Samenvatting: Caloriebeperkte diëten verminderen ontstekingen, vertragen het ontstaan van leeftijdsgebonden ziekten en verlengen de levensduur, zo blijkt uit een nieuwe studie.
Bron: Salk Institute
Als je het niveau van ontstekingen in je hele lichaam wilt verlagen, het ontstaan van ouderdomsziekten wilt uitstellen en langer wilt leven, eet dan minder voedsel. Dat is de conclusie van een nieuwe studie door wetenschappers uit de VS en China, die het meest gedetailleerde verslag tot nu toe geeft van de cellulaire effecten van een caloriebeperkt dieet bij ratten. Terwijl de voordelen van calorierestrictie al lang bekend zijn, laten de nieuwe resultaten zien hoe deze restrictie kan beschermen tegen veroudering in cellulaire pathways, zoals gedetailleerd in Cell van 27 februari 2020.
“We wisten al dat calorierestrictie de levensduur verlengt, maar nu hebben we alle veranderingen laten zien die op eencellig niveau optreden om dat te veroorzaken,” zegt Juan Carlos Izpisua Belmonte, senior auteur van het nieuwe artikel, professor in Salk’s Gene Expression Laboratory en houder van de Roger Guillemin leerstoel. “
Veroudering is de grootste risicofactor voor veel menselijke ziekten, waaronder kanker, dementie, diabetes en het metabool syndroom. In diermodellen is aangetoond dat calorierestrictie een van de meest effectieve interventies is tegen deze leeftijdsgebonden ziekten. En hoewel onderzoekers weten dat individuele cellen veel veranderingen ondergaan als een organisme ouder wordt, wisten ze niet hoe calorierestrictie deze veranderingen zou kunnen beïnvloeden.
In het nieuwe artikel vergeleken Belmonte en zijn medewerkers – waaronder drie alumni van zijn Salk lab die nu professoren zijn met hun eigen onderzoeksprogramma’s in China – ratten die 30 procent minder calorieën aten met ratten op normale diëten. Het dieet van de dieren werd gecontroleerd vanaf de leeftijd van 18 maanden tot 27 maanden. (Bij mensen zou dit ongeveer overeenkomen met iemand die van zijn vijftigste tot zijn zeventigste een caloriebeperkt dieet volgt.)
Op zowel het begin als het einde van het dieet isoleerde en analyseerde Belmonte’s team in totaal 168.703 cellen van 40 celtypen van de 56 ratten. De cellen waren afkomstig van vetweefsel, lever, nieren, aorta, huid, beenmerg, hersenen en spieren. In elke geïsoleerde cel gebruikten de onderzoekers single-cell genetic-sequencing technologie om de activiteitsniveaus van genen te meten. Zij keken ook naar de algemene samenstelling van celtypes in elk weefsel. Vervolgens vergeleken zij oude en jonge muizen op elk dieet.
Veel van de veranderingen die optraden naarmate ratten op het normale dieet ouder werden, traden niet op bij ratten op een beperkt dieet; zelfs op hoge leeftijd leken veel van de weefsels en cellen van dieren op het dieet sterk op die van jonge ratten. In totaal 57 procent van de leeftijdsgerelateerde veranderingen in celsamenstelling die werden gezien in de weefsels van ratten op een normaal dieet, waren niet aanwezig bij de ratten op het caloriebeperkte dieet.
“Deze aanpak vertelde ons niet alleen het effect van caloriebeperking op deze celtypen, maar leverde ook de meest complete en gedetailleerde studie op van wat er op het niveau van één cel gebeurt tijdens het ouder worden,” zegt co-corresponderende auteur Guang-Hui Liu, een professor aan de Chinese Academie van Wetenschappen.
Enkele van de cellen en genen die het meest door het dieet worden beïnvloed, hebben te maken met immuniteit, ontsteking en vetmetabolisme. Het aantal immuuncellen in bijna elk onderzocht weefsel nam drastisch toe naarmate de controle ratten ouder werden, maar werd niet beïnvloed door de leeftijd bij ratten met een caloriebeperking. In bruin vetweefsel – een type vetweefsel – zorgde een caloriebeperkt dieet ervoor dat de expressieniveaus van veel ontstekingsremmende genen werden teruggebracht naar die van jonge dieren.
“De belangrijkste ontdekking in de huidige studie is dat de toename van de ontstekingsreactie tijdens het ouder worden systematisch kan worden onderdrukt door calorierestrictie”, zegt co-corresponderend auteur Jing Qu, ook een professor aan de Chinese Academie van Wetenschappen.
Toen de onderzoekers zich richtten op transcriptiefactoren – in wezen hoofdschakelaars die de activiteit van vele andere genen kunnen veranderen – die door de calorierestrictie werden veranderd, viel er één op. Het niveau van de transcriptiefactor Ybx1 veranderde door het dieet in 23 verschillende celtypes. De wetenschappers denken dat Ybx1 een leeftijdsgerelateerde transcriptiefactor kan zijn en zijn van plan meer onderzoek te doen naar de effecten ervan.
“Mensen zeggen dat ‘je bent wat je eet’, en wij vinden dat dat op veel manieren waar is,” zegt Concepcion Rodriguez Esteban, een van de andere auteurs van het artikel en een stafonderzoeker bij Salk. “De toestand van je cellen als je ouder wordt, hangt duidelijk af van je interacties met je omgeving, waaronder wat en hoeveel je eet.”
Credit: Salk Institute.
Het team probeert nu deze informatie te gebruiken in een poging om geneesmiddelen tegen veroudering te ontdekken en strategieën te implementeren om de levensduur en gezondheid te verlengen.
Financiering: Het werk en de betrokken onderzoekers werden gesteund door subsidies van het National Key Research and Development Program van China, het Strategic Priority Research Program van de Chinese Academie van Wetenschappen, de National Natural Science Foundation van China, Beijing Natural Science Foundation, Beijing Municipal Commission of Health and Family Planning, Advanced Innovation Center for Human Brain Protection, het State Key Laboratory of Membrane Biology, de Moxie Foundation, en de Glenn Foundation.
Andere onderzoekers aan de studie waren Shuai Ma, Shuhui Sun, Lingling Geng, Moshi Song, Wei Wang, Yanxia Ye, Qianzhao Ji, Zhiran Zou, Si Wang, en Qi Zhou van de Chinese Academie van Wetenschappen; Xiaojuan He, Wei Li, Piu Chan en Weiqi Zhang van het Xuanwu ziekenhuis van de Capital Medical University; Xiao Long van het Peking Union Medical College Hospital; en Guoji Guo van de Zhejiang University School of Medicine.
De auteurs melden geen financiële of andere belangenconflicten.
Bron:
Salk Institute
Mediacontacten:
Salk Communications – Salk Institute
Image Source:
De afbeelding is gecrediteerd aan het Salk Institute.
Original Research: Gesloten toegang
“Caloric Restriction Reprograms the Single-Cell Transcriptional Landscape of Rattus Norvegicus Aging”. Juan Carlos Izpisua Belmonte et al.
Cell doi:10.1016/j.cell.2020.02.008.
Afbeelding
Calorische restrictie herprogrammeert het transcriptionele landschap van een enkele cel bij Rattus Norvegicus veroudering
Hoogtepunten
– Een multistofelspecifieke transcriptoomatlas voor veroudering en CR bij een zoogdier
– CR vermindert veroudering-gerelateerde accumulatie van pro-inflammatoire cellen in de hersenen.gerelateerde accumulatie van pro-inflammatoire cellen in verschillende weefsels
– CR vermindert veroudering-geassocieerde celspecifieke genexpressie veranderingen
Samenvatting
Veroudering veroorzaakt een functionele achteruitgang in weefsels door het hele lichaam die kan worden vertraagd door calorische restrictie (CR). Echter, de cellulaire profielen en handtekeningen van veroudering, evenals die verbeterd door CR, blijven onduidelijk. Hier bouwden we uitgebreide single-cell en single-nucleus transcriptomic atlassen over verschillende rattenweefsels die veroudering en CR ondergingen. CR verminderde verouderingsgerelateerde veranderingen in celsoort samenstelling, genexpressie, en kern transcriptionele regulatorische netwerken. Immuuncellen namen toe tijdens veroudering, en CR keerde het door veroudering verstoorde immuun ecosysteem gunstig om. Computationele voorspellingen toonden aan dat de abnormale cel-cel communicatiepatronen die tijdens veroudering werden waargenomen, inclusief de overmatige pro-inflammatoire ligand-receptor interactie, door CR werden teruggedraaid. Ons werk biedt multi-weefsel single-cel transcriptionele landschappen geassocieerd met veroudering en CR in een zoogdier, verbetert ons begrip van de robuustheid van CR als een geroprotectieve interventie, en legt bloot hoe metabole interventie kan inwerken op het immuunsysteem om het proces van veroudering te wijzigen.