Lipofuscină

Versiunea actuală a paginii nu a fost încă revizuită de colaboratori experimentați și poate diferi semnificativ de versiunea revizuită pe 28 septembrie 2019; verificările necesită 7 modificări .

Lipofuscina (lipofuscinum [1] ; din greacă lipo - „grăsime” și latină fuscus – „întuneric”), cunoscută și sub denumirea de „pigment de îmbătrânire” , este un pigment galben-brun autofluorescent de natură lipidică și/sau glicoproteică care se acumulează în - divizarea celulelor diferitelor tesuturi si organe ale animalelor. Celulele conțin în principal sub formă de granule înconjurate de o membrană lizozomală , concentrate în jurul nucleului [2] .

Compoziție chimică

Agregatele de lipofuscină din celule constau din reziduuri reticulate covalent oxidate de proteine ​​(30-70%) și lipide (20-50%) [2] , ceea ce este confirmat prin spectrofotometria probelor izolate [3] . De asemenea, pentru celulele cortexului cerebral uman peste 50 de ani, s-a demonstrat prezența reziduurilor de carbohidrați în acumulările de lipofuscină [4] . În plus, lipofuscina conține ioni metalici precum fier, aluminiu , calciu, zinc, cupru, mangan [3] . S-a demonstrat că în compoziția lipofuscinei sunt incluse următoarele tipuri de lipide: trigliceride, acizi grași liberi, colesterol , fosfolipide [5] .

Lipofuscina conține, de asemenea, compuși fluorescenți, de exemplu, N-retiniliden-N-retiniletanolamină (A2E) în epiteliul pigmentar retinian și celulele hepatice [6] .

Caracteristicile pigmentului [7]

Lipofuscina are caracteristici histochimice precum sudanofilia (datorită prezenței lipidelor în compoziție, colorată cu coloranți solubili în grăsimi din grupul Sudan ), argirofilia (datorită prezenței glicoproteinelor în compoziție, colorată cu săruri de argint), rezistență la acid (nu se decolorează cu acizii anorganici după colorare, datorită interacțiunii colorantului cu o cantitate mare de lipide din compoziția pigmentului) și osmiofiliei (datorită prezenței lipidelor în compoziție, se colorează cu săruri de osmiu și este vizibilă ca o masă omogenă întunecată de formă neregulată cu microscopia electronică).

O trăsătură caracteristică a lipofuscinei este capacitatea sa de autofluorescență. De exemplu, atunci când este excitat de unde de până la 400 nm lungime (radiație ultravioletă), emisia este observată în regiunea 530-650 nm.  

Acumularea lipofuscinei în celule și rolul acesteia în procesul de îmbătrânire

Din mai multe motive, prezența lipofuscinei în celule este considerată un semn al îmbătrânirii. În 1959, a fost demonstrată o relație liniară pozitivă între vârsta unei persoane și cantitatea de lipofuscină din cardiomiocitele sale [8] . Același lucru a fost demonstrat ulterior pentru câini [9] și mai multe specii de maimuțe [10] . În plus, a fost observată de mai multe ori o corelație negativă între rata de acumulare a lipofuscinei și speranța de viață în diferite organisme [11] [12] . În studiul crustaceelor ​​se utilizează tehnica determinării vârstei prin cantitatea de lipofuscină din celule [13] .

În celulele postmitotice , în timpul autofagiei , lizozomii acumulează proteine ​​​​oxidate și lipide expuse la specii reactive de oxigen (ROS) pentru a le procesa, dar datorită apariției numeroaselor legături încrucișate (de exemplu, punți aldehidice) ca urmare a oxidării, un astfel de material devine indestructibil și nu poate fi îndepărtat din celulă prin exocitoză [14] [15] .

În 1992, a fost propus un mecanism pentru influența stresului oxidativ asupra formării lipofuscinei [16] . Conform acestui mecanism, ROS, în primul rând H 2 O 2 , care se formează în mitocondrii în timpul lucrului superoxid dismutazei , pătrunde în lizozomi care conțin macromolecule absorbite și fier, care făcea parte din metaloproteinele distruse anterior de lizozom . Ca urmare a interacțiunii peroxidului de hidrogen cu fierul, se formează un radical hidroxil (în timpul reacției Fenton), care oxidează macromoleculele din lizozom și duce la apariția legăturilor încrucișate, adică la formarea lipofuscinei.

Autofagocitoza mitocondrială poate contribui la formarea lipofuscinei [17] . Conform mecanismului de îmbătrânire a radicalilor liberi , propus în 1956, mitocondriile, care sunt principala sursă de ROS în celulă, sunt, de asemenea, în mare măsură expuse efectelor lor nocive [18] [19] . Mitocondriile deteriorate pot conține macromolecule oxidate indestructibile și pot produce ROS în cantități și mai mari decât organelele funcționale, fiind deja autofagocitate, contribuind la formarea lipofuscinei, ceea ce este confirmat de conținutul ridicat al subunității c a ATP sintazei mitocondriale din lipofuscina neuronală [20]. ] .

În cadrul teoriei mitocondriale-lizozomale a îmbătrânirii, a fost descris efectul agregatelor de lipofuscină asupra funcțiilor celulare, îmbătrânirii și morții [21] . Acumularea de lipofuscină nedegradabilă duce la o creștere a lizozomilor. Sinteza enzimelor litice lizozomale continuă, dar cele mai multe dintre ele sunt risipite de lizozomii care conțin lipofuscină, în timp ce lizozomii funcționali fără lipofuscină le lipsesc enzimele care să distrugă macromoleculele și organelele absorbite, ceea ce contribuie la formarea lipofuscinei în ele [22] . Treptat, mitocondriile nefuncționale deteriorate se acumulează în celule, pentru a căror procesare nu există suficiente resurse autofagocitare, apoi, ca mecanism compensator, celulele încep să crească în dimensiune, dar acest proces are limitările sale: de exemplu, livrarea nutrienților în regiunea centrală este dificilă în celulele mari. Ca rezultat, celulele postmitotice îmbătrânite mor din cauza lipsei de ATP.

Pe lângă cele de mai sus, acumularea unor cantități mari de lipofuscină și creșterea lizozomilor duce probabil la creșterea sensibilității la stresul oxidativ [3] . Formarea ROS în lizozomii care conțin lipofuscină poate provoca deteriorarea membranei lizozomale cu intrarea ulterioară a enzimelor litice în citoplasmă și duce la apoptoză sau necroză [23] .

În 2012, pentru fibroblastele umane cu îmbătrânire prematură indusă de stres (SIPS), s-a demonstrat că acumularea de lipofuscină în lizozomi are loc ca urmare a macroautofagiei (anterior, mecanismele specifice de autofagie responsabile de acest proces nu erau luate în considerare) [24]. ] [25] . Când macroautofagia a fost inhibată, cantitatea de lipofuscină citoplasmatică a crescut în celulele studiate, ceea ce s-a corelat cu o creștere a nivelului de ROS și o scădere a viabilității celulare.

Anterior, a fost dezvăluită capacitatea lipofuscinei în contact cu citoplasma de a inhiba activitatea proteazomului 20S datorită legării sale de regiunile exterioare ale agregatelor care conțin reziduuri de aminoacizi hidrofobe [25] [26] . Ca urmare a acestei inhibiții, capacitatea celulelor de a procesa proteinele pliate greșit și deteriorate este redusă, ceea ce dăunează funcțiilor vitale și accelerează îmbătrânirea.

Participarea la procese patologice

Formarea accelerată a lipofuscinei în celule se observă, de exemplu, în lipofuscinozele ceroid neuronale legate de bolile de stocare lizozomală , precum și în boala Alzheimer [2] .

De asemenea, este studiată posibila contribuție a lipofuscinei la patogenia bolii Stargardt și a degenerescenței maculare asociate cu vârsta [27] . În epiteliul pigmentar retinian, una dintre componentele lipofuscinei este A2E, un produs al transformărilor vitaminei A în ciclul vizual. Această substanță cu greutate moleculară mică are proprietăți detergente , ceea ce înseamnă că este probabil să poată deteriora membrana lizozomală, ducând la scurgerea enzimelor litice și moartea celulelor. În plus, în epiteliul pigmentar retinian, A2E este supus fotooxidării , în urma căreia se formează compuși toxici pentru celule.

Inhibitori ai proceselor de acumulare a lipofuscinei

Se știe că diverse substanțe care reduc efectul stresului oxidativ asupra vitalității celulelor încetinesc acumularea de lipofuscină. De exemplu, centrofenoxina reduce rata de formare a pigmentului prin creșterea activității enzimelor antioxidante în celulă, iar extractul de ginkgo biloba are un efect similar asupra acumulării de lipofuscină datorită capacității sale de a intercepta radicalii hidroxil [28] [29] .

În 2012, s-a demonstrat că remofuscina (soraprazanul) induce îndepărtarea agregatelor de lipofuscină din celulele epiteliale pigmentare retiniene, probabil din cauza exocitozei, însă mecanismul acestui fenomen nu este cunoscut [30] .

Vezi și

Surse

  1. ↑ Hueck W. Pigmentstudien // Ziegler Beitr Path Anat.. - 1912.
  2. ↑ 1 2 3 K. L. Double, V. N. Dedov, H. Fedorow, E. Kettle, G. M. Halliday. Biologia comparativă a neuromelaninei și lipofuscinei în creierul uman  (engleză)  // Științe celulare și moleculare ale vieții. - 01-06-2008. — Vol. 65 , iss. 11 . — P. 1669–1682 . — ISSN 1420-9071 . - doi : 10.1007/s00018-008-7581-9 .
  3. ↑ 1 2 3 R. D. Jolly, B. V. Douglas, P. M. Davey, J. E. Roiri. LIPOFUSCINA ÎN MUSCHIUL ȘI CREIERUL BOVIN: UN MODEL DE STUDIARE A PIGMENTULUI DE VÂRSTE (engleză) // Gerontologie. - 1995. - T. 41 , nr. Suppl. 2 . — S. 283–296 . — ISSN 1423-0003 0304-324X, 1423-0003 . - doi : 10.1159/000213750 .
  4. ↑ Sebastián H Benavides, Alberto J Monserrat, Silvia Fariña, Eduardo A Porta. Studii histochimice secvențiale ale lipofuscinei neuronale în cortexul cerebral uman din prima până în a noua decadă de viață  //  Arhivele de Gerontologie și Geriatrie. - 2002-05-01. — Vol. 34 , iss. 3 . — P. 219–231 . — ISSN 0167-4943 . - doi : 10.1016/S0167-4943(01)00223-0 .
  5. ↑ Ulf T Brunk, Alexei Terman. Lipofuscină: mecanisme ale acumulărilor legate de vârstă și influență asupra funcției celulare12 1Redactor invitat: Rajindar S. Sohal 2Acest articol face parte dintr-o serie de recenzii despre „Stresul oxidativ și îmbătrânirea”. Lista completă a lucrărilor poate fi găsită pe pagina de pornire a revistei.  (Engleză)  // Biologie și medicină cu radicali liberi. - 2002-09-01. — Vol. 33 , iss. 5 . — P. 611–619 . — ISSN 0891-5849 . - doi : 10.1016/S0891-5849(02)00959-0 . Arhivat din original pe 3 iulie 2019.
  6. ↑ 1 2 Akiko Maeda, Tadao Maeda, Marcin Golczak, Krzysztof Palczewski. Retinopatie la șoareci indusă de clearance-ul total trans-retinian perturbat *  (engleză)  // Journal of Biological Chemistry. — 26-09-2008. - T. 283 , nr. 39 . — S. 26684–26693 . — ISSN 1083-351X 0021-9258, 1083-351X . - doi : 10.1074/jbc.M804505200 .
  7. ↑ Eduardo A. Porta. Pigmenti în îmbătrânire: o privire de ansamblu  //  Analele Academiei de Științe din New York. - 2002. - Vol. 959 , iss. 1 . — P. 57–65 . — ISSN 1749-6632 . - doi : 10.1111/j.1749-6632.2002.tb02083.x .
  8. ↑ BL Strehler, DD Mark, AS Mildvan, MV Gee. Rata și mărimea acumulării de pigment în vârstă în miocardul uman  // Journal of Gerontology. — 1959-10-01. - T. 14 , nr. 4 . — S. 430–439 . — ISSN 0022-1422 . doi : 10.1093 / geronj/14.4.430 .
  9. ↑ JF Munnell, R. Getty. Rata de acumulare a lipofuscinei cardiace la îmbătrânirea caninului  // Journal of Gerontology. - 1968-04-01. - T. 23 , nr. 2 . — S. 154–158 . — ISSN 0022-1422 . doi : 10.1093 / geronj/23.2.154 .
  10. ↑ Masatoshi Nakano, Toshiaki Mizuno, Shunji Gotoh. Acumularea de lipofuscină cardiacă la maimuțele mâncatoare de crabi (Macaca fasicularis): aceeași rată de acumulare de lipofuscină la mai multe specii de primate  // Mecanisme de îmbătrânire și dezvoltare. — 1993-01. - T. 66 , nr. 3 . — S. 243–248 . — ISSN 0047-6374 . - doi : 10.1016/0047-6374(93)90011-f .
  11. ↑ MRJ Sheehy, JG Greenwood, DR Fielder. Lipofuscina ca o înregistrare a „rata de viață” într-o poikilotermă acvatică  // Jurnalele de Gerontologie Seria A: Științe biologice și științe medicale. - 1995-11-01. - T. 50A , nr. 6 . — p. B327–B336 . - ISSN 1758-535X 1079-5006, 1758-535X . doi : 10.1093 / gerona/50a.6.b327 .
  12. ↑ Hideaki Hosokawa, Naoaki Ishii, Hideyuki Ishida, Kohji Ichimori, Hiroe Nakazawa. Acumulări rapide de material fluorescent cu îmbătrânirea într-un mev-1 mutant sensibil la oxigen al Caenorhabditis elegans  // Mecanisme de îmbătrânire și dezvoltare. - 1994-06. - T. 74 , nr. 3 . — S. 161–170 . — ISSN 0047-6374 . - doi : 10.1016/0047-6374(94)90087-6 .
  13. ↑ Kerry E. Maxwell, Thomas R. Matthews, Matt RJ Sheehy, Rodney D. Bertelsen, Charles D. Derby. Neurolipofuscina este o măsură a vârstei la Panulirus argus, homarul din Caraibe, în Florida  // The Biological Bulletin. - 2007-08-01. - T. 213 , nr. 1 . — S. 55–66 . — ISSN 0006-3185 . - doi : 10.2307/25066618 . Arhivat din original la 30 noiembrie 2021.
  14. ↑ Kiyomi Kikugawa, Tetsuta Kato, Masatoshi Beppu, Akira Hayasaka. Proteine ​​fluorescente și reticulate formate de specii de radicali liberi și aldehide generate în timpul oxidării lipidelor  // Lipofuscină și pigmenti ceroidi. — Boston, MA: Springer US, 1990. — p. 345–357 .
  15. ↑ Alexei Terman, Ulf T Brunk. Despre degradabilitatea și exocitoza ceroid/lipofuscinei în miocite cardiace de șobolan cultivate  // Mecanisme de îmbătrânire și dezvoltare. — 1998-01. - T. 100 , nr. 2 . — S. 145–156 . — ISSN 0047-6374 . - doi : 10.1016/s0047-6374(97)00129-2 .
  16. ↑ Ulf T. Brunk, Charles B. Jones, Rajindar S. Sohal. O nouă ipoteză a lipofuscinogenezei și îmbătrânirii celulare bazată pe interacțiunile dintre stresul oxidativ și  autofagocitoză // Mutation Research/DNAging. — 1992-09. - T. 275 , nr. 3-6 . — S. 395–403 . — ISSN 0921-8734 . - doi : 10.1016/0921-8734(92)90042-n .
  17. ↑ V. P. Collins, B. Arborgh, U. Brunk, J. P. Schellens. Fagocitoza și degradarea mitocondriilor hepatice de șobolan de către celulele gliale umane cultivate  // Investigații de laborator; un Jurnal de Metode Tehnice și Patologie. - 1980-02. - T. 42 , nr. 2 . — S. 209–216 . — ISSN 0023-6837 . Arhivat din original la 30 noiembrie 2021.
  18. ↑ Harman D. Aging: a theory based on free radical and radiation chemistry  // Journal of gerontology. — 1956.
  19. ↑ Enrique Cadenas, Kelvin JA Davies. Generarea de radicali liberi mitocondriali, stresul oxidativ și îmbătrânirea11  // Biologie și medicină cu radicali liberi. — 2000-08. - T. 29 , nr. 3-4 . — S. 222–230 . — ISSN 0891-5849 . - doi : 10.1016/s0891-5849(00)00317-8 .
  20. ↑ M. Elleder, J. Sokolová, M. Hřebíček. Studiu de urmărire al subunității c a ATP sintazei mitocondriale (SCMAS) în boala Batten și în tulburările lizozomale neînrudite  // Acta Neuropathologica. — 18-04-1997. - T. 93 , nr. 4 . — S. 379–390 . — ISSN 1432-0533 0001-6322, 1432-0533 . - doi : 10.1007/s004010050629 .
  21. ↑ Ulf T. Brunk, Alexei Terman. Teoria axei mitocondriale-lizozomale a îmbătrânirii  (engleză)  // European Journal of Biochemistry. - 2002. - Vol. 269 , iss. 8 . — P. 1996–2002 . — ISSN 1432-1033 . - doi : 10.1046/j.1432-1033.2002.02869.x .
  22. ↑ Alexei Terman, Helge Dalen, Ulf T Brunk. Fibroblastele umane încărcate cu ceroid/lipofuscină prezintă o scădere a timpului de supraviețuire și o autofagocitoză diminuată în timpul înfometării de aminoacizi☆  //  Gerontologie experimentală. — 1999-12-01. — Vol. 34 , iss. 8 . — P. 943–957 . — ISSN 0531-5565 . - doi : 10.1016/S0531-5565(99)00070-4 .
  23. ↑ UT Brunk, J. Neuzil, JW Eaton. Implicarea lizozomală în apoptoză  // Raport Redox. — 01-04-2001. - T. 6 , nr. 2 . — S. 91–97 . — ISSN 1351-0002 . - doi : 10.1179/135100001101536094 .
  24. ↑ Annika Höhn, Anna Sittig, Tobias Jung, Stefanie Grimm, Tilman Grune. Lipofuscina se formează independent de macroautofagie și activitate lizozomală în fibroblastele umane prematur senescente induse de stres  //  Biologie și medicină cu radicali liberi. — 01-11-2012. — Vol. 53 , iss. 9 . - P. 1760-1769 . — ISSN 0891-5849 . - doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2012.08.591 .
  25. ↑ 1 2 Annika Höhn, Tilman Grune. Lipofuscină: formarea, efectele și rolul macroautofagiei  (engleză)  // Redox Biology. — 01-01-2013. — Vol. 1 , iss. 1 . — P. 140–144 . — ISSN 2213-2317 . - doi : 10.1016/j.redox.2013.01.006 . Arhivat din original la 30 noiembrie 2021.
  26. ↑ Annika Höhn, Tobias Jung, Stefanie Grimm, Betül Catalgol, Daniela Weber. Lipofuscina inhibă proteazomul prin legarea de motive de suprafață  //  Biologie și medicină a radicalilor liberi. — 01-03-2011. — Vol. 50 , iss. 5 . — P. 585–591 . — ISSN 0891-5849 . - doi : 10.1016/j.freeradbiomed.2010.12.011 .
  27. ↑ Janet R. Sparrow, Mike Boulton. Lipofuscina RPE și rolul său în patobiologia retinei  //  Experimental Eye Research. - 2005-05-01. — Vol. 80 , iss. 5 . — P. 595–606 . — ISSN 0014-4835 . - doi : 10.1016/j.exer.2005.01.007 .
  28. ↑ D. Roy, D.N. Pathak, R. Singh. Efectul centrofenoxinei asupra enzimelor antioxidante din diferite regiuni ale creierului de șobolan îmbătrânit  //  Gerontologie experimentală. - 1983-01-01. — Vol. 18 , iss. 3 . — P. 185–197 . — ISSN 0531-5565 . - doi : 10.1016/0531-5565(83)90031-1 .
  29. ↑ Shang-Zhen Huang, Yan-Jun Luo, Li Wang, Ke-Yin Cai. Efectul extractului de ginkgo biloba asupra ficatului la șobolani în vârstă  (engleză)  // Jurnalul Mondial de Gastroenterologie. - 07-01-2005. — Vol. 11 , iss. 1 . — P. 132–135 . - doi : 10.3748/wjg.v11.i1.132 . Arhivat din original la 30 noiembrie 2021.
  30. ↑ Sylvie Julien, Ulrich Schraermeyer. Lipofuscina poate fi eliminată din epiteliul pigmentar retinian al maimuțelor  //  Neurobiology of Aging. — 01-10-2012. — Vol. 33 , iss. 10 . — P. 2390–2397 . — ISSN 0197-4580 . - doi : 10.1016/j.neurobiolaging.2011.12.009 .