معلومة

السبات والتمثيل الغذائي والشيخوخة

السبات والتمثيل الغذائي والشيخوخة


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

بدأ الناس في البحث بجدية عن تطبيقات السفر إلى الفضاء لانخفاض درجة حرارة الجسم العلاجي ، وتحديدًا لتقليل التمثيل الغذائي والضغط على البشر الذين يسافرون إلى المريخ.

يبدو أنه كلما خفضت درجة الحرارة ، تقل عملية التمثيل الغذائي. سؤالي يتعلق بالعلاقة بين الشيخوخة والتمثيل الغذائي. هل لدينا أي بيانات تجيب على السؤال إذا كان انخفاض التمثيل الغذائي يقلل أيضًا من معدل الشيخوخة؟

أتساءل عما إذا كان رواد الفضاء الافتراضيون الذين يذهبون إلى المريخ يفقدون بالفعل 6 أشهر من عمرهم في حالة اللاوعي ، أم أن معدل تقدمهم في العمر ينخفض ​​أيضًا؟ وبأي ثمن؟

من أجل البساطة ، دعونا نتجاهل آثار الإشعاع على الشيخوخة أثناء السفر.


من المؤكد أن انخفاض حرارة الجسم العلاجي هو علاج قصير الأمد مفيد للغاية للإصابة بنقص التأكسج ونقص التروية للأنسجة (الناجمة عن فقدان تدفق الدم و / أو الأكسجين) وهو جزء من بروتوكول علاج الأشخاص في العناية المركزة الذين عانوا من أمراض القلب أو توقف التنفس وكذلك استخدامها أثناء جراحة القلب في المجازة القلبية الرئوية. بالإضافة إلى ذلك ، هناك بحث حاليًا في علاج الأشخاص الذين أصيبوا للتو بنوبات قلبية وسكتات دماغية ، وكلا الحالتين حيث يوجد فقدان حاد في تدفق الدم بسبب الجلطة.

ومع ذلك ، هناك القليل من الأدلة فيما يتعلق باستخدام انخفاض حرارة الجسم المزمن (طويل الأجل) لمنع الشيخوخة. في حين أن انخفاض حرارة الجسم الشديد يثبط التنفس الخلوي ويبطئ عملية التمثيل الغذائي والوظيفة الجسدية ، فإنه غالبًا ما يتسبب أيضًا في حدوث تشوهات أخرى مثل:

  • اضطرابات في التوصيل القلبي يمكن أن تؤدي إلى السكتة القلبية
  • انخفاض ملحوظ في تدفق الدم إلى الجلد والأطراف مما قد يؤدي إلى موت الأنسجة في أصابع اليدين والقدمين وما إلى ذلك.
  • ضعف التخثر (نزيف إذا كان هناك أي إصابة)
  • الوذمة الرئوية - سائل في الرئتين يسبب عدم القدرة على أكسجة و / أو تهوية الدم
  • زيادة الالتهابات

ومع ذلك ، هناك الكثير من الأدلة فيما يتعلق بإبطاء شيخوخة الخلايا من الإجهاد التأكسدي باستخدام تقييد طاقة النظام الغذائي وقد تم تكرار ذلك في القوارض.

بعبارة أخرى ، لا يوجد دليل جيد في هذه المرحلة فيما يتعلق بانخفاض درجة حرارة الجسم على المدى الطويل ، ولكن في الوقت الحالي ، نظرًا للمخاطر العالية لضعف القلب والموت ، دون المراقبة والتدخل الغازي (كما هو الحال في وحدة العناية المركزة) فهو ليس كذلك قابليه.


السبات الشتوي

السبات الشتوي هي حالة من الحد الأدنى من النشاط والاكتئاب الأيضي. السبات هو حرارة غير متجانسة موسمية تتميز بانخفاض درجة حرارة الجسم ، والتنفس البطيء ومعدل ضربات القلب ، وانخفاض معدل الأيض. يحدث بشكل شائع خلال أشهر الشتاء.

على الرغم من أن المصطلح مخصص تقليديًا للسبات "العميق" مثل القوارض ، فقد تم إعادة تعريف المصطلح ليشمل حيوانات مثل الدببة [1] ويتم تطبيقه الآن على أساس قمع التمثيل الغذائي النشط بدلاً من أي انخفاض مطلق في درجة حرارة الجسم. يعتقد العديد من الخبراء أن عمليات السبات والسبات اليومي تشكل سلسلة متصلة وتستخدم آليات مماثلة. [2] [3] ما يعادله خلال أشهر الصيف هو aestivation.

يعمل السبات على الحفاظ على الطاقة عند عدم توفر طعام كافٍ. لتحقيق هذا التوفير في الطاقة ، يقلل الحيوان الماص للحرارة من معدل الأيض وبالتالي درجة حرارة الجسم. [3] قد يستمر السبات أيامًا أو أسابيع أو شهورًا - اعتمادًا على النوع ودرجة الحرارة المحيطة والوقت من العام وحالة الجسم. قبل الدخول في السبات ، تحتاج الحيوانات إلى تخزين طاقة كافية لتستمر طوال فترة خمولها ، ربما طوال فصل الشتاء بأكمله. فالأنواع الأكبر حجمًا تصبح مفرطة الأكل ، فتتناول كمية كبيرة من الطعام وتخزن الطاقة في رواسب الدهون. في العديد من الأنواع الصغيرة ، يحل التخزين المؤقت للطعام محل الأكل ويصبح سمينًا. [4]

تدخل بعض أنواع الثدييات السبات أثناء الحمل في سن صغيرة ، والتي تولد إما أثناء سبات الأم أو بعد ذلك بوقت قصير. [5] على سبيل المثال ، تدخل إناث الدببة السوداء في فترة السبات خلال أشهر الشتاء الباردة لتلد صغارها. [6] تزيد الأمهات الحوامل من كتلة أجسامهن بشكل ملحوظ قبل السبات ، وتنعكس هذه الزيادة بشكل أكبر في وزن النسل. يتيح تراكم الدهون لهم توفير بيئة دافئة ورعاية كافية لحديثي الولادة. أثناء السبات ، يفقدون فيما بعد 15-27٪ من وزنهم قبل السبات باستخدام الدهون المخزنة للحصول على الطاقة. [7]

كما تخضع الحيوانات المولدة للحرارة لفترات من الكبت الأيضي والسكون ، والتي يشار إليها في العديد من اللافقاريات باسم السبات. يستخدم بعض الباحثين وأفراد الجمهور مصطلح brumate لوصف السكون الشتوي للزواحف ، ولكن يُعتقد أن المصطلح الأكثر عمومية السبات مناسب للإشارة إلى أي سكون شتوي. [8] العديد من الحشرات مثل الدبور Polistes exclamans، تعرض فترات السكون التي غالبًا ما يشار إليها باسم السبات ، على الرغم من ectothermy. [9] يمكن لعلماء النبات استخدام مصطلح "سبات البذور" للإشارة إلى شكل من أشكال سبات البذور. [10]


أهداف الهدف أ:

أ -1: تحديد العوامل الوراثية والجزيئية والخلوية التي تحدد معدل عمليات الشيخوخة.

يستمر الباحثون في تحديد وشرح العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل الشيخوخة ، بما في ذلك استجابة الجسم لمجموعة متنوعة من الضغوط. ) ، مثل تلك الناتجة عن الإجهاد التأكسدي ومراقبة جودة البروتين (بروتين). كما تستمر دراسات الجينات والآليات اللاجينية المرتبطة بعمليات الشيخوخة وطول العمر والأمراض المرتبطة بالعمر ، فضلاً عن التفاعل بين الجينات والتأثيرات البيئية ، في توفير نظرة ثاقبة لأمراض الأمراض وقابليتها للتأثر. ستدعم NIA الأبحاث لتحديد العوامل الإضافية وتوضيح أدوارها في كل من النماذج الحيوانية للشيخوخة والبشر.

A-2: تحديد كيف تساهم التغيرات الخلوية والجزيئية المرتبطة بالشيخوخة في تقليل المرونة وزيادة المراضة والتأثير على الاستجابة لعلاج الحالات الجسدية المرتبطة بالعمر.

غالبًا ما يكون التقدم في العمر مصحوبًا بتدهور تدريجي في معظم الوظائف الفسيولوجية ، مما يؤدي إلى زيادة التعرض للمرض. في الوقت نفسه ، يحافظ العديد من الأشخاص على وظائف بدنية ويتمتعون بصحة جيدة في سن أكبر. تُعلم هذه النتائج معًا مجال علم الشيخوخة الناشئ ، والذي يفترض أن التلاعب بالعمليات الأساسية للشيخوخة يمكن أن يساعد في الحفاظ على الوظيفة الفسيولوجية وقد يوفر طريقة فعالة للوقاية من الأمراض المرتبطة بالعمر أو علاجها. ستشجع NIA البحث في كل من فقدان الوظائف والحفاظ عليها أثناء عملية الشيخوخة وستعزز الدراسات في كل من البشر والنماذج الحيوانية للتحقيق في الآثار الصحية والمرضية للتلاعب بالعمليات المرتبطة بالشيخوخة على المستوى الجزيئي أو الخلوي.

أ -3: تحديد كيفية مساهمة القواعد الخلوية والجزيئية للتغيرات المرتبطة بالشيخوخة في تطور ومسار الخرف المرتبط بالعمر والاستجابة للعلاج.

الشيخوخة نفسها هي عامل الخطر الأساسي لتطور مرض الزهايمر ومعظم أشكال الخرف الأخرى ، بالإضافة إلى الأمراض والحالات (مثل مرض السكري من النوع 2 وارتفاع ضغط الدم وأمراض الأوعية الدموية) المرتبطة بزيادة خطر الإصابة بالخرف. ومع ذلك ، فإننا لا نفهم تمامًا الآليات التي من خلالها تؤثر التغييرات المرتبطة بالشيخوخة على الدماغ وتزيد من قابلية التأثر بالتغير المرضي. ستقوم NIA بإجراء ودعم الأبحاث حول كيفية تأثير عمليات الشيخوخة على تطور الأمراض العصبية. بالإضافة إلى ذلك ، سنختبر التدخلات في النماذج الحيوانية وفي النهاية في البشر التي ثبت أنها تزيد من العمر والفترة الصحية في الحيوانات لتحديد تأثيرها على الوظيفة الإدراكية.

أ -4: تحديد العوامل المرتبطة بالشيخوخة الناجحة والمرونة ضد المرض والخلل الوظيفي.

يبدو أن بعض الأشخاص يقاومون الأمراض المرتبطة بالعمر والخلل الوظيفي. قد يؤدي هؤلاء "كبار السن" حتى معرفيًا أو جسديًا عند المستويات التي غالبًا ما تُرى في الأشخاص الأصغر سنًا بعقود. ستعمل NIA على إلقاء الضوء على العوامل المرتبطة بهذه المرونة ، وتحديد ما إذا كان يمكن تسخير هذه العوامل لزيادة المرونة على نطاق أوسع بين السكان.

ج -5: فهم التغيرات الحسية والحركية المرتبطة بالشيخوخة وكيف تؤدي إلى انخفاض الوظيفة وزيادة خطر الإصابة بالأمراض.

يمكن أن تنجم التغيرات الحركية لدى كبار السن عن تغيرات في المشي والتوازن والقوة البدنية ، ويمكن أن تؤثر سلبًا على عدد وشدة السقوط والمشاركة الاجتماعية والاستقلالية. يعد فقدان الوظائف الحسية مثل الرؤية أو السمع أو القدرة على التذوق أمرًا شائعًا أيضًا بين كبار السن. ستوفر الأبحاث المدعومة من NIA لفهم الآليات الأساسية للتغيرات الحسية والحركية المرتبطة بالعمر بشكل أفضل قاعدة المعرفة اللازمة لتطوير التدخلات التي تعمل على تحسين الحركة والوظيفة الحسية في السنوات اللاحقة من الحياة.

ج 6: تحديد وتمييز التدخلات التي تبشر بزيادة العمر الصحي.

أنشأت NIA ولا تزال تدعم برنامج اختبار التدخل لاختبار إمكانية تكرار التدخلات المرشحة التي ستطيل العمر وتزيد من فترة الصحة. في هذا البحث وغيره ، تعزز NIA الدراسات في كل من الكائنات الحية من الإناث والذكور. يتم دعم دراسات مماثلة في برنامج اختبار تدخلات Caenorhabditis ، وهي دراسة متعددة المؤسسات تبحث في التدخلات التي قد تطيل العمر أو فترة الصحة باستخدام أنواع وسلالات متنوعة من دودة Caenorhabditis ، لاستكشاف تأثير التنوع الجيني على فعالية التدخلات. نحن ندعم الدراسات حول آليات عمل هذه التدخلات التي ستسهل ترجمتها لإفادة الشيخوخة الصحية عند البشر.

أ -7: تطوير و / أو تحديد المؤشرات الحيوية (بما في ذلك المؤشرات الجينية ، والتخلقية ، والجزيئية ، والخلوية ، والمناعية ، والتمثيل الغذائي ، والتصوير ، والميكروبيوم) التي تنطبق على أبحاث الشيخوخة وعلم الشيخوخة.

الشيخوخة مرتبطة بالتغيرات على مستويات فسيولوجية متعددة. هناك حاجة إلى البحث لتمكيننا من التنبؤ بهذه التغييرات وتحديدها ومعالجتها عند الضرورة.

ج -8: استخدم علم الأحياء المقارن لفهم كيف تؤثر التكيفات في الأنواع المتنوعة في النهاية على الشيخوخة.

العمر هو سمة بيولوجية معقدة ناتجة عن تفاعلات جينية متعددة. في الواقع ، لقد حددنا ما يقرب من 400 جينة تشارك في عمر الإنسان. يمكن أن توفر مقارنة العمليات على المستويات الجزيئية والخلوية والهيكلية والعضوية عبر الأنواع الحيوانية والمجموعات البشرية المتنوعة معلومات مهمة حول كيفية تفاعل هذه الجينات وإلقاء الضوء على المسارات الجزيئية الحرجة التي تحدد كل من العمر والوظيفة الصحية في الأعمار الأكبر.


بيولوجيا الشيخوخة

يصاحب الشيخوخة تغيرات تدريجية في معظم أجهزة الجسم. يركز البحث في بيولوجيا الشيخوخة على فهم العمليات الخلوية والجزيئية الكامنة وراء هذه التغييرات بالإضافة إلى تلك المصاحبة لظهور الأمراض المرتبطة بالعمر. بينما يتعلم العلماء المزيد عن هذه العمليات ، يمكن تصميم التجارب لفهم متى وكيف تبدأ التغيرات المرضية بشكل أفضل ، مما يوفر أدلة مهمة نحو تطوير التدخلات للوقاية من المرض أو علاجه. لقد تم تعلم الكثير عن التغييرات الهيكلية والوظيفية التي تحدث في أنظمة الجسم المختلفة ، والتقدم مستمر. وسعت الأبحاث معرفتنا أيضًا بالعوامل البيولوجية المرتبطة بطول العمر الطويل في النماذج البشرية والحيوانية. يناقش هذا الجزء من سرد NIA بعض التطورات الحديثة في بيولوجيا الشيخوخة ، والاستنساخ وزرع الأعضاء وعلى العمر نفسه. تم وصف اتجاهات البحث المستقبلية المختارة أيضًا ، بما في ذلك الجهود المستمرة لإيجاد تدخلات بيولوجية لتعزيز الشيخوخة الصحية ، وفهم الأساس الجيني للشيخوخة ، واستكشاف إمكانات الخلايا الجذعية البالغة واستبدال الخلايا للحد من المرض وتحسين الوظيفة.

استراتيجيات الاستنساخ والزرع

هناك اهتمام كبير بالاستخدامات المحتملة للاستنساخ ، والعلاج الجيني ، وزرع الخلايا الجذعية للبالغين ، وكذلك زرع الأنسجة ، لمكافحة أمراض الشيخوخة. يمكن أن يؤدي استنساخ الخلايا أو الحيوانات إلى تطورات جديدة في الطب والزراعة ، ويمكن أن تؤدي كل من هذه التقنيات الجديدة إلى استراتيجيات لاستبدال الأنسجة والأعضاء المفقودة بسبب المرض.

الاستنساخ يعيد ضبط ساعة التيلومير في الماشية. من الأسئلة المهمة في أبحاث الاستنساخ ما إذا كانت الخلايا أو الكائنات الحية المستنسخة التي تم إنشاؤها من خلايا قديمة أو شائخة أقدم بيولوجيًا من نظيراتها الطبيعية. التيلوميرات هي سلاسل دنا شديدة التكرار تقع في نهاية الكروموسومات ، ويرتبط طول التيلومير بعمر الخلية. مع انقسام الخلايا ، يصبح طول التيلومير أقصر تدريجيًا حتى يتوقف التكاثر تمامًا في النهاية. تسمى هذه الخلايا ، التي توقفت عن الانقسام ، بالشيخوخة. في دراسة حديثة ، تم نقل نوى من الخلايا الليفية البقريّة الشائخة إلى خلايا البويضات التي أزيلت منها النواة. أعيد تنشيط النوى وزُرعت خلايا البويضة في الأبقار. وُلدت عجول سليمة ، ووجد أن لها أطوال تيلومير أكثر شيوعًا لدى الصغار من الحيوانات المسنة. وبالتالي ، تمت إعادة ضبط طول التيلومير أثناء الحمل. لن يُعرف ما إذا كان هذا سيؤثر على عمر العجول المستنسخة لسنوات عديدة ، ومع ذلك يبدو من هذه البيانات أن النسل المستنسخ في بعض الأنواع ، إن لم يكن كلها ، لن يكون أقدم بيولوجيًا من النسل الطبيعي. ستكون هذه المعلومات مفيدة في تطوير استراتيجيات تدخل استبدال الخلايا لاستعادة الخلايا التالفة أو المفقودة من خلال المرض.

زرع الخلايا والشيخوخة. البديل لزرع الأنسجة أو الأعضاء الذي يبدو أنه يتمتع بإمكانات كبيرة هو تكوين أنسجة وظيفية من عمليات زرع الخلايا. أظهرت الأبحاث الحديثة أن خلايا الغدة الكظرية المعزولة أو البشرية التي تم إدخالها في الفئران التي تعاني من نقص المناعة شكلت أنسجة وظيفية للغدة الكظرية تشبه الغدة الكظرية الطبيعية. يمكن استخدام هذا النهج لأي عضو ، إما لدراسة تجديده الوظيفي في كائن حي مع تقدم العمر أو لتجديد الوظيفة المفقودة علاجيًا كما في حالة ، على سبيل المثال ، عندما يمكن استبدال الجينات المعيبة في خلايا معزولة عن المريض ثم يوضع مرة أخرى في نفس المريض لتجديد الأنسجة. يمكن أن تقلل هذه التقنية أيضًا من الحاجة إلى العلاجات المثبطة للمناعة وتوفر بديلاً عن علاجات الخلايا الجذعية للبالغين.

فهم وإطالة العمر الافتراضي

لفهم عملية الشيخوخة ، من المهم تحديد تلك العوامل التي تؤثر على العمر الإجمالي للكائن الحي. في الثدييات ، هناك تدهور فيزيولوجي تدريجي مع تقدم العمر والذي غالبًا ما يكون مصحوبًا بالمرض والعجز. من المهم فهم الآليات الفسيولوجية المسؤولة ، وكذلك تحديد طرق لإبطاء التغيرات المرتبطة بالعمر. بالإضافة إلى أي مكاسب في العمر ، تهدف الدراسات في هذا المجال بشكل أكثر أهمية إلى تطوير التدخلات للحفاظ على كبار السن بصحة جيدة وخالية من الأمراض و / أو الإعاقة لأطول فترة ممكنة. توفر التجارب في عدد من النماذج الحيوانية رؤى قيمة.

تمديد متوسط ​​عمر الديدان الخيطية عن طريق التدخل الدوائي. من المقبول على نطاق واسع أن الإجهاد التأكسدي هو عامل في الشيخوخة. حتى الآن ، لم يثبت بشكل مقنع أن مضادات الأكسدة الطبيعية مثل الفيتامينات C و E أو بيتا كاروتين تطيل العمر في التجارب النموذجية على الفئران أو ذباب الفاكهة أو الديدان الخيطية (نوع من الديدان). تم الحصول على نتائج متنوعة في ذبابة الفاكهة المعدلة وراثيًا التي تفرط في التعبير إما عن ديسموتاز الفائق (SOD) أو SOD والكاتلاز ، وهما إنزيمات تقلل من الضرر التأكسدي. الآن ، ثبت أن المركب الاصطناعي EUK-134 ، الذي يحاكي نشاط SOD و catalase ، يزيد من متوسط ​​عمر الديدان الخيطية بحوالي 50٪. يعكس EUK-134 أيضًا الشيخوخة المبكرة في سلالة الديدان الخيطية المعرضة لضرر مؤكسد مرتفع. تشير هذه النتائج بقوة إلى أن الإجهاد التأكسدي هو عامل رئيسي في معدل الشيخوخة في الديدان الخيطية ، ويمكن إبطاء هذا المعدل عن طريق التدخل الدوائي. قد يكون من الممكن أن تقلل المركبات المماثلة من الإجهاد التأكسدي لدى البشر وتؤخر أو تقلل من الأمراض المرتبطة بالعمر.

يؤدي التقليد الجيني لتقييد السعرات الحرارية (CR) إلى إطالة عمر الخميرة بشكل كبير. لقد ثبت أن CR لإطالة عمر بشكل كبير في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية. في الكائنات الحية التي تمت دراستها حتى الآن (الخميرة ، الديدان الخيطية ، ذباب الفاكهة ، الفئران والجرذان) ، أدى CR إلى زيادة متوسط ​​العمر الأقصى والحد الأقصى ، بالإضافة إلى الحد بشكل كبير من علامات المرض. في جميع الأنواع التي تم فحصها ، كان طول العمر الطويل وصحة الحيوانات مصحوبًا بتغييرات في تنظيم استقلاب الطاقة. حددت الأبحاث الحديثة أن المعالجة الجينية لتوافر الجلوكوز والتمثيل الغذائي ومسارات الإشارات يمكن أن تحاكي تأثيرات إطالة عمر CR في نموذج الخميرة. هذا الاكتشاف يجعل نموذج الخميرة للشيخوخة وطول العمر أداة قوية للكشف عن الآليات الخلوية والجزيئية الأساسية المسؤولة عن زيادة طول العمر والمدى الصحي ، بهدف تطوير تدخلات فعالة.

يزيد CR من إنتاج عامل التغذية العصبية في الدماغ ويحمي الخلايا العصبية. إلى جانب إطالة العمر الافتراضي ، يقلل CR أيضًا من تطور السرطانات المرتبطة بالعمر ، والتغيرات المناعية والغدد الصم العصبية ، والخلل الحركي في القوارض. تقدم دراسات النماذج الحيوانية الحديثة للاضطرابات التنكسية العصبية الدليل الأول على أن CR يمكن أن يزيد أيضًا من مقاومة الخلايا العصبية للضغوط المرتبطة بالعمر والمرض. تتمثل إحدى الآليات المحتملة في أن الإجهاد الأيضي الخفيف المرتبط بـ CR يحفز الخلايا على إنتاج بروتينات تزيد من المقاومة الخلوية لعمليات المرض. في الواقع ، يزيد CR من إنتاج أحد هذه البروتينات ، وهو عامل بقاء الخلايا العصبية ، BDNF. تلعب إشارات BDNF بدورها دورًا رئيسيًا في التأثير الوقائي العصبي لـ CR. يشير هذا العمل إلى أن CR قد يكون نهجًا فعالًا للحد من تلف الخلايا العصبية والاضطرابات التنكسية العصبية في الشيخوخة ، مما يوفر نظرة ثاقبة لتصميم الأساليب التي قد تحاكي النتائج المفيدة لـ CR.

استخدام المصفوفات الدقيقة للتعبير الجيني في أبحاث الشيخوخة. يصاحب الشيخوخة تغيرات في التعبير أو النشاط لعدد كبير من الجينات ، ولكن ليس من الواضح أي من هذه التغييرات حاسمة في عملية الشيخوخة. توفر المصفوفات الدقيقة للتعبير الجيني ، التي تسمح بتحديد نشاط عدة آلاف من الجينات في وقت واحد ، فرصة للحصول على صورة أكثر اكتمالاً لماهية هذه التغييرات ، وتصميم اختبارات لمعرفة ما إذا كانت هذه التغييرات مرتبطة سببيًا بالشيخوخة. في ثلاث دراسات حديثة ، نظر الباحثون في الاختلافات في أنماط التعبير الجيني في العضلات الهيكلية للفئران الصغيرة والكبيرة ، والكبد ، وأنسجة المخ ، كما قاموا بعدة ملاحظات حول التغييرات التي أحدثها تقييد السعرات الحرارية. على الرغم من أن تحليلات البيانات معقدة ، إلا أن بعض الملاحظات الأولية هي: (1) تؤدي الشيخوخة إلى انخفاض مستويات نشاط الجينات الأيضية والتركيبية الحيوية (2) الشيخوخة مصحوبة بأنماط من التعبير الجيني التي تدل على استجابات الإجهاد ، بما في ذلك الإجهاد الالتهابي والأكسدي (3) العديد من التغييرات المرتبطة بالعمر في التعبير الجيني في كبد الفأر وعضلات الهيكل العظمي ، ولكن ليس كلها ، تبطئ بسبب تقييد السعرات الحرارية و (4) يبدو أن تقييد السعرات يزيد من التعبير الجيني لإصلاح و / أو منع تلف الجزيئات الخلوية. أثبتت تقنية Microarray أنها طريقة فعالة للإجابة على الأسئلة المهمة طويلة الأمد حول الآليات الجزيئية للشيخوخة وكيف يمكن التلاعب بها ، على سبيل المثال ، عن طريق تقييد السعرات الحرارية. قد يوفر التنميط التغيرات في نشاط الجينات في نهاية المطاف مؤشرات حيوية مفيدة لعملية الشيخوخة نفسها ، علامات قد تكون مهمة في تقييم فعالية استراتيجيات لتأخير العمليات المتعلقة بالشيخوخة.

اتجاهات بحثية مستقبلية مختارة في بيولوجيا الشيخوخة

التدخلات البيولوجية لتعزيز صحة الشيخوخة. تعد مواجهة آثار الشيخوخة عن طريق المكملات الهرمونية والغذائية ، بما في ذلك هرمون الاستروجين والتستوستيرون وهرمون النمو البشري والميلاتونين و DHEA (ديهيدرو إيبي أندروستيرون) مجالًا للدراسة النشطة. هناك مخاوف من أن العديد من الأشخاص في منتصف العمر وكبار السن قد يأخذون مثل هذه العوامل ، قبل أن يتم التقييم الكافي لسلامة وفعالية هذه المواد فيما يسمى بأغراض "مكافحة الشيخوخة". على الرغم من أن مستويات بعض الهرمونات قد تنخفض مع تقدم العمر ، إلا أن الحفاظ على المستويات الطبيعية في الأعمار الأصغر قد لا يكون ضروريًا ، أو حتى مرغوبًا فيه ، مع تقدم الشخص في العمر. حتى لو كانت فعالة ، فإن المكملات قد تنطوي على مخاطر. هناك حاجة إلى مزيد من البحث لتحديد كيفية تغير العمل البيولوجي لهذه الهرمونات لدى كبار السن وتقييم ما إذا كان استبدال هذه الهرمونات سيحسن الصحة.

CR هو تدخل بيولوجي آخر قد يعزز الشيخوخة الصحية. تم ربط بعض تأثيرات CR على طول العمر بالتغيرات في مسارات التمثيل الغذائي المحددة. يتم التخطيط الآن للدراسات لتحديد دور استقلاب الطاقة وتنظيم التمثيل الغذائي في شيخوخة الثدييات وطول العمر والأمراض المرتبطة بالعمر ، والكشف عن الآليات الخلوية والجزيئية التي قد تنظم عمليات الشيخوخة ، بما في ذلك تلك المتأثرة بـ CR. في الآونة الأخيرة ، حدد الباحثون تغييرات في الوظيفة الفسيولوجية في قرود الريس المقيدة بالسعرات الحرارية والتي تشير إلى حدوث تأخير في التدهور المرتبط بالشيخوخة. في هذه المرحلة ، فإن آثار CR الطوعية على العمر وتطور الأمراض المرتبطة بالعمر لدى البشر غير معروفة. يتم تصميم دراسات التدخل البشري الأولية لتحديد ما إذا كانت CR والنشاط البدني يختلفان في آثارهما طويلة المدى على السمنة وتكوين الجسم والوقاية والتعرض للأمراض المرتبطة بالعمر.

فهم الأساس الجيني للشيخوخة وطول العمر والمرض والسلوك. تعتبر التفاعلات بين العوامل الجينية والبيئية من المحددات الرئيسية للشيخوخة وطول العمر في العديد من الأنواع ، بما في ذلك البشر. بدأت دراسات NIA في الكشف عن العوامل البيولوجية المرتبطة بطول العمر الطويل في النماذج البشرية والحيوانية ، مما يشير إلى تورط العديد من الجينات في عمليات الشيخوخة الطبيعية ، والأمراض والأمراض المرتبطة بالعمر ، وطول العمر. ترتبط بعض هذه الجينات بإطالة دراماتيكية لعمر الإنسان. باستخدام التكنولوجيا المتقدمة ، تخطط NIA لتسريع جهودها لاكتشاف الجينات الإضافية المرتبطة بالعمر وطول العمر وتوصيف وظيفتها البيولوجية. ستعمل مبادرة بحثية جديدة على توسيع نطاق دراسات الجينات المرتبطة بطول العمر ، والتغيرات في أنماط التعبير الجيني ، وعلم الأوبئة الجينية لطول عمر الإنسان. الهدف النهائي من هذا الجهد هو تطوير تدخلات لتقليل أو تأخير العمليات التنكسية المرتبطة بالعمر في البشر. بالإضافة إلى ذلك ، فإن التطورات الثورية في مجالات علم الوراثة الكمي والجزيئي تبشر بالخير في البحث عن المحددات الجينية للسلوكيات المعقدة. يمكن أن تساعد الدراسات التي أجريت على البشر في تحديد المساهمات النسبية للبيئة والوراثة في الخرف والقدرات المعرفية والأداء البدني والرفاهية والشيخوخة الاجتماعية. يمكن للتقنيات الجديدة تتبع المسار التطوري للمساهمات الجينية في السلوك ، وتحديد التباين الجيني ، واستكشاف الروابط الجينية بين الطبيعي وغير الطبيعي. سوف يستكشف البحث الأساسي تراكم الأخطاء في الحمض النووي مع تقدم العمر وكيف تقوم الخلية بإصلاح هذا الضرر.

استكشاف إمكانات الخلايا الجذعية البالغة واستبدال الخلايا في الشيخوخة. تحتفظ الخلايا الجذعية في الأنسجة البشرية البالغة بالقدرة على التجديد الذاتي والقدرة على أن تصبح العديد من أنواع الخلايا في جسم الإنسان. تحمل هذه القدرة إمكانات هائلة لاستبدال الخلايا أو علاج إصلاح الأنسجة في العديد من الأمراض التنكسية للشيخوخة ، بما في ذلك مرض الزهايمر ، واضطراب الشخصية الرئوية ، والسكتة الدماغية ، واحتشاء عضلة القلب ، والاضطرابات العضلية الهيكلية ، وخلل الجهاز المناعي ، ومرض السكري. تشير نتائج الأبحاث الناشئة إلى أنه قد يكون من الممكن تسخير الطبيعة متعددة القدرات للخلايا الجذعية البالغة للحفاظ على بنية الأنسجة ووظيفتها في الشيخوخة. ومع ذلك ، لا يزال هناك الكثير لنتعلمه عن علم الأحياء الأساسي للخلايا الجذعية في النماذج الحيوانية قبل أن يصبح بالإمكان تحقيق العلاج الخلوي الفعال. تقوم NIA بتطوير مبادرة بحثية حول التغيرات في الخلايا الجذعية وبيئتها مع تقدم العمر في النماذج الحيوانية والأنسجة البشرية غير الجنينية. ستكمل هذه المبادرة البحثية وتشجع التعاون مع المكونات الأخرى للمعاهد الوطنية للصحة.


الملخص

يختلف العمر بشكل كبير بين الأنواع ذات الصلة الوثيقة ، كما يتضح من القوارض والقرود. على الرغم من هذه التفاوتات في العمر ، ركزت معظم الدراسات على أمراض الشيخوخة المحددة ، بشكل أساسي ضمن أنظمة قليلة مختارة. بينما قدمت الفئران نظرة ثاقبة لبيولوجيا الشيخوخة ، فمن غير الواضح ما إذا كانت هذه الأنواع قصيرة العمر تفتقر إلى الدفاعات ضد الشيخوخة التي ربما تكون قد تطورت في الأنواع طويلة العمر ذات الصلة. تم ربط العديد من الأمراض المرتبطة بالعمر بخلل وظائف الميتوكوندريا التي يتم قياسها من خلال انخفاض توليد الطاقة ، والأضرار الهيكلية للمكونات الخلوية ، وحتى موت الخلايا. تنظم التعديلات اللاحقة للترجمة (PTMs) العديد من المسارات المرتبطة بعملية التمثيل الغذائي الخلوي ، ويُعتقد أنها منظم رئيسي في الشيخوخة البيولوجية. نقترح فرط التفاعل كأحد هذه التعديلات التي قد تكون متورطة في العديد من إعاقات الميتوكوندريا التي تؤثر على استقلاب الطاقة. الكلمات المفتاحية: علم الأحياء المقارن ، سيرتوين 3 ، أسيل ، ميتوكوندريا ، شيخوخة


جهاز موفر للطاقة

في حين أن هناك تغيرات فسيولوجية مرتبطة بالنوم (مثل التنفس البطيء ومعدل ضربات القلب) ، إلا أنها ليست كبيرة أو كبيرة مثل تلك التي تحدث أثناء السبات. عند السبات ، يتباطأ التمثيل الغذائي للحيوان بشكل ملحوظ: تتباطأ نبضات قلبه ، ويتنفس ببطء (حتى أن بعض الحيوانات تتوقف عن التنفس لفترات تزيد عن ساعة) وتنخفض درجة حرارة جسمه - في بعض الحالات القصوى إلى ما دون درجة تجمد الماء (صفر درجة) درجة مئوية). وهنا نصل إلى سبب سبات الحيوانات: الحد من الأيض يسمح لها بالحفاظ على الطاقة.

لفهم سبب حاجتهم إلى القيام بذلك ، دعنا نعود خطوة إلى الوراء وننظر إلى الفرق بين الكائنات الماصة للحرارة والكائنات الخارجية للحرارة.

ذوات الدم البارد الحيوانات هي تلك التي تعتمد درجة حرارة جسمها على درجة الحرارة المحيطة. ماصات الحرارةعلى النقيض من ذلك ، يمكن أن تنظم درجة حرارة أجسامهم عن طريق توليد الحرارة الداخلية (عن طريق حرق الوقود). الناس ماصون للحرارة. في اللغة اليومية ، نميل إلى التمييز بين الحيوانات "ذوات الدم البارد" ، والتفكير في أشياء مثل الثعابين والسحالي ، والحيوانات "ذوات الدم الحار" ، مثل الثدييات والطيور. ومع ذلك ، قد يكون هذا التمييز مضللًا بعض الشيء ، لأن بعض الأسماك والزواحف والحشرات ماصة للحرارة كليًا أو جزئيًا.

في بعض النواحي ، يعتبر كونك خارج الجسم ميزة - فهو يعني أنك لا تهدر الطاقة في تنظيم درجة حرارة جسمك ، وبالتالي لا تحتاج إلى الكثير من العناصر الغذائية. من ناحية أخرى ، تعتمد ectotherms أكثر على الظروف البيئية: السحلية ، على سبيل المثال ، يمكن أن ترتفع درجة حرارتها من موجة البرد فقط إذا تم تطبيق الحرارة من مصدر خارجي ، مثل الشمس. على النقيض من ذلك ، يمكن أن تقوم Endotherms بتسخين نفسها عن طريق إنتاج الحرارة الأيضية والارتعاش ، على سبيل المثال.

ولكن لكي تتمكن المواد الماصة للحرارة من تنظيم درجة حرارتها ، فإنها تحتاج إلى وقود كافٍ لحرقها - وبعبارة أخرى ، فإنها تحتاج إلى طعام كافٍ لمواجهة آثار البرد. يمكن أن يكون هذا تحديًا عندما يأتي الطقس المتجمد أو عندما يكون الطعام نادرًا. لذلك ، من أجل البقاء على قيد الحياة ، يذهب العديد من الحيوانات الماصة للحرارة إلى ما يعرف بحالة "السبات". أثناء السبات ، تتباطأ العمليات الفسيولوجية ، مثل التنفس ومعدل ضربات القلب. يتم ضبط درجة حرارة الجسم عند نقطة جديدة منخفضة. تُعرف الحيوانات القادرة على ضبط درجة حرارة الجسم (الأساسية) والتمثيل الغذائي بهذه الطريقة باسم (تأخذ نفسًا عميقًا) مغاير الحرارة.

تذهب الضفادع السمراء إلى حالة إنقاذ للطاقة تُعرف باسم السبات كل يوم. مصدر الصورة: بيل كوليسون / فليكر.

مثال على ذلك أفراخ الضفادع السمراء. أكبر طائر معروف بأنه يستخدم السبات ، يذهب إلى هذه الحالة الموفرة للطاقة في الليل أو في الصباح الباكر ، خاصة في أيام الشتاء الباردة ، حيث يتغذى ويعمل كالمعتاد. في الواقع ، تدخل العديد من الطيور سباتًا يوميًا (أو ليلًا) ، بما في ذلك طيور الملوك والبوم ، كما تفعل العديد من الثدييات الصغيرة.

فكيف يرتبط هذا بالسبات؟ حسنًا ، السبات هو في الأساس سلسلة من نوبات السبات التي يستمر كل منها لعدة أيام. يختلف السبات عن السبات اليومي من حيث أنه عادة ما ينطوي على درجات حرارة أقل بكثير في الجسم ومعدلات استقلابية ، وغالبًا ما يكون موسميًا. بالإضافة إلى ذلك ، في حين أن الحيوانات التي تدخل في سبات يومي تستيقظ وتتغذى أو تتغذى بالطريقة المعتادة ، فإن الحيوانات السباتية إما تتغذى على دهون أجسامها أو على طعام مخزن خصيصًا.


درجة الحرارة والحرارة والتمثيل الغذائي

يقلل الانخفاض في درجة الحرارة من معدل التفاعلات المحفزة بالإنزيم (ما يسمى أرهينيوس أو س10 تأثير) (Hochachka and Somero ، 2002) ، لذلك في السباتات ينخفض تيب أثناء الدخول ، من تلقاء نفسه ، سيقلل MR بشكل سلبي. ومع ذلك ، فإن الانخفاض في MR يسبق الانخفاض في تيب، مما يشير إلى قمع التمثيل الغذائي النشط والمنظم. ربما يرجع هذا الانخفاض الأولي في MR في الغالب إلى التغييرات المنسقة في التنظيم الحراري. في الثدييات ، تيب يتم تنظيمه بواسطة الخلايا العصبية في الوطاء الأمامي قبل البصري الذي يحدد نقطة ضبط التنظيم الحراري (تييضع). لو تيب يقع أدناه تييضع، يتم تنشيط آليات الحفاظ على الحرارة. هذه الآليات ، التي تشمل الانتصاب الشعري ("نفخ" الفراء) وتضيق الأوعية المحيطية ، فعالة وتتطلب القليل من الطاقة ، ولكن إذا كانت منخفضة تيأ محركات تيب حتى أقل ، يتم تنشيط الأيض الحراري. في السباتات الصغيرة خلال IBE ، تييضع هو كاليفورنيا. 37 درجة مئوية و تيأ هو كاليفورنيا. 5 درجات مئوية ، لذا فإن التوليد الحراري نشط و MR مرتفع. أثناء الدخول و السبات ، تييضع ينخفض ​​(Heller et al. ، 1977) ، ويتوقف توليد الحرارة وينخفض ​​MR. تنظيم الإسبات تيب حتى أثناء السبات ، وإذا تيأ يسقط دون المستوى المنخفض بالفعل تييضع، يتم تنشيط التوليد الحراري و تيب دافع عنه (باك وبارنز ، 2000).

تشتق معظم الحرارة الحرارية من عمليات الميتوكوندريا. تؤدي أكسدة NADH إلى NAD + بواسطة نظام نقل الإلكترون (ETS) إلى إطلاق 56.2 كيلو كالوري مول 1 من الطاقة المجانية (في ظل الظروف القياسية) ولكن فقط كاليفورنيا. 40٪ من هذه الطاقة تستخدم في فسفرة ADP إلى ATP. يتم إطلاق الباقي على شكل حرارة. تنتج جميع عمليات الأيض في الميتوكوندريا حرارة ، ولكن عند مستوى منخفض تيأ تعمل المواد الماصة للحرارة على تنشيط آليات محددة للحرارة لا تؤدي إلا القليل من العمل المفيد ، ولكنها تولد حرارة لتنظيمها تيب. يكون التوليد الحراري للثدييات إما مقترنًا أو منفصلًا عن الفسفرة المؤكسدة. يمكن أن تتضمن عملية التوليد الحراري المزدوجة ارتعاشًا ودورانًا غير مجدٍ للأيونات عبر الأغشية ، وكلاهما يزيد من معدل التحلل المائي لـ ATP. لا يطلق التحلل المائي لـ ATP بعض الحرارة ولكن تأثيره الحراري الأكبر ينتج عن إنتاج المنتج المائي ADP. ربط ADP بالميتوكوندريا F1Fايسمح ATPase (مجمع ETS V) للبروتونات بالتدفق إلى مصفوفة الميتوكوندريا ، مما يحفز الفسفرة المؤكسدة والتدفق عبر ETS وبالتالي زيادة إنتاج الحرارة. Uncoupled thermogenesis does not depend on ADP and is best described in small eutherian mammals that possess brown adipose tissue (BAT). This unique tissue has high levels of mitochondria that contain very little F1FاATPase but considerable amounts of uncoupling protein 1 (UCP1) (Fig. 2). When activated by sympathetic stimulation, UCP1 allows protons to flow into the mitochondrial matrix, stimulating ETS flux and heat production, but with virtually no ATP synthesis (Klingenspor and Fromme, 2012).

So, in hibernators it might be reasonable to hypothesize that initial energy savings are realized simply by reducing تييضع and thermogenesis during entrance, with the Arrhenius effect further reducing MR as تيب السقوط. However, data do not support this hypothesis. The edible dormouse, جليس جليس, will enter hibernation even at thermoneutral temperatures (تيأ=28.6°C) when thermogenesis would not be active. Under these conditions, MR still decreases considerably during entrance before تيب falls, suggesting that other mechanisms of metabolic suppression are invoked (Heldmaier et al., 2004).


Hibernation, Metabolism and Aging - Biology

Scientists studying this phenomenon are finding promise for human medical applications

"ANIMALS TAKE THEIR WINTER-SLEEP . . . by concealing themselves in warm places,&rdquo wrote the Greek natural historian Aristotle more than 2,300 years ago. He reported that brown bears fatten before winter, sleep in dens in which females give birth, sometimes wake during hibernation and go the entire winter without eating&mdashall true. But he also espoused many misguided ideas about &ldquowinter hiding,&rdquo believing that migratory birds disappeared in cold seasons because they were hibernating. Sagacity is won slowly, and only in recent times have the slumbers of hibernation begun waking to the prodding of science.

&ldquoHibernation is an adaptation to an anticipation of famine,&rdquo says Brian Barnes, director of the Institute of Arctic Biology at the University of Alaska&ndashFairbanks, who has studied hibernation for 40 years. During hibernation, Barnes says, an animal can &ldquomanipulate every cell&rsquos need for energy and oxygen plus reduce heat production,&rdquo curtailing its need for fuel when food is scarce. Some evidence suggests that by avoiding such stresses as hunger and bad weather, hibernating species live longer than related animals that don&rsquot hibernate.

That helps explain why hibernation is found in a wide range of species, from mammals to snakes to fishes. Among mammals, hibernators are found in bears, bats, rodents and even primates&mdashat least three species of lemur in Madagascar hibernate. Scientists are discovering that the behavior is more complex than its basically comatose state might suggest and that it may offer pathways to treatments of human ailments such as osteoporosis.

Who is the Better Hibernator, Ground Squirrels or Bears?

The Arctic ground squirrel (right) probably is North America&rsquos champion hibernator and certainly its northernmost, a circumpolar species found all the way to the Arctic Coast. The rodent endures some of the planet&rsquos harshest winters and the shortest active season of any hibernator, as little as three months. It can survive for three weeks at a body temperature of 22 degrees F, a condition that would kill more southerly rodent hibernators in less than an hour.

Barnes and his colleagues have found that females and yearlings of both genders exit their dens from mid-April to early May at their lowest weight of the year. Adult males, however, emerge at close to maximum poundage because they feed on stored food for up to four weeks before coming out of their dens, recovering an average 48 percent loss in body weight. Once above ground, males focus on mating rather than eating and promptly lose more than a fifth of their body weight during the mid-April to early-May breeding season. Leaving winter dens at peak weight is a plus for breeding males because bigger males dominate smaller.

Females begin to fatten in July, after their young are weaned. Males don&rsquot start gaining weight until mid-August and even as late as September. Prepping for Arctic cold is a twofold task for males: They have to get fat and store food. Consequently, they don&rsquot go into their dens until September, a good month or so after females have drifted off into winter sleep. Ground squirrels hibernate for seven to nine months. Like other hibernating rodents, Barnes says, they rouse every few weeks and move in the den before returning to torpor.

Although Arctic ground squirrels accomplish amazing feats during long periods of inactivity, in some ways, Barnes says, black bears&mdashanother of his study species&mdashare better hibernators: Wintering rodents have to urinate, while bears don&rsquot. &ldquoThey&rsquore a closed system,&rdquo he says. They hibernate five to seven months a year without food or water. All they need is air.

While hibernating, black bear basal metabolism drops 25 to 50 percent. Because of its large size, a bear can retain heat, so its body temperature doesn&rsquot drop as low as does a rodent&rsquos, varying from 86 to 96.8 degrees F during multiday cycles. At this relatively high level of metabolism, hibernating bears change position from once every two days to twice a day and can wake to defend themselves from intruders.

In Alaska, where Barnes studies them, black bears leave their dens in April. By then the body temperature is normal at about 99 degrees F, but resting metabolism remains low for up to three weeks, hovering just above 50 percent of basal rate. Barnes suspects that the low metabolism may stem in part from changes in the digestive system. &ldquoBears probably shrink a number of organs during hibernation&mdashthe gut, the liver,&rdquo he suggests. &ldquoWhen they begin feeding, they need time to regrow the gut, which may be what we&rsquore seeing during the delay in metabolism. The bears that we have studied certainly are interested in food, though on day one or two they may not eat. Within a few more days they are ravenous&mdashthey&rsquore eating.&rdquo

What Hibernators Could Teach Us

Both bears and squirrels, as well as other hibernators, show physiological conditions of interest to researchers seeking medical applications. For example, a nonhibernating mammal that remained inactive for 4 to 17 weeks would suffer bone loss of 9 to 29 percent due to decreases in bone formation as well as significant muscle loss. Although hibernating bears and ground squirrels are largely inactive, they show no loss of bone, little loss in muscle mass and strength, and maintain skeletal function and mobility during and after hibernation.

&ldquoThere&rsquos a lot to be learned from bears, especially for human medicine,&rdquo Barnes says. His studies show that in some black bear tissues more genes are turned on during hibernation than during summer months, which may result in physiological changes that prevent bone and muscle loss. For example, Barnes and his colleagues have found that 24 genes involved in the use of fats and in the construction of protein were turned on significantly more in both heart and liver during hibernation&mdashchanges that presumably help to reduce cardiac and other muscle atrophy. The researchers are trying to learn how the genetic mechanism works and if it can be replicated in humans.

Arctic ground squirrels may offer answers to another question on Barnes&rsquo mind: How are the rodents protected from heart attacks caused by blood clots while their hearts beat slowly? Researchers, he says, can stop a hibernating squirrel&rsquos heart for 45 minutes and start it again without causing any damage to the animal&rsquos brain, heart or body muscles.

Damage to tissues from heart attack is caused in part by inflammation. Squirrels &ldquodial down the inflammatory response,&rdquo Barnes says, and also undergo physiological changes&mdashfor example, the blood becomes more viscous&mdashthat decrease clotting. Apparently they survive by turning off all genes for sugar metabolism and switching to burning fat, which may offer protection from strokes and heart attack. The mechanism behind this change is unclear, but research in this area offers promise for cardiac treatments.

Across the continent, in the Department of Pediatrics and the Hospital for Sick Children at Canada&rsquos University of Toronto, Dr. Ronald Cohn is linking studies of a hibernating prairie rodent, the thirteen-lined ground squirrel, with potential treatments for muscular dystrophy, which in humans exposes muscle to injury and atrophy even if its victims remain active. &ldquoHibernating animals know something we don&rsquot know,&rdquo he says.

If he can locate the mechanism that allows the ground squirrels to prevent muscular atrophy, he may find applications to prevent wasting away in humans. Atrophy is caused by degradation of muscle-building protein. Cohn is focusing on SGK, a protein that in ground squirrels plays a role in protecting muscle from atrophy during inactivity. Cohen suspects that SGK prevents loss of muscle mass in squirrels by ensuring that proteins don&rsquot degrade. He is testing how the protein works in various animal models. Ideally, he wants to produce a pill that can be used to treat atrophy caused by disease and even by aging, allowing humans to mimic the benefits of hibernation without sleeping.

Similarly, natural mechanisms used by hibernating turtles to protect the heart and brain from oxygen deprivation may one day improve treatments for heart attack or stroke. Both conditions can lead to severe disability or death within minutes in patients deprived of oxygen. Richard K. Wilson, director of Washington University&rsquos Genome Institute, and his colleagues recently identified 19 genes in the western painted turtle&rsquos brain and 23 in the heart that are activated in low-oxygen conditions. These genes also occur in humans and may prove important for exploring treatments designed to reduce tissue damage from oxygen deprivation.

&ldquoTurtles are nothing short of an enigma,&rdquo Wilson says &ldquoThey resist growing old, can reproduce even at advanced ages, and their bodies can freeze solid, thaw and survive without damaging delicate organs and tissues. We could learn a lot from them.&rdquo


UAF photo by Todd Paris
Jeanette Moore, a UAF Institute of Arctic Biology research professional, holds an arctic ground squirrel in 2016.

A new five-year, $11.8 million National Institutes of Health grant will help University of Alaska scientists translate their knowledge of hibernating animals into treatments that advance human health.

The University of Alaska Fairbanks Institute of Arctic Biology will lead the newly formed Center of Transformative Research in Metabolism. University of Alaska Anchorage researchers will also participate.

Hibernating animals, such as arctic ground squirrels and black bears, undergo unique changes in their metabolism — the processes that build and break down materials in living cells and provide them with energy. These changes allow the animals to survive long periods of reduced activity and body temperature with no health problems.

Understanding these adaptations could reveal ways to treat certain human health problems, such as atrophy in unused and aging muscles, obesity, type 2 diabetes and cardiovascular diseases.

The center will build on the university’s long history of research into northern animals that hibernate through Alaska’s winters.

“We’re going to understand the novel insights that they provide and be able to translate that into human applications,” said UAF professor Kelly Drew, who led the effort to obtain funding.

Knowing more about hibernating animals may point to new treatments for metabolic diseases in humans, according to IAB Director Brian Barnes, a UAF professor who has studied arctic ground squirrels for more than three decades.

“This is a big deal since it shows NIH’s recognition of hibernation as a deserving model for investment in biomedical research and UAF as a national and international center of expertise in hibernation and medical applications,” he said.

At UAF, the money initially will upgrade and maintain magnetic resonance imaging machines in the Murie and Reichardt buildings. It will also renovate part of the Robert G. White Large Animal Research Station on Yankovich Road to create a breeding colony of arctic ground squirrels.

Professor Trey Coker, who will lead the UAF research, already runs a lab that specializes in the study of problems related to human metabolism, such as obesity and muscle loss in aging adults. Hibernation research will enhance that work, Drew said.

At UAA, the grant will pay for equipment and technicians to advance research into microbial communities. Professor Khrys Duddleston, the UAA project leader, has been studying how gut microbes in arctic ground squirrels might help them maintain muscle mass during eight months in hibernation.

In total, the grant will support about 10 researchers, Drew said.

The UA effort is funded by the NIH’s Institutional Development Award program as a Center of Biomedical Research Excellence. The IDeA program’s COBRE grants support three five-year research phases. They are intended to build facilities and expertise in states that are working to grow their biomedical research infrastructure.


How do animals hibernate?

This might seem like a trick question, but many misconceptions exist around the concept of hibernation.

Hibernation has a long, ancient history: One fossil study even suggests hibernation goes back as 250 million years ago. That study suggests pig-sized pre-mammals known as lystrosaurus went into long periods of sleep to cope with stressful, cold conditions in the Arctic Circle.

Modern-day hibernation doesn’t look all that different. However, not all animals sleep for the entire winter. Others do: For example, dwarf lemurs living in the wild hibernate between three to seven months a year.

Marina Blanco led the study of the dwarf lemur and is a research scientist at the Duke Lemur Center. She tells معكوس these lemurs nearly stop their metabolic activity, reduce their body temperature, and gear up for the long winter.

“They can shut down metabolism for several months to a year, but they need to prepare for it by accumulating fat reserves, or cache food,” Blanco says.

But contrary to popular belief, many animals, such as bears, don’t actually sleep all winter. Instead, they merely constrain their metabolic functions so they no longer need to expend energy doing basic tasks, such as pooping. But the severity of the winter can also affect how long they slumber.

Rather than associating hibernation purely with sleep, research suggests we should view hibernation primarily as an energy-saving mechanism.


Alaska researchers will apply hibernation insights to human health

A new five-year, $11.8 million National Institutes of Health grant will help University of Alaska scientists translate their knowledge of hibernating animals into treatments that advance human health.

The University of Alaska Fairbanks Institute of Arctic Biology will lead the newly formed Center of Transformative Research in Metabolism. University of Alaska Anchorage researchers will also participate.

Hibernating animals, such as arctic ground squirrels and black bears, undergo unique changes in their metabolism -- the processes that build and break down materials in living cells and provide them with energy. These changes allow the animals to survive long periods of reduced activity and body temperature with no health problems.

Understanding these adaptations could reveal ways to treat certain human health problems, such as atrophy in unused and aging muscles, obesity, type 2 diabetes and cardiovascular diseases.

The center will build on the university's long history of research into northern animals that hibernate through Alaska's winters.

"We're going to understand the novel insights that they provide and be able to translate that into human applications," said UAF professor Kelly Drew, who led the effort to obtain funding.

Knowing more about hibernating animals may point to new treatments for metabolic diseases in humans, according to IAB Director Brian Barnes, a UAF professor who has studied arctic ground squirrels for more than three decades.

"This is a big deal since it shows NIH's recognition of hibernation as a deserving model for investment in biomedical research and UAF as a national and international center of expertise in hibernation and medical applications," he said.

At UAF, the money initially will upgrade and maintain magnetic resonance imaging machines in the Murie and Reichardt buildings. It will also renovate part of the Robert G. White Large Animal Research Station on Yankovich Road to create a breeding colony of arctic ground squirrels.

Professor Trey Coker, who will lead the UAF research, already runs a lab that specializes in the study of problems related to human metabolism, such as obesity and muscle loss in aging adults. Hibernation research will enhance that work, Drew said.

At UAA, the grant will pay for equipment and technicians to advance research into microbial communities. Professor Khrys Duddleston, the UAA project leader, has been studying how gut microbes in arctic ground squirrels might help them maintain muscle mass during eight months in hibernation.

In total, the grant will support about 10 researchers, Drew said.

The UA effort is funded by the NIH's Institutional Development Award program as a Center of Biomedical Research Excellence. The IDeA program's COBRE grants support three five-year research phases. They are intended to build facilities and expertise in states that are working to grow their biomedical research infrastructure.

تنصل: AAAS و EurekAlert! ليست مسؤولة عن دقة النشرات الإخبارية المرسلة إلى EurekAlert! من خلال المؤسسات المساهمة أو لاستخدام أي معلومات من خلال نظام EurekAlert.


شاهد الفيديو: Autophagy. Everything You Need To Know (شهر نوفمبر 2022).