzymes and then test for lifespan.

Testing the oxidative damage theory

Overexpression of SOD / CAT increase life span of Drosophila melanogaster

But that of each one does not

Orr and Sohal (1994) Science


Age (days)

ControlControlTransgenic Transgenic Cat/SODCat/SOD

Females behave as double transgenicsoverexpression MnSOD and glutathione peroxidase


Borrás et al (2003) Free Rad Biol Med

BASES BIOQUÍMICAS DEL ESTRÉS OXIDATIVO

ESTRÉS OXIDATIVOESTRÉS OXIDATIVO

RADICALES LIBRESRADICALES LIBRESANTIOXIDANTESANTIOXIDANTES

SiesSies, H. 1986, H. 1986

Daño Oxidativo a BiomoléculasDaño Oxidativo a Biomoléculas

LÍPIDOSLÍPIDOS

GLÚCIDOSGLÚCIDOS

PROTEÍNASPROTEÍNAS

DNADNA

Situaciones patológicas asociadas a estrés oxidativo

Situaciones patológicas asociadas a estrés oxidativo

Distrés Respiratorio del Adulto

Enfermedad de ParkinsonEnfermedad de AlzheimerEsclerosis lateral amiotróficaDiabetesCáncer

Sobrecarga de hierroInfarto de miocardioAlcoholismoRadioterapiaTabaquismoTraumaAterosclerosisSIDA

Procesos fisiológicos asociados a estrés oxidativo

Procesos fisiológicos asociados a estrés oxidativo

ApoptosisTransducción de señalesDefensa Inmunitaria

EnvejecimientoEjercicio Físico

ConceptoConcepto Moléculas que tienen uno o más electrones desapareados en su capa más externa

FormaciFormacióónn

X-Y X· + Y·11

22

33

X X+·+ e-

X + e-

Radicales Libres Concepto y Formación

X-·

Rotura homolítica de un enlace covalente

Pérdida de un electrón por parte de una molécula

Transferencia de un electrón a una molécula

Radicales Libres Estabilidad de algunos radicales libres

RadicalRadical SustratoSustrato Vida media(a 37ºC)

Vida media(a 37ºC)

HO· LH 10-9 segundos

RO· LH 10-6 segundos

ROO· LH 7 segundos

L· O2 10-8 segundos

1O2 H2O 10-6 segundos

Q·- Días

Radicales Libres Concentraciones de ROS en

mitocondrias hepáticas y citosolRadicalRadicalRadical Concentración en estado estacionarioConcentraciConcentracióón en estado estacionarion en estado estacionario

Mitocondrias hepáticas

Mitocondrias Mitocondrias hephepááticasticas HígadoHHíígadogado

Superóxido (O2-•) 0.1 nM 0.02

Peróxido de hidrógeno (H2O2) 0.05 μM 0.1 μM

Radical hidroxilo (HO•) 0.06 aM 0.06 aM

Radical alquilo (R•) 6 aM 6 aM

Radical peroxilo (ROO•) 2 nM 2 nM

Oxígeno s inglete (1O2) 0.1 fM 0.1 fM

Principales especies reactivas

No radicalesRadicales

ROS

RNS

Superóxido (O2-•)

Hidroxilo (HO•)Peroxilo (ROO•)Alcoxilo (RO•)Hidroperoxilo (HO2•)

Peróxido de hidrógeno (H2O2.)Acido hipocloroso (HOCl)Ozono (O3)Oxígeno singlete (1O2)

Oxido nítrico (NO•).Dióxido de nitrógeno (NO2•)

Peroxinitrito (ONOO-)Acido nitroso (HNO2)Trióxido de dinitrógeno (N2O3)Tetróxido de dinitrógeno (N2O4)

Generación de los radicales libres derivados del oxígeno (ROS)

Daño celular

H2O2H2O2

HH22O + OO + O22

R ·R ·

RHRH

2GSH2GSHGPxGPx

GSSGGSSG

HH22OO

R. R. FentonFenton

FeFe+2+2SODSOD

CATCAT

O2-·O2-· OH·OH·

Especies activadas de oxígeno (ROS)Radical superóxido (O2-·)

No es una especie especialmente dañina per se (en medio acuoso).

In vitro altera la síntesis de ATP al atacar al complejo NADH deshidrogenasa de la cadena de transporte electrónico mitocondrial.

Es importante porque:

se transforma en H2O2 y puede dar lugar a OH•puede promover la reducción de metales de transición

puede reaccionar con el NO• y formar ONOO-

puede protonarse y formar el radical perhidroxilo (HO2•)Se ha estimado que un adulto de 70 kg de peso produce

diariamente 0,147 moles de superóxido.

Especies activadas de oxígeno (ROS)Radical superóxido (O2-•). Lugares de formación.

Detoxificación.

Lugares de formación Detoxificación

Dismutación químicaO2

-·+ O2-· H2O2

ONOO-

Dismutación enzimática (SOD)

O2-·+ NO·

Reacción con NO•

1,0x105 M-1s-1

O2-·+ O2

-· H2O2

2,1x109 M-1s-1

6,9x109 M-1s-1

Cadena de transporte electrónico mitocondrial

Sistemas de transporte electrónico del retículo endoplásmico (cit P450)

Acción de la xantina oxidasa

Fagocitos activados

Oxidación de moléculas por el oxígeno

Especies activadas de oxígeno (ROS)Peróxido de Hidrógeno (H2O2)

No es un radical libre, pero es un agente oxidante porque en presencia de O2•- y/o metales de transición da lugar al radical OH•

Es la forma menos reactiva de las ROS. Es estable en ausencia de moléculas que catalicen su descomposición

Atraviesa con facilidad las membranas y puede propagar el daño oxidativo.

A concentraciones superiores a 50 mM puede atacar ciertas dianas celulares:

In vitro oxida los grupos -SH de la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa

Especies activadas de oxígeno (ROS)Peróxido de hidrógeno (H2O2).

Producción. Detoxificación.

Producción Detoxificación

H2O2

2 H2O + O22 H2O2

Sistemas de transporte electrónico del retículo endoplásmico (cit P450)

Acción de la xantina oxidasa

Dismutación del O2•-

Acción de algunos enzimas

Reducción directa bivalente de una molécula de O2

2O2 + 2e- + 2H+

Se lleva a cabo por las catalasas. Enzimas que se encuentran presentes en los peroxisomas.

Especies activadas de oxígeno (ROS)Radical hidroxilo (HO•)

Especies activadas de oxígeno (ROS)Radical hidroxilo (HO•)

Es la especie activada de oxígeno más reactiva.

Tiene una vida media muy corta.

Reacciona con cualquier tipo de biomolécula que se encuentra muy cerca de su lugar de formación.

Especies activadas de oxígeno (ROS)Radical hidroxilo (HO•).

Producción. Defensa.

Especies activadas de oxígeno (ROS)Radical hidroxilo (HO•).

Producción. Defensa.Producción Detoxificación

HO• + H•H2O + hυ

2 HO•H2O2 + hυ

HO• + OH- + O2O2-• + H2O2

No existe ningún sistema de protección eficaz.

Las únicas defensas posibles son:

prevención de la formación

sistemas reparadores del daño ocasionado

Para que un molécula actuara como scavengereficaz se estima que debería estar en concentraciones muy elevadas en el organismo

Lisis del agua o del H2O2 por radiaciones ionizantes

Reducción del H2O2 por metales de tansición

Reacción de O2•- con H2O2 o HOCl

Descomposición del ONOO-

Producción de especies activadas de oxígeno en el organismo

Producción de especies activadas de oxígeno en el organismo

Fuentes Fuentes exexóógenasgenas Fuentes endFuentes endóógenasgenas

Radiaciones ionizantes

Xenobióticos

Hiperoxia


Reacción de Fenton-Haber-Weiss

Sistema hipoxantina-xantina oxidasa

Sistemas de transporte electrónico del retículo endoplásmico

Fagocitos activados

Microsomas y/o peroxisomas

Determinadas actividades enzimáticas

Oxidación de moléculas por el oxígeno

I

III

II

IV

O2. O2

-

O2. O2

-

Producción de especies activadas de oxígeno



Cadena de transporte electrónico mitocondrial (II)


Cadena de transporte electrónico mitocondrial (II)

Las formas reducidas de los complejos redox de la cadena de transporte electrónico mitocondrial pueden transferir directamente electrones al O2.

Sólo el citocromo a3 del complejo IV puede retener las formas parcialmente reducidas del O2, es decir, los complejos I y III son productores de radicales libres (O2

-•)

El complejo IV no forma O2-•, y, además, exhibe cierta

actividad SOD.

La producción mitocondrial de especies activadas de oxígeno aumenta en el estado 4 (elevado ATP/ADP), ya que aumenta la presión parcial de O2 y el grado de reducción de los complejos I, II y III.


Reacción de Fenton y Haber-Weiss (I)


Reacción de Fenton y Haber-Weiss (I)

El O2-• reduce monoeléctricamente al Fe+3, y el

Fe+2 producido reduce al H2O2 generando HO•

El hierro tiene un papel como catalizador.

El O2-• necesita que exista H2O2 para producir

HO•, mientras que el H2O2 no.

O2-• + Fe+3 O2 + Fe+2

H2O2 + Fe+2 HO- + HO• + Fe+3

H2O2 + O2-• HO- + HO• + O2


Reacción de Fenton y Haber-Weiss (II)


Reacción de Fenton y Haber-Weiss (II)

El Fe+3 puede ser reducido a Fe+2 por distintas moléculas, formándose un ciclo de regeneración de Fe+2 y por lo tanto generándose más HO•

La cantidad de hierro libre en el plasma humano es muy pequeña, casi todo él se encuentra unido a proteínas que lo transportan o lo almacenan, por lo que difícilmente puede participar en esta reacción.

Se ha postulado la existencia de un pool de hierro de bajo peso molecular (hierro unido a ADP, ATP, citrato...) que puede participar en las reacciones de Fenton y Haber-Weiss.

Fe+3 Fe+2

O2-• O2

AscH- Asc·-


Reacción de Fenton y Haber-Weiss (III)


Reacción de Fenton y Haber-Weiss (III)

M+n Fe (II)Cu (I)Ti (III)Co (II)Ni (II)

M+n+1

M+n H2O2

HO•

HO-e-

Los efectos dañinos provocados por niveles elevados de oxígeno asícomo de sus productos activados y de otras sustancias prooxidantes varían considerablemente según el organismo sobre el que actúen, la edad, el estado fisiológico y la dieta. Diferentes tejidos pueden afectarse de distinto modo.

B. Halliwell

Efectos de los radicales libres sobre el organismo




¿ Cuándo puede afirmarse que los radicales libres juegan un papel central en el desarrollo de una

patología?

Los ROS/RNS se forman en el lugar donde existe lesión.

Las aparición de estas especies reactivas encaja en el tiempo con la patología.

La eliminación o prevención de su formación conlleva efectos beneficiosos.

La aplicación directa de los ROS/RNS a las concentraciones encontradas in vivo reproduce la patología.

AntioxidantesMecanismo de actuación de un antioxidante

no enzimático

AntioxidantesMecanismo de actuación de un antioxidante

no enzimático

AH + R·RH + A·

FormaciFormacióón de un radical derivado del antioxidante n de un radical derivado del antioxidante capaz de estabilizar (deslocalizar) el electrcapaz de estabilizar (deslocalizar) el electróón n

desapareadodesapareado

Antioxidantes celularesAntioxidantes celulares

Enzimas antioxidantes :Enzimas antioxidantes :• Catalasa• Superóxido dismutasa• Glutatión peroxidasa

Sistemas no enzimáticos :Sistemas no enzimáticos :• Glutatión• Vitamina C (ácido ascórbico)• Vitamina E (α-tocoferol)• Acido úrico• Bilirrubina• Albúmina

Antioxidantes FisiológicosGlutatión.

Antioxidantes FisiológicosGlutatión.

l El glutation (γ-glutamil-cisteinil-glicina) es el tiol no proteico más abundante en las células.

l Entre otras muchas funciones biológicas puede actuar como antioxidante.

l La actividad antioxidante la debe a su grupo tiol de la cisteína.

l Puede actuar como scavengero participar en el llamado ciclo redox del glutatión.

O

N

N

O

NH3

O

H

SHO

H

OO

+

-

-

Glutatión. Estructura químicaGlutatión. Estructura química

γ-glutamil-cisteinil-glicina

γγ--glutamilglutamil--cisteinilcisteinil--glicina glicina

GSHGSHGSH

NSHSHSHOH

OO-

OO

NH3

O

+

NH–

–Grupo tiolGrupo Grupo tioltiol Responsable de la

actividad como antioxidante

celular

Responsable de la Responsable de la actividad como actividad como

antioxidante antioxidante celularcelular

Antioxidantes FisiológicosGlutation. Reacciones redox no enzimáticas.

Antioxidantes FisiológicosGlutation. Reacciones redox no enzimáticas.

Puede intervenir en tres tipos de reacciones Puede intervenir en tres tipos de reacciones redoxredox

Reacciones monoelectrónicasGSH + X· RH + GS·

RSSG + GS-RS-

+ GSSG

Intercambio tiol-disulfuro

Oxidaciones dielectrónicas

2 GS· GSSG

RSSG + I-RS-

+ GSI

Glutatión. Ciclo redoxGlutatión. Ciclo redox

GSH

GSSGROH

ROOH NADP+

NADPH

Glucosa-6-fosfato

6-fosfogluconato

Mantenimiento de los niveles de GSH:

• Glutatión reductasa

• Síntesis de novo

GlutationPeroxidasa

GlutationReductasa

Glucosa-6-fosfatodeshidrogenasa

Sistemas Antioxidantes EnzimáticosSuperóxido dismutasa.

Sistemas Antioxidantes EnzimáticosSuperóxido dismutasa.

Cataboliza la reacción de dismutación del superóxido

2 O2·- + 2 H + H2O2 + O2

Formas:

• SOD Cu y SOD Zn (formas isoméricas)Localización:

Intracelular en citosol (hígado, cerebro y testículos)

Extracelular en matriz extracelular• Superóxido dismutasa Mn

Localización en la matriz mitocondrial.

Glutatión peroxidasa Selenio dependienteCataboliza :

1) Reducción de peróxido de hidrógenoH2O2 + 2 GSH 2 H2O + GSSG

2) Reducción de peróxidos orgánicosROOH + 2GSH ROH + H2O + GSSG

Glutatión peroxidasa Selenio no dependienteCataboliza la reducción de peróxidos orgánicos

Ambos enzimas utilizan GSH como dador de equivalentes reductores. Existe mayor actividad en citosol, aunque también aparece en matriz mitocondrial.

Glutatión peroxidasa Selenio dependienteCataboliza :

1) Reducción de peróxido de hidrógenoH2O2 + 2 GSH 2 H2O + GSSG

2) Reducción de peróxidos orgánicosROOH + 2GSH ROH + H2O + GSSG

Glutatión peroxidasa Selenio no dependienteCataboliza la reducción de peróxidos orgánicos

Ambos enzimas utilizan GSH como dador de equivalentes reductores. Existe mayor actividad en citosol, aunque también aparece en matriz mitocondrial.

Sistemas Antioxidantes EnzimáticosGlutatión Peroxidasa

Sistemas Antioxidantes EnzimáticosGlutatión Peroxidasa

Sistemas Antioxidantes EnzimáticosCatalasas.

Sistemas Antioxidantes EnzimáticosCatalasas.

Catabolizan la descomposición del peróxido de hidrógeno:

2 H2O2 H2O + O2

LocalizaciLocalizacióónn:

• Intracelular, sólo en peroxisomas

• Existe gran actividad en hígado y cerebro.

Antioxidantes NaturalesVitamina C (ácido ascórbico)Antioxidantes Naturales

Vitamina C (ácido ascórbico)

OHHO

O OHOH

Antioxidantes NaturalesVitamina C (ácido ascórbico).Antioxidantes Naturales

Vitamina C (ácido ascórbico).

La vitamina C es un antioxidante de naturaleza hidrosoluble.

Acción antioxidante

O

OHOH

OOH

OH

O

OO

OOH

OH

O

OOH

OOH

OH

·ROOHROO··

Puede tener una acción prooxidante si hay en el medio elevados niveles de Fe+3, ya que reduciría a éste a Fe+2 y podrían originarse radicales HO•

Antioxidantes NaturalesVitamina C. Reacción con distintos radicales

Antioxidantes NaturalesVitamina C. Reacción con distintos radicales

R·R· RadicalRadical AH- + R·AH- + R· A·- + RHA·- + RHkobs (M-1s-1)

* Reacción de dismutación

HO·hidroxilo

1,1x1010

RO·alcoxilo

1,6x10 9

ROO·peroxilo

1,0x106

GS· tiílo 6,0x10 8

UH·- uratoílo 1,0x10 6

TO·- tocoferoxílico 2,0x10 5

A·- ascorbilo * 2,0x10 5

CPZ·- clorpromazina 1,4x10 9

O2·- superóxido 1,0x10 5

Antioxidantes NaturalesVitamina C . Regeneración del ascorbato.

Antioxidantes NaturalesVitamina C . Regeneración del ascorbato.

Dismutación no enzimáticaDismutaciDismutacióónn no no enzimenzimááticatica

Deshidrorreductasa o NADH-semideshidrorreductasa(glutarredoxina)DeshidrorreductasaDeshidrorreductasa o NADHo NADH--semideshidrorreductasasemideshidrorreductasa((glutarredoxinaglutarredoxina))

Asc·- + Asc·- AscH2 + AscH-

Asc·- + 2 GSH 2 AH- + GSSG

Antioxidantes NaturalesVitamina C.

Regeneración del ácido ascórbico. Papel de la

glutarredoxina.

Antioxidantes NaturalesVitamina C.

Regeneración del ácido ascórbico. Papel de la

glutarredoxina.

NADP+ NADPH

ROOH

ROOHROOH ROH

ROOROO··

GSHGSH GSSGGSSG

AcAc. asc. ascóórbicorbicoAcAc. . deshidroascdeshidroascóórbicorbico

Degradación

glutarredoxina

glutatiónperoxidasa

glutatión reductasa

Antioxidantes NaturalesVitamina E

Antioxidantes NaturalesVitamina E

l Es un conjunto de ocho sustancias liposolubles de los que α-tocoferol, β-tocoferol y α-tocotrienol son las más activas.

OCH

CHHO

H CRCH3

3

3

3

Antioxidantes NaturalesVitamina E (α-tocoferol)

Antioxidantes NaturalesVitamina E (α-tocoferol)

• Actividad antioxidante• Destinos del radical derivado de la acción

antioxidante

3

Propagation oflipid peroxidation

reacciones reacciones redoxredox

oxidacioxidacióónnQuinone

reduccireduccióónn

α-T-OHa

b

c

3O CH

R

CH3

CH3

OHCH3

O CHR

CH3

CH3

OCH3

ROO· ROOH

·

Antioxidantes NaturalesVitamina E (α -tocoferol)


O CH3

R

CH3

CH3

OHCH3

O CH3

R

CH3

CH3

OCH3·

A-·AH-

ROO·o

R·

ROOH

oRH

Recuperación por ascorbato

Reacción con RH, ROOHc

AntioxidanteAntioxidante

ProoxidanteProoxidante

a

El radical tocoferoxílicopuede propagar la peroxidación lipídica en las LDLBowry & Stocker, 1993J. Am. Chem. Soc. 115, 6029-6044



O CH3

R

CH3

CH3

OCH3·

O CH3

R

CH3

CH3

CH3O

OH

b

Oxidación a forma quinona

La forma La forma quinonaquinona no puede ser no puede ser transformada en vitamina E. Grandes transformada en vitamina E. Grandes cantidades de cantidades de ascorbatoascorbato a bajo a bajo pHpH ssíípueden transformar la forma pueden transformar la forma quinonaquinonaen vitamina Een vitamina E

Lieber et al., 1990J. Am. Chem. Soc. 112, 6995-6700

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (I)

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (I)

Los flavonoides son un tipo de productos fitoquímicos, con efectos potencialmente beneficiosos para la salud humana.

Los flavonoides son metabolitos secundarios de origen vegetal, una parte importante de la dieta humana y unos principios activos en algunas plantas medicinales.

Los flavonoides tienen muchas funciones diversas:AntioxidantesMutagénicos y con efectos biocidasAnticarcinogénicosPropiedades antifertilizantesEfectos beneficiosos en sistemas inflamatorios e

inmunomoduladoresInteracción con procesos de transducción de señales

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (II). Estructura básica de los

Flavonoides.

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (II). Estructura básica de los

Flavonoides.

O

O

4

5

6

7

81

3

2

3’

4’

5’

6’

2’

A

B

C

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (III). Diversidad estructural de los

Flavonoides.

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (III). Diversidad estructural de los

Flavonoides.

O

O

O

OOH

O

OOH

O

OH

·O

OH

O

O

Flavanona

Flavona

Dihidroflavonol Flavonol

Flavan-3-ol

Antocianidina

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (IV). Relación estructura-actividad

antioxidante.

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (IV). Relación estructura-actividad

antioxidante.

O

O

OHOH

OH

OH

OH

O

O

OHOH

OH

OH

OH

O

O

OHOH

OH

OH

OH

Presencia de la estructura o-dihidroxi en el anillo B; esto confiere una estabilidad mayor a la forma radical y participa en la deslocalización electrónica.

Una conjugación del 2,3-doble enlace con la función 4-oxo en el anillo C.

Los grupos 3-OH y 5-OH con la función 4-oxo en los anillos A y C para un potencial máximo como scavengers

Bors et al., 1990 Meth. Enzymol. 186, 343

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (V). Mecanismos antioxidantes.

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (V). Mecanismos antioxidantes.

Los flavonoides son buenos captadores de radicales libres siguiendo la reacción general

Los flavonoides forman complejos con iones hierro (catalizadores de la reacción de Fenton, que conduce a radicales hidroxilo), por esto son importantes antioxidantes

Fl(OH) + R· Fl(O·) + RHflavonoide flavonoide

radical (aroxilo)

Fl(OH) + Fe Fl(O·) Fe

1

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (VI). Actividad antioxidante y

prooxidante.

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (VI). Actividad antioxidante y

prooxidante.

Fl(OH) + R· Fl(O·) + RH

Fl(OH) + Fe Fl(O·) Fe

Efectos Antioxidantes

Efectos Prooxidantes

Radicalflavonoide

estable

Complejoflavonoide-Fe

inerte

Radical flavonoideRédox lábil

Complejoflavonoide-Fe

Rédox lábil

Los Los flavonoidesflavonoides no sonno son un grupo homogun grupo homogééneo de neo de compuestos y las mismas propiedades esenciales para su compuestos y las mismas propiedades esenciales para su actividad antioxidante pueden participar en reacciones actividad antioxidante pueden participar en reacciones

prooxidantesprooxidantes..

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (VII). Sinergismo entre flavonoides y

vitamina C.

Antioxidantes NaturalesFlavonoides (VII). Sinergismo entre flavonoides y

vitamina C.

Fl(O·) + AscH- Fl(OH) + Asc·-

Recuperación del radical aroxilopor vitamina C

Recuperación delradical de la

vitamina C por flavonoides

El “orden teórico” en una reacción biológica sería:El “orden teórico” en una reacción biológica sería:

R·

RH

Fl(OH)

Fl(O·)

Asc·-

AscH-

Asc·-

Asc

Sin embargo, sólo puede ser aplicado a un número limitado de flavonoides con potencial de reducción adecuado.

AntioxidantesElección de un antioxidante

AntioxidantesElección de un antioxidante

A la hora de evaluar o elegir un antioxidante A la hora de evaluar o elegir un antioxidante deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:deben tenerse en cuenta los siguientes aspectos:

Tipo de biomolécula que se pretende proteger.

Si el posible antioxidante puede estar en el organismo a una concentración que muestre eficacia.

Mecanismo antioxidante: saber si el posible antioxidante actúa previniendo la formación de especies reactivas, actúa como scavenger o repara los daños ocasionados.

El antioxidante no debe causar efectos desagradables en lugares distintos al que se desea proteger.

TIPOS DE ANTIOXIDANTESTIPOS DE ANTIOXIDANTESTIPOS DE ANTIOXIDANTES

1. INHIBEN QUIMICAMENTE LOS EFECTOS DE LOS OXIDANTES (p.e. Vitamina C)

2. INHIBEN LA FORMACION DE LOS RADICALES LIBRES(p.e. El alopurinol que inhibe la xantina oxidasa)

3. ESTIMULAN LA SINTESIS DE CATALIZADORES (ENZIMAS ANTIOXIDANTES) (p.e. Los estrogenos y fitoestrogenos que inducen la expresion de SOD y peroxidasa)

BIOMARCADORES DE ENVEJECIMIENTO

BIOMARCADORES DE ENVEJECIMIENTO

Cambiar progresivamente con la edad

Referirse a parámetros relevantes a la salud y longevidad

Ser poco invasivos

Ser –relativamente- fáciles de determinar

Ser reproducibles

BIOMARCADORES DE ESTRÉS OXIDATIVO

BIOMARCADORES DE ESTRÉS OXIDATIVO

Deben tener las Deben tener las siguentessiguentes caracteristicascaracteristicas

Cambiar cuando hay cambios en el estatus redox

Mostrar daño a varios tipos de moleculas(proteínas, lípidos, DNA, péptidos etc)

Ser poco invasivos

Ser –relativamente- fáciles de determinar

Ser reproducibles

Weindruch R (1997) New England Journal of Medicine

TEORÍA MITOCONDRIAL DEL ESTRÉS OXIDATIVO EN EL ENVEJECIMIENTO

Teoría mitocondrialdel envejecimiento

Miquel, J., Economos, A.C., Fleming, J.Johnson Jr., J.E. (1980) Exp. Gerontol. 15, 575-591

ES UN DESARROLLO DE LA TEORÍA DE LOS RADICALES

EN EL ENVEJECIMIENTO, EN LA CUAL, EL DR. MIQUEL DA

UNA IMPORTANCIA ESPECIAL A LA MITOCONDRIA COMO

FUENTE GENERADORA DE RADICALES LIBRES

Mitocondria

Mitochondria andFree radical theory of aging

Mitochondria: structure Mitochondria under the microscope

Damage to mitochondrial genome!Impaired mitochondrial gene

expression.Inability of mitochondria to replicate,

divide, further reducing energy production, etc.Damaged mitochondria replicate

faster than intact mitochondria.

Focus on mitochondria

I

III

II

IV


O2. O2

-

O2. O2

-

NADH FMN [Fe-S]6 UQ bT bK c1 a3a

FAD

[Fe-S]3

Succinato

c

O2 O2· -

O2

H2O

O2 O2· -

El 2% del OEl 2% del O22 consumido por la mitocondria se transforma enconsumido por la mitocondria se transforma en OO22·· --

La producciLa produccióón de On de O22·· -- aumenta cuando el aporte de sustrato excedeaumenta cuando el aporte de sustrato excedela demanda energla demanda energééticatica

Complejo IIComplejo II

Complejo VIComplejo VI

Complejo IComplejo I Complejo IIIComplejo III


• Harman, D.,(1956),Aging: a Theory based on

free radical and radiation chemistry,J.

Gerontol., 11,298- 300

• Harman, D.,(1991),The Aging Process -

Major Risk Factor for Disease and

Death,Proceedings of the National Academy

of Sciences of the United States of

America,88, 5360- 5363

• Miquel, J.; Economos, A. C.; Fleming, J.; Johnson Jr., J. E. (1980) Mitochondrial role in cell aging.. Exp. Gerontol., 15, 575-591

• Ames, B.N., Shigenaga, M., Hagen, T.M.,(1993),Oxidants, antioxidants and thedegenerative diseases of aging, PNAS,90,7915- 7922

• Beckman, K.B., Ames, B.,(1997), Oxidative decay of DNA,J. Biol. Chem. 272,19633- 19636

• AGE associated accumulation ofMITOCHONDRIAL DEFICITS due toOXIDATIVE DAMAGE (Shigenaga et al, 1994; Sastre et al., 1998).

• OXIDATIVE lesions to MITOCHONDRIAL DNA accumulate with AGE (Hayakawaet al., 1991; Mecocci et al., 1993; Ames et al., 1993; García de la Asunción et al., 1996; Sastre et al., 1998).

0

2

4

6

8

10

12

14

Machos Hembras

nm

ol G

SH /

mg

pro

t

*

0

2

4

6

8

10

12

14

Machos Hembras

nm

ol G

SH /

mg

pro

t

*

MITOCONDRIAS HEPÁTICASMITOCONDRIAS HEPMITOCONDRIAS HEPÁÁTICASTICAS TEJIDO HEPÁTICOTEJIDO HEPTEJIDO HEPÁÁTICOTICO

0123456789

10

MACHOS HEMBRAS

nmol

GSH

/mg

prot

0123456789

10

MACHOS HEMBRAS

nmol

GSH

/mg

prot

Efecto del GEfecto del Géénero en los Niveles de nero en los Niveles de GlutatiGlutatióónn Reducido (GSH)Reducido (GSH)

EXISTE UNA RELACIÓN INVERSA ENTRE EL

DAÑO OXIDATIVO A DNA MITOCONDRIAL Y LA

LONGEVIDAD

Oxidative damage to DNA correlates with MLSP

LA TASA DE PRODUCCIÓN MITOCONDRIAL DE

RADICALES ES INVERSAMENTE

PROPORCIONAL A LA LONGEVIDAD

EL DNA MITOCONDRIAL ACUMULA 10 VECES

MÁS DE DAÑO OXIDATIVO QUE EL

NUCLEAR

Effect of age and treatment with EGb761 on oxidative damage to

mitochondrial DNA

Brain Liver0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

Brain Liver

YoungOldOld-treated

**p<0.01

**

**

Sastre et al. FRBM, 1998

Relationship between DNA andglutathione oxidation

• Garcia et al FASEB J 10, 336 (1996)

• ••••••

• • •• •

••• ••

3

2

1

0oxo

8 dG

(pm

ol/ µ

g)

400GSSG / GSH

(r=0.95)

• 18 mo old + antiox.

• 6 mo. old mice

• 18 mo old mice

• 24 mo old mice

Effect of age and treatment with EGb761 on glutathione oxidation in liver

mitochondria.

0

5

10

15

20

25

30

YoungOldOld-treated**

**p<0.01

Sastre et al. FRBM, 1998

Peroxide production in brainmitochondria in state 4 using

succinate as substrate.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

YoungOldOld-treated

Pero

xide

prod

uctio

n (n

mol

/min

.mg

prot

) *

* p<0.05

Estrés oxidativo y glicaciónEstrés oxidativo y glicación

Glicosilación/glicación• Glicosilación es el proceso enzimático

fisiológico por el cual se adiciona un carbohidrato a otra molécula (proteínas, lípidos)

• Glicosilación no-enzimática o glicación La glicación implica una reacción patológica en la cual los azúcares (glucosa en general, pero no exclusivamente) reaccionan no enzimáticamente con las proteínas (y en menor grado lípidos y DNA)

Reacción de glicación

AGEs y patología

AGEs y patología

Receptores AGEs

AGEsEstas sustancias se originan en ambientes hiperglicémicos y con alto estrés oxidativo (siendo a suvez pro-oxidantes)Además pueden ser ingeridosdirectamente a través de la dieta(reacción de Maillard).

Los AGEs se acumulan con la edady en enfermedades asociadas al envejecimiento.

Causan inflamación, pérdida de flexibilidad, y dañan la funcióncelular.

AGEs

Enfermedades asociadas a glicación

• Diabetes mellitus• Hiperglucemia• Activación de protein kinasa C• Disfunción renal• Disfunción del colágeno• Arteriosclerosis

Glicación y piel

• Disminuye la tasa de proliferaciónepidérmica.

• Aumenta el número de receptores AGE.• Aumentan el riesgo de daño al DNA. • Microcirculación alterada.

Marcadores de AGEs• El más utilizado es la pentosidina. Es una

sustancia fluorescente que está presenteen la mayoría de los tejidos y aumentaproporcinalmente con la edad.

Alimentación y AGEs

• Los alimentos ricos en grasas y proteínas (queso, carne) proporcionanmás AGEs.

• En general, la cocción de los alimentosa elevada temperatura (más de 60ºC) aumenta los niveles de AGEs.

• Cocinar al vapor o cocer lentamente losalimentos genera menos AGEs quefreir, asar o hervir.

Oxidative stress in aging: intervention

Antioxidant vitamins

Phytoestrogens

Exercise training

Caloric restriction

Genetic modifications

Supplementation with antioxidantvitamins: The debate

LINUS PAULING ADVOCATED FOR THE USE OF MEGADOSE

OF VITAMIN C FOR “LIVING LONGER BETTER”

BUT…THERE IS A DEBATE.

SOME AGAINST, AND SOME IN FAVOR!

Evidence against the use ofantioxidant vitamins

Thiol containing antioxidants increaseaverage life span in Drosophila

Viña et al (1992) EXS

Navarro A et al (2005) Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol

Administration of vitamin E increases life span in mice



Phytoestrogens

Exercise training

Caloric restriction


Regular exercise (which is anantioxidant) increases life span in mice

Navarro A et al (2004) Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol



Phytoestrogens

Exercise training

Caloric restriction


Caloric restriction increases lifespan in mice

Weindruch and Sohal (1997) N Engl J Med



Phytoestrogens

Exercise training

Caloric restriction


Age (days)

Transgenic Cat/SOD

Antioxidant enzyme over-expressionIncreases life span in mice

Orr and Sohal (1994) Science

0

25

50

75

100

surv

ival

(%)

time (months)

WTSuper/Super

0 5 10 15 20 25 30 35 40

spontaneoussurvival curve

Logrank test= 0.01 (*)

0

25

50

75

100

0

25

50

75

100

surv

ival

(%)

time (months)

WTSuper/SuperWTSuper/Super

0 5 10 15 20 25 30 35 400 5 10 15 20 25 30 35 40



Delayed aging in s-Arf/p53 mice

WTSuper/Super

surv

ival

(%)

time (months)

0

25

50

75

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40

survival curvewithout tumors



surv

ival

(%)

time (months)

0

25

50

75

100

0

25

50

75

100

0 5 10 15 20 25 30 35 400 5 10 15 20 25 30 35 40



Cancer and aging: convergent and divergent mechanisms

Mechanisms whichprotect cells fromdamage provideprotection againstcancer and aging

Mechanisms thatlimit indefiniteproliferation providecancer protectionbut favour aging

p53p53

p53 is expressed ubiquitouslyin all cell types as an inactive, latent, transcription factor thatbecomes active only when thecells are subjected to a varietyof cellular insults.

p53 transcription factor

p53 transcription factor

The function of p53 is to prevent cellularproliferation in the face of cellular damage

p53 function

Nature Genetics 39, 11 - 12 (2007)

Animal models overexpressing p53



Role of p53 in cancer and longevity

Science. 2006 Aug 18;313(5789):971-5




ArfArf

INK4a/ArfModified from Molecular Cancer 2003

INK4a/Arf

p16INK4a p19Arf/p14Arf

Cyclin D1/CDK 4

RB

Mdm2/HDM2

p53

Ink4a/Arf

Arf/p53 pathway

Arffunction isto stabilize

p53

Su/Su Su/SuWTWT

3 2 3 4

females males

The super-super Arf/p53 mice

Arf and p53 cooperate in conferringcancer resistance

0

25

50

75

100

surv

ival

(%)

time (months)

WTSuper/Super

0 5 10 15 20 25 30 35 40



0

25

50

75

100

0

25

50

75

100

surv

ival

(%)

time (months)


0 5 10 15 20 25 30 35 400 5 10 15 20 25 30 35 40




Improved physiologicalperformance in s-Arf/p53 mice

Su/Su Su/SuWTWT

3 2 3 4

females males

0

25

50

75

100

surv

ival

(%)

time (months)

WTSuper/Super

0 5 10 15 20 25 30 35 40



0

25

50

75

100

0

25

50

75

100

surv

ival

(%)

time (months)


0 5 10 15 20 25 30 35 400 5 10 15 20 25 30 35 40




WTSuper/Super

surv

ival

(%)

time (months)

0

25

50

75

100

0 5 10 15 20 25 30 35 40




surv

ival

(%)

time (months)

0

25

50

75

100

0

25

50

75

100

0 5 10 15 20 25 30 35 400 5 10 15 20 25 30 35 40



Possible mechanisms involved




ROSROS

Oxidative damage theoryProposed by Denham Harman, 1956.Harman D (1956) J. Gerontology

The free radical theory of aging

Denham Harman

Antioxidant role of p53

Lower radiation-induced DNA damage in s-Arf/p53 mice

Lower radiation-induced DNA damage in s-Arf/p53 mice

Lower peroxide levels in olds-Arf/p53 mice

Lower lipid peroxidation in olds-Arf/p53 mice

Lower oxidized protein levels in old s-Arf/p53 mice

Increased antioxidant enzymeexpression in s-Arf/p53 mice

Higher glutathione levels in s-Arf/p53 mice

s-Arf/p53 mice are resistant tooxidative stress-induced death

s-Arf/p53: CONCLUSSIONS

A combined increase in Arf and p53 (normally regulated) results in anti-aging effectThis effect is even more pronouncedwhen removing cancer mortalityThe spectra of genes activated by p53 under normal physiological conditionshave a global antioxidant effect, thusdecreasing aging-associated oxidativestress

Cell

COLABORACIÓN

Dr. Manuel SerranoSupresión Tumoral

Dra. María A. BlascoTelómeros y Telomerasa

¿POR QUÉ LAS MUJERES VIVEN MÁS QUE LOS HOMBRES?

Dra. Consuelo Borrás BlascoDr. Jose Viña Ribes

Universidad de Valencia

DIPLOMATURA DE POSTGRADOMEDICINA DEL ENVEJECIMIENTO

7ª Edición – Noviembre 2007 a Junio 2008

Esperanza de Vida en España en el período entre 1900-2020

Esperanza de VidaEsperanza de Vida en Espaen Españña a en el peren el perííodo entre 1900odo entre 1900--20202020

FernFernáández Ballesteros et al. , ndez Ballesteros et al. , AgingAging in in EuropeEurope, 1999 , 1999

AÑO HOMBRES MUJERES %

1900 33.8 35.1 3.8

1960 67.4 72.2 7.1

1980 72.5 78.6 8.4

1992 73.7 81.0 9.9

2020 77.7 83.8 7.9

AAÑÑOO HOMBRESHOMBRES MUJERESMUJERES %%

19001900 33.833.8 35.135.1 3.83.8

19601960 67.467.4 72.272.2 7.17.1

19801980 72.572.5 78.678.6 8.48.4

19921992 73.773.7 81.081.0 9.99.9

20202020 77.777.7 83.883.8 7.97.9

Curva de Supervivencia Curva de Supervivencia de Ratas de Ratas WistarWistarMachos y HembrasMachos y Hembras

00

2020

4040

6060

8080

100100

120120

11 33 55 77 99 1111 1313 1515 1717 1919 2121 2323 2525 2727 2929 3131 3333 3535 3737

Edad (Meses)Edad (Meses)

% S

up

ervi

ven

cia

% S

up

ervi

ven

cia

% de machos% de machos

% de hembras% de hembras

Estudios in vivoEstudios Estudios in vivoin vivo

MachosMachos HembrasHembras

Estado de las Estado de las mtmt ((CitometrCitometrííaa de flujo, Oximetrde flujo, Oximetríía)a)

ProducciProduccióón de Hn de H22OO22 ((FluorimetrFluorimetrííaa, , BarjaBarja y y colscols.).)

DaDañño o oxidativooxidativo al DNA al DNA mtmt (HPLC, (HPLC, ShigenagaShigenaga y y colscols.).)

Niveles de GSHNiveles de GSH (Espectrofotometr(Espectrofotometríía, a, BrigeliusBrigelius y y colscols.).)

Enzimas antioxidantesEnzimas antioxidantes ((GpxGpx, , MnMn--SOD)SOD)

Niveles de HNiveles de H22OO22((FluorimetrFluorimetrííaa, , BarjaBarja y y colscols.).)

ConcentraciConcentracióónnEstradiolEstradiol

ReceptoresReceptoresEstradiolEstradiol

TamoxifenoTamoxifenoGenisteGenisteíínana

Cultivo de cCultivo de céélulas MCFlulas MCF--77

Actividad Actividad enzimenzimááticatica(Espectrofotometr(Espectrofotometríía, a, FloheFlohe y y colscols.).)

ExpresiExpresióón 16S n 16S rRNArRNA

Ratas Ratas WistarWistar de 4de 4--6 meses6 meses

ExpresiExpresióón gn géénicanica(RT(RT--PCR PCR semisemi y y

cuantitativa.)cuantitativa.)

Estudios Estudios in in vitrovitro

TiempoTiempoEstradiolEstradiol

Actividad Actividad telomerasatelomerasa (PCR(PCR--ELISA)ELISA)

WesternWesternEstradiolEstradiol

Efecto del GEfecto del Géénero en la Produccinero en la Produccióón n MitocondrialMitocondrial de de PerPeróóxido de Hidrxido de Hidróógenogeno (I). (I).

MITOCONDRIAS HEPÁTICASMITOCONDRIAS HEPMITOCONDRIAS HEPÁÁTICASTICAS

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

Machos Hembras

nmol

H2O

2/m

g pr

ot.m

in

*

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

Machos Hembras

nmol

H2O

2/m

g pr

ot.m

in

*

PiruvatoPiruvato--MalatoMalato

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

Machos Hembras

nm

ol H

2O2/

mg

pro

t.m

in **

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0.12

0.14

Machos Hembras

nm

ol H

2O2/

mg

pro

t.m

in **

SuccinatoSuccinato

Efecto del GEfecto del Géénero en la Produccinero en la Produccióón n MitocondrialMitocondrial de de PerPeróóxido de Hidrxido de Hidróógenogeno (II). (II).

MITOCONDRIAS CEREBRALESMITOCONDRIAS CEREBRALESMITOCONDRIAS CEREBRALES

0.00

0.10

0.20

0.30

0.40

Sinápticas No Sinápticas

nm

olH

2O2/

mg

pro

t.m

in Machos

Hembras*

*

0

2

4

6

8

10

12

14

Machos Hembras

nm

ol G

SH /

mg

pro

t

*

0

2

4

6

8

10

12

14

Machos Hembras

nm

ol G

SH /

mg

pro

t

*

Efecto del GEfecto del Géénero en los Niveles de nero en los Niveles de GluGlutatitatióónn ReducidoReducido (GSH)(GSH)

MITOCONDRIAS HEPÁTICASMITOCONDRIAS HEPMITOCONDRIAS HEPÁÁTICASTICAS TEJIDO HEPÁTICOTEJIDO HEPTEJIDO HEPÁÁTICOTICO

0123456789

10

MACHOS HEMBRAS

nmol

GSH

/mg

prot

0123456789

10

MACHOS HEMBRAS

nmol

GSH

/mg

prot

0

20

40

60

80

Machos Hembras

**

8-ox

odeo

xygu

anos

ina/

105dG

Efecto del GEfecto del Géénero en el nero en el DaDañño o OxidativoOxidativo alal DNA DNA MitocondrialMitocondrial

TEJIDO HEPÁTICOTEJIDO HEPTEJIDO HEPÁÁTICOTICO

26 S rRNA (ref ) (252 bp )

GPx (395 bp )

Macho Hembra

26 S rRNA (ref ) (252 bp )

GPx (395 bp )

Macho Hembra

Efecto del GEfecto del Géénero en la nero en la ExpresiExpresióónn yy ActividadActividadde la Enzima de la Enzima GlutatiGlutatióónn PeroxidasaPeroxidasa


0

0.2

0.4

0.6

0.8

UI/

mg

prot

Macho

Hembra

**

0

0.2

0.4

0.6

0.8

UI/

mg

prot

Macho

Hembra

**

ActividadActividad

0

2

4

6

8

Macho Hembra

Inte

nsi

dad

Rel

ativ

a

**

DensitometrDensitometrííaa

Efecto del GEfecto del Géénero en la nero en la ExpresiExpresióón n yy Actividad Actividad de la Enzima de la Enzima MnMn--SuperSuperóóxidoxido DismutasaDismutasa


26 S rRNA (ref) (252 bp)

Mn-SOD (378 bp)

MachoHembra

02468

10

Macho

*

Hembra

Inte

nsi

dad

Rel

ativ

a DensitometrDensitometrííaa Macho

Hembra

0

20

40

60

80

100

UI/

mg

prot

**

ActividadActividad

Efecto del GEfecto del Géénero en la nero en la ExpresiExpresióónn deldel16S 16S rRNArRNA MitocondrialMitocondrial


DensitometrDensitometríía a

0

2

4

6

8

Macho

**

Hembra

Inte

nsi

dad

Rel

ativ

a

Macho Hembra

16S rRNA (380bp)

26S rRNA ref(252bp)

Efecto del GEfecto del Géénero en la nero en la ActividadActividad EnzimEnzimááticatica de la de la TelomerasaTelomerasa

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

MACHOS HEMBRAS

RTA

*

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

MACHOS HEMBRAS

RTA

*


Poseen una menor tasa de producción de

H2O2

Contienen niveles superiores de GSH

Su DNAmt sufre un menor daño oxidativo

La expresión y la actividad enzimática de las

enzimas antioxidantes Mn-SOD y GPx es

superior

La expresión del marcador de envejecimiento

16S rRNA es superior

La actividad telomerasa es mayor

Poseen una menorPoseen una menor tasa de produccitasa de produccióón de n de

HH22OO22

Contienen niveles superiores deContienen niveles superiores de GSHGSH

SuSu DNAmtDNAmt sufre un menor dasufre un menor dañño o oxidativooxidativo

La expresiLa expresióón y la actividad n y la actividad enzimenzimááticatica de las de las

enzimas antioxidantesenzimas antioxidantes MnMn--SOD SOD yy GPxGPx es es

superiorsuperior

La expresiLa expresióón del marcador de envejecimiento n del marcador de envejecimiento

16S 16S rRNArRNA es superiores superior

La actividad La actividad telomerasatelomerasa es mayor es mayor

Las

Mitocondrias

de las Ratas

Hembra

Las Las

Mitocondrias Mitocondrias

de las Ratasde las Ratas

HembraHembra++

En ComparaciEn Comparacióón Con n Con

las Mitocondrias de las Mitocondrias de

Ratas Ratas MachoMacho

EL ESTRÉS OXIDATIVO ESTÁ IMPLICADO EN LAS

DIFERENCIAS DE LONGEVIDAD ENTRE GÉNEROS

EL ESTREL ESTRÉÉS OXIDATIVO ESTS OXIDATIVO ESTÁÁ IMPLICADO EN LAS IMPLICADO EN LAS

DIFERENCIAS DE LONGEVIDAD ENTRE GDIFERENCIAS DE LONGEVIDAD ENTRE GÉÉNEROSNEROS

Free Rad Biol Med, 2003

Las ratas ovariectomizadas poseen un estrés oxidativo comparable

al de los machos

La reposición con estrógenos en ratas ovariectomizadas devuelve

la protección contra el estrés oxidativo observado en las

hembras control

CELL MEMBRANECELL MEMBRANE

ESTRADIOLESTRADIOL

ESTROGEN ESTROGEN RECEPTORRECEPTOR

NUCLEUSNUCLEUS

PP MEKMEK

PP ERKERK

UO126UO126

PP IKIKββ

PDTCPDTC

NFKNFKββpp50 50 pp6565

GPxGPxMnSODMnSOD

MITOCHONDRIAMITOCHONDRIA

LOWER OXIDATIVE STRESS

GPxGPxMnSODMnSOD

PP

Borrás C, et al Aging Cell, 2005 ; Viña J, et al FEBS Letters 2005

PERO ….. SON LOS ESTRÓGENOS BENEFICIOSOS EN CUALQUIER SITUACIÓN???

NO!!!TUMORES FEMINIZANTES

Son los fitoestrógenos de la sojacapaces de reproducir el efecto

antioxidante del estradiol?

FitoestrógenoFitoestrógeno

OHOHOH

OHOHOH OOO

OOOOHOHOH

17ß17ß --estradiolestradiolOHOHOH

OHOHOH

Estudios in vitroEstudios in vitro

Niveles HNiveles H22OO22

ReceptoresGenisteínaTamoxifeno

Concentración

MAPK y NFKBseñalización

Cultivo cCultivo céélulas MCFlulas MCF--7 7

Dieta CON sojaDieta CON sojaDieta SIN sojaDieta SIN soja

Peroxidación lipídica (MDA)

Niveles antioxidantes

Presiónarterial

Relajación vascular

Ratas Ratas WistarWistar (12 y 16 meses)(12 y 16 meses)

Estudios in vivoEstudios Estudios in vivoin vivo

++

Estudios in vivoEstudios Estudios in vivoin vivoBorrás et al FASEB J, 2005

Niveles de MDA en Niveles de MDA en mitocondrias hepmitocondrias hepááticasticas

0

1

2

3

4

SOJA SIN SOJA

nmol

MDA

/ mg

prot

*Ratas Ratas WistarWistar de 12 mesesde 12 meses

Niveles de GSH en Niveles de GSH en mitocondrias hepmitocondrias hepááticasticas

Ratas Ratas WistarWistar de 12 mesesde 12 meses

02468

101214

SOJA SIN SOJA

nmol

GSH

/ mg

prot

*

02468

101214

SOJA SIN SOJA

nmol

GSH

/ mg

prot

*

Niveles de GSH en Niveles de GSH en mitocondrias hepmitocondrias hepááticasticas

Ratas Ratas WistarWistar de 16 mesesde 16 meses

ExpresiExpresióón de la n de la MnMn--SOD SOD en hen híígado gado

Ratas Ratas WistarWistar de 16 de 16 mesesmeses

0

5

10

15

SOJA SIN SOJA

Inte

nsid

ad re

lativ

a

*


26S 26S rRNArRNA(ref.)(ref.)

MnMn--SODSODSojaSoja

Sin Soja

Sin Soja

26S 26S rRNArRNA(ref.)(ref.)

CytCyt c c OxidOxidSojaSoja

Sin so

ja

Sin so

ja


0

5

10

15

SOJA SIN SOJA

Rel

ativ

eIn

tens

ity *

ExpresiExpresióón de la n de la citocromocitocromo c c oxidasaoxidasa en hen híígado gado

Ratas Ratas WistarWistar de 16 de 16 mesesmeses

ExpresiExpresióón en hn en híígadogado

0

1

2

3

4

5

Mn-SOD GCSc Cit c ox eNOS

Fold

Cha

nge

Sin SOJASOJA 6 meses

SOJA

p<0.002

p<0.0012p<0.0011

p<0.011p<0.013

p<0.015

ExpresiExpresióón en aortan en aorta

0

1

2

3

4

Mn-SOD GCSc Cit c ox eNOS

Fold

Cha

nge

Sin SOJASOJA 2 meses

SOJA

p<0.002p<0.0012

p<0.0011

Arteria aorta Arterias intrapulmonares

Reactividad vascularReactividad vascular

SIN SOJA

SOJA

SOJA 6 MESES

SIN SOJA

SOJA

SOJA 6 MESES

L-NAME

SIN SOJA

SOJA

SOJA 6 MESES

SIN SOJA

SOJA

SOJA 6 MESES

L-NAME

PresiPresióón arterialn arterial

SOJA

SOJA 6 MESES

SIN SOJA

PresiPresióón arterialn arterial

SOJA

SOJA 6 MESES

SIN SOJA

Estudios in vitroBorrás et al FASEB J, 2006

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

Control gen 0.5nM

gen 5 nM gen 50nM

gen 0.5uM

gen 5 uM gen 15uM

nmol

H2O

2/m

gpr

ot

**

**

*

Efecto de la Efecto de la genistegenisteíínana en los en los Niveles de Niveles de PerPeróóxido de Hidrxido de Hidróógenogeno en en

CCéélulas MCFlulas MCF--7 Incubadas Durante 7 Incubadas Durante 48 Horas48 Horas

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

0

nmol

H 2O

2/m

g pr

ot.m

in

##

**

Control

Tamoxif

en

Genist

ein

Gen +

Tam

El efecto de la El efecto de la genistegenisteíínana sobre los niveles sobre los niveles de perde peróóxidos estxidos estáá mediado por receptores mediado por receptores

330034003500360037003800390040004100

CONTROL GENISTEIN GEN + UO126 UO126

Arb

itrar

yU

nits

*

** **

α-tubulin

P-ERK1/2

CONT

ROL

GENIS

TEIN

GEN +

UO12

6UO

126

La La genistegenisteíínana activa la activa la fosforilacifosforilacióón de MAPKn de MAPK

250

270

290

310

330

350

Control Genistein Gen + UO126 UO126

*

**

Arb

itrar

yU

nits

La La genistegenisteíínana activa la activa la translocacitranslocacióónn de de NFNFκκBB al nal núúcleocleo

0

1

2

3

4

5

Control Genistein Genistein + UO126 UO126

Fold

Cha

nge

p<0.01

La La genistegenisteíínana induce la induce la expresiexpresióón de n de MnMn--SODSOD

0.0

0.7

1.4

2.1

2.8

Control Genistein Genistein + UO126 UO126

*

nmol

H2O

2/m

gpr

ot

El El efectoefecto antioxidanteantioxidante de la de la genistegenisteíínana estestáámediadomediado porpor MAPKMAPK

MAPK

MEKP

PIκB

PP

NFκBP50 P65

MnSOD

Genistein

Estrogenreceptor

Nucleus

Mitochondria

Lower oxidativestress

MnSOD

STOP PDTC

STOP UO126

Borrás et al FASEB J, 2006 (en prensa)

0 200 400 600 800

RussiaLithuaniaHungary

Czech RepIreland

RomaniaUKU.S

DenmarkSwedenAustria

GermanyAustralia

CanadaNetherlandsLuxembour

GreeceItaly

SpainFranceJapan

Death RatesPer 100,000Men Aged 34-74 by SelectedCountries,1996

Reino Unido y Estados Unidos

0 200 400 600 800

RussiaLithuaniaHungary

Czech RepIreland

RomaniaUKU.S

DenmarkSwedenAustria

GermanyAustralia

CanadaNetherlandsLuxembour

GreeceItaly

SpainFranceJapan

Death RatesPer 100,000Men Aged 34-74 by SelectedCountries,1996

Reino Unido y Estados Unidos

JapónFranciaEspaña

ItaliaGrecia

LuxemburgoPaíses Bajos

CanadáAustraliaAlemania

AustriaSuiza

DinamarcaEstados Unidos

Reino UnidoRumania

IrlandaRepública Checa

HungríaLituania

Rusia

Media de muertes por 100,000 hombres entre 34-74 años por países seleccionados, 1996

Tasas de mortalidad por enfermedad coronaria en el mundo

Tasas de mortalidad por enfermedad coronaria en el mundo

Rie

sgo

rela

tivo

de m

orta

lidad

Copas por semana5 10 15 20 25

3

2.5

2

1.5

1

El consumo moderado de vino reduce el riesgo de mortalidadEl consumo moderado de vino reduce el riesgo de mortalidad

O

O

4

5

6

7

81

3

2

3’

4’

5’

6’

2’

A

B

C

O

O

4

5

6

7

81

3

2

3’

4’

5’

6’

2’

A

B

C

0102030405060708090

100110

0 10 20 30 40 50 60 70 80días

% s

uper

vive

ncia

19%

-control

-vino

-Vino sin alcoholp<0,00001

p=0,012

p vscontrol

0102030405060708090

100110

0 10 20 30 40 50 60 70 80días

% s

uper

vive

ncia

19%

-control

-vino

-Vino sin alcoholp<0,00001

p=0,012

p vscontrol

0102030405060708090

100110

0 10 20 30 40 50 60 70 80días

% s

uper

vive

ncia

19%

- Control

- Vino tinto

- Vino tinto sin alcohol

p<0,00001

p=0,012

p vs control

El vino tinto alarga la vidaa moscas Drosophila melanogaster

El vino tinto alarga la vidaa moscas Drosophila melanogaster

INTRODUCCIÓN

Gambini J, Borrás C, * Francés E, * Garcia M, López‐Grueso R, Mohamed‐Abdelaziz K, El Alami M, Bonet‐Costa V, Viña J

DPT FISIOLOGÍA, FAC. MEDICINA UNIV. DE VALENCIA, *ESCUELA DE ENFERMERIA, UNIV. CATÓLICA DE VALENCIA, SPAIN

Qué el vino tinto es beneficioso, se sabe. Los estudios de moléculas procedentes del vino tintomuestran capacidades beneficiosas sobre la salud, por ejemplo sobre el sistema cardiovascular, elcáncer o sistema inmune.

OBJETIVOSDeterminar si el consumomoderado de vino tinto afecta a la expresión de genes de longevidad

MATERIAL Y METODOSPara llevar a cabo el estudio se contó con 4 mujeres de diferentes edades (35, 37, 60 y 65 años) pertenecientesa una comunidad religiosa de monjas de clausura que no consumen vino tinto de forma regular y que llevanuna vida relativamente parecida. A los 4 sujetos de estudio se les extrajo sangre antes y se aisló las célulasmononucleares sanguíneas para obtener ARN. El cual se usó para determinar la expresión de genes medianteun chip (sequenom®) diseñado con 16 genes relacionados con la longevidad. Las muestras sanguíneas seobtuvieron al inicio del estudio (GRUPO ANTES) y 18 días después (GRUPO DESPUES) del consumo de 2 copas(200 mL aprox.) diarias

El consumo moderado de vino tinto activa la expresión de Catalasa, Sirt1 y p53.

RESULTADOSEl chip mostró un incremento significativo, después del consumo moderado de vino tinto, en la expresión de tres genes relacionados con la longevidad catalasa, sirtuinas y p53.

Sin embargo, es importante tener en cuenta que la biodisponibilidad de algunas moléculasestudiadas es muy baja y que las concentraciones efectivas no se alcanzan con el consumomoderado de vino tinto. Hasta el momento nadie ha estudiado si el consumo moderado es capazde activar genes relacionados con la longevidad

0

5E-14

1E-13

1,5E-13

2E-13

2,5E-13

3E-13

3,5E-13

ANTES DESPUES

[] M

Media ARNm Catalasa *

0

ANTES DESPUES

[]M

Media ARNm Sirt1

0ANTES DESPUES

[]M

Media ARNm p53 *

0

5E-14

1E-13

1,5E-13

2E-13

2,5E-13

3E-13

1 2 3 4

[] M

Niveles de ARNm de Catalasa

ANTESDESPUES

01 2 3 4

Niveles de ARNm de Sirt1

ANTESDESPUES

01 2 3 4

Niveles de ARNm de p53

ANTESDESPUES

*

FEMALES LIVE LONGER THAN MALES

MT ROS PRODUCTION IN FEMALES IS HALF

THAT OF MALESMT ROS PRODUCTION IS INVOLVED IN AGING

OVARIECTOMISED FEMALES HAVE HIGH ROS PRODUCTION.

ERT PREVENTS THIS

ESTROGENS UP-REGULATE THE EXPRESSION OF Mn-SOD AND GPx THROUGH ESTROGEN

RECEPTOR BINDING AND SUBSEQUENTLY ACTIVATING THE MAPK/ NFκB SIGNALLING PATHWAYS

FEMALES BEHAVE AS DOUBLE TRANSGENICS OVER -EXPRESSING LONGEVITY -RELATED GENES

PHYTOESTROGENS MAY MIMIC SOME OF THE FAVOURABLE EFFECTS OF ESTROGENS

FEMALES LIVE LONGER THAN MALES


THAT OF MALES


THAT OF MALESMT ROS PRODUCTION IS INVOLVED IN AGINGMT ROS PRODUCTION IS INVOLVED IN AGING


ERT PREVENTS THIS


ERT PREVENTS THIS

ESTROGENS UP-REGULATE THE EXPRESSION OF Mn-SOD AND GPx THROUGH ESTROGEN

RECEPTOR BINDING AND SUBSEQUENTLY ACTIVATING THE MAPK/ NFκB SIGNALLING PATHWAYS

FEMALES BEHAVE AS DOUBLE TRANSGENICS OVER -EXPRESSING LONGEVITY -RELATED GENES

PHYTOESTROGENS MAY MIMIC SOME OF THE FAVOURABLE EFFECTS OF ESTROGENS

Viña et al, Science (SAGE KE), 2005

Estrogen therapy controversy

Ovariectomy

Ovariectomy

Sacrifice Sacrifice Sacrifice

Sacrifice Sacrifice Sacrifice

Wistar Females Rats(3-4 months) (n= 5-8)

Wistar Females Rats(24 months) (n=5)

Weeks

Weeks

vehicle

vehicle

vehicle

Ova

riect

omy

(OVX

)

Estradiol is only effective when administered immediately after ovariectomy

Estradiol is only effective when administered immediately after ovariectomy

Positron emission tomographyfor small animals

Young Old

Aging decreases in vivobrain glucose uptake

Brain

*

Young Old

*

Young OldUnpublished results

**

###

* **

6 weeks 9 weeksControl 3 weeks

Effect of ovariectomy and estrogenreplacement therapy

Unpublished results

The Spanish centenarian study

Nature Scientific Reports (in press)

Juana Bautista, 127 years old

Which genes are modulated in extreme longevity????

Strategy

miRNAs are critical for theregulation of transcription

The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2006

Andrew Z. Fire Craig C. Mello

"for their discovery of RNA interference ‐ gene silencing by double‐stranded RNA"

Photos: Copyright © The Nobel Foundation

http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/2006/


YoungOctogenarianCentenarian

miRNAs are similar in young and

centenarians!!!!!



2.38

*

3.61

*

2.97

*



Strategy


mRNAs are differentbetween

octogenarians andcentenarians!!!!


C vs Y C vs O


Strategy


2.38

*



El gen clave Bcl‐xL

Mitochondrial protein!!!!!!!!!!


FUTURE DIRECTION

COLLABORATIONS

MULTIGENIC ANALYSIS SERVICE OF THEUNIVERSITY OF VALENCIA

Dra. Eva Serna

Jesica Portero

Juan Antonio Avellana ZaragozaFrancisco José Tarazona SantabalbinaÁngel Belenguer VareaJuan Ramón Doménech PascualMaría Isabel Salvador PérezCarmen ValldecabresPaula Sanchis AguilarAlicia Perez de la Calle Miriam Oya BelenguerMª Jesús Martinez DomenechRosa Carrasco Llorens

LABORATORY OF PROF. JOSE VIÑA

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