Oxidative stress, neuroendocrine function and behavior in an animal model of extended longevity
Berry, A.
Citation
Berry, A. (2010, April 21). Oxidative stress, neuroendocrine function and behavior in an animal model of extended longevity. Retrieved from https://hdl.handle.net/1887/15280
Version: Corrected Publisher’s Version
License: Licence agreement concerning inclusion of doctoral thesis in the Institutional Repository of the University of Leiden
Downloaded from: https://hdl.handle.net/1887/15280
Note: To cite this publication please use the final published version (if applicable).
SAMENVATTING
In de 20e eeuw is de levensverwachting in de westerse samenleving sterk gestegen, met als gevolg een evenredige toename van het voorkomen van leeftijdsgebonden ziekten, waaronder neurodegeneratieve aandoeningen en dementie, die beiden inter- fereren met de kwaliteit van leven. Zodoende is er momenteel grote belangstelling voor nieuwe inzichten in de mechanismen die levensduur (mede)bepalen, evenals in specifieke benaderingen om de fragiliteit op oudere leeftijd te verlichten.
Dit proefschrift is gericht op het onderzoek naar de mechanismen die ten grondslag liggen aan verlengde levensduur, een kenmerkende eigenschap van de p66Shc-/-muis.
P66Shcis een gen dat codeert voor een induceerbaar redox-enzym dat, wanneer geac- tiveerd door stress, ROS (H2O2) produceert om apoptose te activeren. De afwezigheid van dit gen leidt daarom tot een toestand van verminderde oxidatieve stress met als gevolg dat de levensduur van de muizen verhoogd wordt met 30% (Giorgio et al., 2007). Bovendien is onlangs beschreven dat dit gen een regulerende rol speelt bij de invloed van insuline op de energetische stofwisseling (bij muizen). In overeenstem- ming hiermee blijkt het p66Shcgen actief te zijn in de hypofyse en de hersenen, met name in een vroeg stadium van de ontwikkeling op het moment dat cellen groeien en zich differentiëren. Ontregeling van de activiteit van de hypothalamus-hypofyse- bijnier as en de daarmee gepaard gaande verhoogde glucocorticoïd (GC) niveaus zijn kenmerkend voor het verouderingsproces en kunnen leeftijdsgerelateerde neurode- generatieve pathologieën bevorderen. Er zijn aanwijzingen dat stress en oxidatieve stress hierbij synergetisch kunnen werken. Voorts wijzen steeds meer resultaten op een rol van redox-regulatie bij de activatie van de receptoren voor glucocorticoïd- hormonen, die functioneren als gentranscriptiefactoren. Zodoende was de belan- grijkste vraag voor het onderzoek in dit proefschrift of de complexe interacties tussen oxidatieve stress en het neuro-endocriene systeem een bepalende factor zou kunnen zijn voor het verouderingsproces in p66Shc-/-muizen. De verwachting was met name dat het verlaagde niveau van ROS, kenmerkend voor de de mutanten, zou kunnen leiden tot een meer efficiënte regulatie van de hypothalamus-hypofyse-bijnier as met als gevolg vertraging van het verouderingsproces. Hiertoe werd de invloed van p66Shc op de regulatie van gedrag en neuro-endocriene processen getest vanaf het vroege postnatale leven tot aan op hoge leeftijd.
In hoofdstuk 2 is het effect van het ontbreken van het p66Shc gen op maternaal gedrag en op de algehele conditie en aanpassingsvermogen (fitness) beschreven.
Verondersteld wordt dat maternaal gedrag gedurende het vroege postnatale leven bi- jdraagt aan het gedragsmatige/emotionele (hoofdstukken 4 en 5) en neuro-en- docriene fenotype (hoofdstuk 3) van de p66Shc-/-muizen. Voorts wordt verondersteld dat het gedrag van de moeder tot stand komt door een gestoord metabolisme. In vergelijking met controle dieren ervaren p66Shc-/-pups vanaf de eerste tot de achtste dag na de geboorte abrupte veranderingen in maternale zorg. Om precies te zijn was met name het maternale gedrag van de mutanten beperkt en ongericht, wat ver- 151
moedelijk werd veroorzaakt door een veranderd voedingspatroon als gevolg van de verstoring van een door p66Shc- gestuurd metabolisme. Dit patroon kan vergeleken worden met een ecologisch scenario waarin voedsel niet ad libitum beschikbaar is, een scenario dat ook experimenteel toetsbaar bleek. Recentelijk is aangetoond dat p66Shc-/-muizen gekenmerkt worden door een snelle stofwisseling en een langzame vet-opslag. Veranderingen in maternale zorg lijken derhalve gerelateerd te zijn aan een verhoogde metabole vraag, vooral tijdens een veeleisende conditie als lactatie. Met name mutante muizenmoeders bleken meer kannibalisme te vertonen in vergelijking met de wild-type controles. Dit gedrag kan een gevolg zijn van de specifieke voed- ingsbehoeften van dit genotype. Daarnaast werden p66Shcmutanten gekenmerkt door een verminderde ‘fitness’ of aanpassingsvermogen zowel bij doorfokken als onder stressvolle omstandigheden. De puberteit treedt ook eerder in bij de mutanten.
Deze gegevens wijzen er op dat p66Shceen belangrijke genetische factor kan zijn in de ‘trade-off’ tussen vruchtbaarheid en levensduur.
In hoofdstuk 3 is onderzoek beschreven waarin de neuro-endocriene functie van de knock-out (KO) muizen is onderzocht, die mogelijk een belangrijke factor kan zijn die bepalend is voor zowel het emotionele fenotype als de levensduur van de mutan- ten. Wij hebben aangetoond dat de neuro-endocriene functie van de mutanten (tij- dens volwassenheid) niet verschilde tussen de p66ShcKO en controle dieren, wat blijkt uit de corticosteron (CORT) respons na bllotstelling aan de ‘restraint stressor’ en na de toediening van LPS. Er werd echter wel een geringe maar significante overactivatie van de hypothalamus-hypofyse-bijnier -as gevonden met behulp van de dexametha- sonsuppressietest. Dexamethason onderdrukte de afgifte van corticosteron minder goed in de KO dan in de controle dieren. Deze bevinding zou een afspiegeling kun- nen zijn van het gezondere en langer levende fenotype van de mutanten. Markers van oxidatieve stress zijn nu ook voor de eerste maal gemeten in het centraal zenuwstelsel van deze mutanten. De KO muizen lieten geen verhoogde niveaus van isoprostanes (15-F2t-IsopP) zien. Tegelijkertijd was ‘brain-derived neurotrophic factor (BDNF)’
selectief verhoogd in de ‘wild type’ controle dieren, terwijl het niveau van prostaglandines (PGE2) alleen verlaagd was in de mutanten, mogelijk als gevolg van een verminderde neuronale excitatie in reactie op stress in de mutanten.
De conclusie was dat in de p66Shc-/-mutanten de grotere weerstand tegen door stress geïnduceerde veranderingen ten grondslag kan liggen aan de betere gezondheidstoe- stand en de langere levensduur kenmerkend voor deze muizen (hoofdstukken 4 en 5).
In hoofdstukken 4 en 5 zijn de effecten van het ontbreken van de p66Shcgen op het gedragsfenotype van de mutanten onderzocht op verschillende leeftijden, van vol- wassenheid tot op hoge leeftijd, in het bijzonder wat betreft de cognitieve, emotionele en nociceptieve eigenschappen. Mutante muizen vertoonden een geleidelijke leefti- jdsafhankelijke verandering in het gedragsprofiel, gekenmerkt door een verminderde emotionaliteit en betere cognitieve vaardigheden op volwassen leeftijd, tesamen met een algemeen gezonder fenotype bij oude individuen. Interessant is dat deze gedragskenmerken in volwassen KO dieren gepaard gaan met verhoogde basale niveaus van BDNF in de hippocampus, evenals verlaagde niveaus van oxidatieve
152
stress markers in ditzelfde gebied in de hersenen.
Het gedrag wijst er opeen rol van het p66Shcgen bij neuronale plasticiteit en emo- tionele regulatie tijdens veroudering.
Tot slot, de onderzoeksresultaten die beschreven zijn in het huidige proefschrift geven aan dat in dit muismodel de rol van het p66Shcgen voor levensduur niet alleen gerelateerd is aan de effecten op oxidatieve stress, maar ook aan de interactie ervan met metabole en gedragsfuncties als belangrijke determinanten van ‘healthspan’
gedurende het verouderingsproces.
153
