+ All Categories
Home > Documents > Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE...

Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE...

Date post: 02-May-2015
Category:
Upload: gioconda-miceli
View: 213 times
Download: 0 times
Share this document with a friend
46
Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7
Transcript
Page 1: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Adriana Maggi

DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHECORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN

BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO

AA 2011/2012Lezione 7

Page 2: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

LE BASI BIOLOGICHE DELL’ INVECCHIAMENTO

Invecchiamento e genetica

Regolazione endocrina dell’invecchiamento

Invecchiamento e ambiente

Page 3: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Non-Programmed Passive Aging Theories

• Aging is a passive result of an organism’s inability to better resist fundamental deteriorative processes.

• Aging serves no purpose, is not an adaptation, is not programmed.• Compatible with traditional evolutionary mechanics theory. Mammals

needing more time for development needed a longer life span and therefore developed better maintenance and repair mechanisms that consequently delayed onset of age-related symptoms and diseases relative to shorter-lived mammals.

• Poor fit to many other observations of humans, other mammals, and other organisms particularly those that die suddenly from apparent biological suicide following reproduction rather than from gradual deterioration (e.g. Octopus, salmon)

Page 4: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Programmed Active Aging Theories

• Organisms are purposely designed and genetically programmed to age or otherwise limit life span because the deterioration and life span limitation serves an evolutionary purpose.

• Aging is an adaptation, a purposeful design feature resulting from the evolution process.

• Aging is the result of a potentially complex active aging mechanism or “life span management system.”

• The mechanism could sense external conditions in order to adapt life span to local or temporary conditions and could operate by manipulating the maintenance and repair functions.

Page 5: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Aging Theory Status

• “Main line” consensus of current gerontologists favors the passive theories. Earlier simple deterioration theories have little current scientific credibility in the biology community while still popular in the human-oriented (physician) community.

• Some relatively recent discoveries appear to favor aging-by-design theories.

• Efforts to explain aging based on traditional mechanics and efforts to explain other discrepancies with alternative mechanics cannot be simultaneously valid. Eventually there will be a unified theory.

Page 6: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

“Non-Aging” Species

• Some species have been identified that apparently do not age or have negligible senescence. Older individuals do not appear to be weaker, less agile, less reproductive, more susceptible to disease, or otherwise less fit than younger animals. (Ages of some wild animals can be determined by annual marks in scales or bones similar to tree rings.)

• Some species with age of oldest recorded specimen:

Rougheye Rockfish 205 Years

Lake Sturgeon152 Years

Aldabra Tortise152 Years

• Common U.S. Eastern Box Turtle is also long-lived (~100 years).

• Non-aging species tend to defeat simple deterioration theories and suggest dramatically longer human life spans are possible.

Page 7: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

QUALE APPROCCIO SEGUIRE PER LO STUDIO DELLE BASI MOLCOLARI DELL’INVECCHIAMENTO?

Page 8: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Planned Obsolescence Theory

Telomerase Theory of Aging

The Neuroendocrine Theory

The Free Radical Theory

Mitochondrial Theory of Aging

The Membrane Theory of Aging

The Hayflick Limit Theory

Glycosylation Theory of Aging

(The cell waste accumulation)

Aging Theories

Immune system alterations

Page 9: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

MALATTIE GENETICHE ESEMPI DI INVECCHIAMENTO PRECOCE

Page 10: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Progeria and Werner Syndrome

• Hutchinson-Guilford Progeria, a very rare human genetic disease, accelerates many symptoms of aging including atherosclerotic heart disease. Victims usually die by age 13.

• Werner syndrome, another genetic disease, involves acceleration of most symptoms of aging including baldness, hair and skin conditions, heart disease, calcification of blood vessels, some cancers, cataracts, arthritis, diabetes, etc. Victims usually die by age 50.

• These conditions suggest aging is centrally controlled such that a single genetic defect could result in proportionally accelerating all of the expressed symptoms. Central control suggests aging-by-design

Page 11: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Il gene LMNA che codifica per le laminine di tipo A è stato caratterizzato nel 1993 e mappato sul cromosoma 1q21.2-q21.3 (Lin and Worman 1993; Wydner et al. 1996).

La prima malattia umana causata da mutazioni della laminina A identificata per mezzo di clonaggio posizionale era autosomica dominante e determinava la distrofia muscolare Emery-Dreifuss

Page 12: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

• Autosomal dominant (and rarely recessive) Emery-Dreifuss muscular dystrophy

• Cardiomyopathy dilated 1A• Limb-girdle muscular dystrophy

type 1B• Congenital muscular dystrophy• “Heart-hand” syndrome• Adipose Tissue• Dunnigan-type familial partial

lipodystrophy

• Lipoatrophy with diabetes and other features of

• insulin resistance• Atypical lipodystrophy

syndromes• Mandibuloacral dysplasia• Peripheral Nerve• Charcot-Marie-Tooth disease

type 2B1• Progeria Phenotype• Hutchinson-Gilford progeria

syndrome• Atypical Werner Syndrome• Variant progeroid disorders• Mandibuloacral Dysplasi

Laminopatie

Page 13: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Funzioni delle laminine

Capell and Collins Nature Reviews Genetics 7, 940–952 (December 2006) | doi:10.1038/nrg1906

Page 14: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Lipodistrofia familiare

Charcot-Marie-Tooth

progeriaDisplasia mandibulo sacrale

Page 15: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

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.

Hutchinson-Gilford progeria syndrome

Page 16: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

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

Page 17: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

La presenza di laminina mutata (progerin)altera le funzione della membrana nucleare, la sua permeabilità e la trascrizione genica.

Page 18: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.
Page 20: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

The is a mouse model of progeria where the prelamin A is not mutated. Instead, the metallopeptidase ZMPSTE24, the specific protease that is required to remove the C-terminus of prelamin A, is missing.

Page 21: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.
Page 22: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.
Page 23: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

INVECCHIAMENTO E PROGERIE

I malati di progerie non mostrano:

deficit cognitivielevati livelli ematici di colesterolo e LDLelevati livelli di prot C reattiva

Che generalmente si accompagnano all’invecchiamento

Page 24: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.
Page 25: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

SINDROME DI WERNER

I portatori di mutazioni che dterminano la sindrome di Werner manifestano molto precocemente:cataratta, arteriosclerosi, osteoporosi, diabete mellito di tipo II, tumori di origine mesenchimale.Generalmente la causa di morte è infarto o tumori.

Page 26: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Sindrome di WernerUna 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.

Page 27: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

A. Topo I usually found in eukaryotes binds the 3’ end of the broken DNA strand, and removes (+) or (-) supercoils. As replicating DNA moves through the structure, the two parental strands (black) are separated by the helicase, while positive supercoiling is removed by the 3’ topoisomerase.

B. A machine able to separate the daughtermolecules at the end of replication is formed by a helicase (red) removing the last turns of parental DNA and a type II topoisomerase(green) untangling the daughter duplexes.

Page 28: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

C. Nucleosome disruption.

The positive supercoiling produced by the translocating helicase H (red) destabilizes the nucleosome, while a topoisomerase T (5’ or 3’ Topo I,or eukaryotic topo II, green) efficiently relaxes the negative supercoiling, reforming the normal duplex behind the helicase.

Page 29: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

MAPPA DELLE MUTAZIONI IN PAZIENTI CON MALATTIA DI WERNER

HRDC: Human Hematopoietic Cell Derived Rna Cyclase

Page 30: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Le proteine che interagiscono direttamente con la RecQ elicasi comprendono:Ku70/80, BLM, FEN1, TRF2, p53, polß, polδ, RAD51, RAD52, RAD54B, RPA, POT1, PCNA, PARP1, MRE11, e Cdc5L

coinvolte in:

Replicazione del DNA, Riparazione del DNA,RicombinazioneMetabolismo dei telomeri

Page 31: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Telomero = una regione di DNA ripetitivo al termine del cromosoma necessario per proteggere la parte terminale del cromosoma stesso nei confronti di enzimi degradativi o fusioni con cromosomi vicini.

telos (τέλος) “fine“ merοs (μέρος, root: μερ-) "parte".

Con la replicazione dei cromosomi il terminale dei cromosomi si erode e la parte del telomero si accorcia. Un telomero in una cella giovane puo’ raggiungere le 15000 paia di basi (ogni divisione si raccorcia di 25-200 pb)

Page 32: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

double stranded, a G-rich single strand forms a terminal 3' overhang

Telomeric repeat-binding factor 1

Page 33: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

prote

ction

of te

lomere

s

Telomerase is a ribonucleoprotein polymerase that maintains telmere ends by addition of the telomere repeat

TTAGGG

Page 34: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

INVECCHIAMENTO E SINDROME DI WERNER

Page 35: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

REGOLAZIONE ENDOCRINA DELL’INVECCHIAMENTO

Page 36: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

STUDIARE VERMI E INSETTI

PER CAPIRE L’UOMO

Drosophila melanogaster

Coenorabditis elegans

Page 37: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

adulto

L4 embrioni

L1

L2

L3

Circa 3 giorni a 22°C

CICLO VITALE DI C.ELEGANS

Page 38: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

adulto

L4 embrioni

L1

MANCANZA DI ALIMENTI

CICLO VITALE DI C.ELEGANS

STADIO DAUER

Page 39: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

LARVA LARVA DAUER

Page 40: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.
Page 41: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Studio di processi biologici legatia una maggiore morbidità

l’esempio dell’invecchiamento

DAF1 (IGF-R)

AGE 1 (IP3-K)

DAF 16* DAF 12

DAUER

DAF 7 ( TGFb ligand)

DAF 4 (Type II TGFbR)

DAF 3, DAF 5 (SMAD prot)

DAF9 (cytochrome CCYP27A1)* Proteine della famiglia FOXO coinvolte nel metab del glucosio

SIR2 (deacetilasi attiva di DAF 16)

3-keto-cholestenoic acid metabolite

Page 43: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

Invecchiamento e ambiente

Page 44: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

SEXUAL REPRODUCTION

“REGULATORS”

NUTRIMENT AGE

“EFFECTOR”

EVOLUTION: LAND OF BIOLOGICAL EQUAL OPPORTUNITIES

Page 45: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

SEXUAL REPRODUCTION

NUTRIENTS

AGE

• 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

Page 46: Adriana Maggi DOCENTE DI BIOTECNOLOGIE FARMACOLOGICHE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA IN BIOTECNOLOGIE DEL FARMACO AA 2011/2012 Lezione 7.

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


Recommended