Onde e como no mTOR Pathway Inhibitors Fighting Envelhecimento: Rapamycin, Resveratrol, e Metformin

2.1. Produção de energia anabólica vs. catabólica

AMPK é um dos detectores metabólicos primários conservados através dos géneros sendo activados por condições que causam uma baixa relação ATP:ADP, tais como hipoglicemia e hipoxia. A fosforilação de provavelmente mais de 1000 alvos por AMPK corta as vias anabolizantes (que consomem energia) e activa as vias catabólicas (geradoras de energia). Um dos alvos do AMPK para a fosforilação é o peroxisómero activado pelo receptor gama-coactivador-1 alfa (PGC-1α) que se torna activo resultando no aumento da biogénese da mitocôndria, potencial de membrana, e oxidação de ácidos gordos , uma característica recorrente encontrada durante a restrição calórica. O AMPK também activa os factores de transcrição da cabeça do garfo da classe O (FOXO), o que leva ao aumento da autofagia e dos antioxidantes, ambos levando ao aumento do metabolismo oxidativo, como o PGC-1α faz .

No caso de intervenções de prolongamento da vida, a dosagem torna-se muito importante. Muito do que é bom, pode definitivamente ser mau (isto é, cancro), e o mecanismo molecular que afecta a longevidade está a ser elucidado. Por exemplo, em Caenorhabditis elegans, a metformina é encontrada para atrasar o desenvolvimento em condições bem alimentadas e até reduz a esperança de vida durante a fome. A função mitocondrial melhorada, diminui o consumo de oxigénio necessário, o que causa uma diminuição benéfica nas espécies reactivas de oxigénio (ROS) . A biogénese mitocondrial é controlada de forma diferente, dependendo do estado dos tecidos e da doença. Por exemplo, verificou-se que a sinalização mTOR aumenta a expressão dos genes mitocondriais envolvidos no metabolismo oxidativo, através de PGC-1α e Ying-Yang 1 (YY1). Isto aumentou a biogénese mitocondrial no músculo de indivíduos saudáveis, mas não em indivíduos obesos, talvez devido à diminuição da sensibilidade à insulina. A mTORC1 não só é específica da célula de actividade mTORC1, como também é dependente da concentração ser induzida e inibida por níveis baixos e altos de ROS, respectivamente . Esta sensibilidade de concentração da mTOR é benéfica, uma vez que actua como um centro para vias interdependentes, tais como a capacidade da mTOR de modificar a biogénese mitocondrial e aumentar a autofagia (que ajuda a degradar as mitocôndrias danificadas e outras organelas). Dois modelos de envelhecimento foram estabelecidos em levedura (Saccharomyces cerevisiae): a duração de vida reprodutiva (RLS) e a duração de vida cronológica (CLS). O RLS mede o número de divisões mitóticas assimétricas que uma célula pode sofrer antes da paragem do ciclo celular e é um modelo valioso para fibroblastos, linfócitos, ou células estaminais em humanos . CLS em contraste mede quanto tempo as culturas estacionárias (Go) permanecem viáveis e é um modelo para células pós-mitóticas como neurónios ou células musculares . A análise específica de órgãos de estudos humanos in vivo, embora difícil, ajudaria a elucidar mímicas de CR a montante e a montante de mTOR.

Metformina é um composto que prolonga a terceira vida em contraste com a rapamicina e o resveratrol, porque inibe o complexo I da cadeia respiratória mitocondrial, levando à diminuição do ATP:ADP, que activa o AMPK . Além disso, a metformina tem muitos dados humanos uma vez que é um medicamento antidiabético oral comum utilizado para pessoas com excesso de peso com diabetes mellitus tipo 2 (T2DM). A metformina inibe a produção de glucose hepática, reduz a resistência à insulina, e tem sido recentemente investigada como terapêutica anti-envelhecimento. A metformina está actualmente a ser investigada para utilização em vários cancros; contudo, a metformina também tem estado ligada ao desenvolvimento de alguns tumores sólidos em humanos, nomeadamente cancro colorrectal, da mama e do pâncreas. O complexo mitocondrial I é claramente inibido pela metformina levando à activação dependente de AMPK do TSC2 que inibe a mTOR. O AMPK também pode inactivar directamente o complexo mTORC1 através da fosforilação da sua subunidade Raptor. No entanto, foi também demonstrado que a metformina pode agir de forma independente do AMPK, embora esse mecanismo seja menos claro mas possa envolver complexo de poros nucleares (NPC) ou interacções endossómicas tardias que tenham sido documentadas. A interacção NPC foi encontrada quando C. elegansortholog de um membro da família acyl-CoA desidrogenase 10 (CeACAD10) foi considerado como tendo uma resistência 3 vezes maior à metformina. A expressão CeACAD10 foi mais do que duplicada por 50 mM de metformina, e um ecrã genético imparcial e avançado descobriu que o complexo de poros nucleares é necessário para que a metformina induza a CeACAD10 . Essa via molecular é actualmente exclusiva da metformina, em comparação com o resveratrol ou rapamicina, e embora tenham sido encontrados múltiplos alvos para a metformina, algumas vias que se sobrepõem entre estas três moléculas permitem uma compreensão mais robusta das restrições calóricas possíveis dos mecanismos de prolongamento da vida. Não só o mTORC1, mas mesmo o AMPK a montante, demonstrou ser necessário para os efeitos positivos das três moléculas rapamicina, resveratrol e metformina. A via molecular da metformina também foi elucidada a montante do AMPK. A metformina interage com os permutadores organelle Na1/H1 (eNHE) e o V-type-ATPase (V-ATPase) que apoia a ideia do endossoma/lisossoma tardio, que é exigido tanto pela via AMPK como pela via mTOR, actuando como um centro de sinalização para o metabolismo .

Embora as métricas brutas como o peso sejam frequentemente relatadas em estudos e úteis para seguir, elas não são suficientes para investigar o fenómeno do envelhecimento. Por exemplo, verificou-se que os ratos administrados resveratrol não perderam peso. O grau em que o resveratrol imita a restrição calórica (CR) tem sido demonstrado a nível molecular em ratos com alterações na expressão genética que se sobrepõem no tecido adiposo, músculo esquelético, coração, fígado, e neocórtex. Curiosamente, tanto o resveratrol como o CR abrandaram o declínio da função dos órgãos relacionado com a idade, mostrando que o benefício do resveratrol não estava dependente da perda de peso. O outro lado da moeda calórica que é frequentemente investigado independentemente da RC é o défice calórico induzido pelo exercício. Em geral, a RC tem propriedades de prolongamento de vida mais robustas do que um défice calórico induzido pelo exercício. Para os seres humanos modernos, é claro que é extremamente difícil exercer o mesmo défice calórico que pode ser alcançado através da CR. Em suma, é mais difícil fugir de uma refeição de fast-food do que não comer a refeição em primeiro lugar. Foi demonstrado nos roedores que o aumento da actividade para atingir um défice relativo de energia de 30% não prolongou a duração máxima de vida, mas aumentou a duração média de vida. A capacidade do resveratrol para aumentar a duração de vida variou significativamente entre estudos, mas foi de cerca de 40% para leveduras, 15% para vermes, 30% para peixes, e 10% para ratos .

Existem dois complexos proteicos multisubunidade mTOR que se tem demonstrado serem regulados de forma diferente. O complexo mTOR 1 (mTORC1) e o complexo mTOR 2 (mTORC2) partilham o domínio DEP dos componentes proteicos que contêm a proteína de interacção mTOR (DEPTOR), a proteína 8 (mLST8, também conhecida como GβL), a proteína 2 (telO2), e a proteína 1 (tti1) (mostrada como azul claro na Figura 2). mTORC1 tem três componentes principais: mTOR, proteína associada ao regulador de mTOR (Raptor), e mamífero letal com proteína sec-13 8 (mLST8). Enquanto que o complexo mTOR 2 (mTORC2) partilha os componentes centrais do mTOR, mLST8, mas também inclui o companheiro não sensível à rapamicina do TOR (Rictor), e a proteína 1 (mSIN1), activada por mamíferos, que interage com o stress (mSIN1) (Figura 2) . mTORC1 é activada por nutrientes e factores de crescimento, ao mesmo tempo que é inibida em estados celulares de baixa energia. Uma complexidade conhecida com a via do mTOR é a diferença em resposta aos inibidores, não só pelo mTORC1 e mTORC2, mas também pelo tecido. mTORC1 é universalmente inibido pela rapamicina, enquanto que o mTORC2 necessita de exposição a longo prazo para ser inibido pela rapamicina, que continua a ser investigada. Embora o DEPTOR seja conhecido por inibir parcialmente a mTORC1, pode não diminuir a lipogénese ou a inflamação por si só, contudo, em conjunto com os inibidores AKT Serine/Threonine Kinase 1 (AKT) pode resultar tanto na diminuição da lipogénese como na inflamação . A terapia combinada pode ser necessária ao visar mTORC1 para atingir os efeitos desejados.

p>> enquanto múltiplos alvos a montante do mTOR continuam a ser investigados, acções bem descritas a jusante da ajuda do mTOR na análise de estudos in vivo, in vitro, e clínicos. Enquanto o principal efeito a jusante da activação de mTOR é a produção de energia anabólica (com a mudança dos inibidores para a produção de energia catabólica a partir da gordura), outro efeito significativo a jusante da activação de mTOR é o aumento da inflamação. Em geral, as pessoas que vivem no mundo ocidental vivem num estado de inflamação em excesso. Verificou-se que a alimentação restrita ao tempo (TRF) ajuda a resposta imunitária, reduzindo a inflamação sistémica de baixo grau e as doenças crónicas relacionadas com o envelhecimento ligadas à imunosenescência, sem comprometer o desempenho muscular. A redução da inflamação observada em indivíduos com restrições calóricas deve-se em parte a um aumento da autofagia a partir da CR (ver abaixo). A via do mTOR demonstrou desencadear o desenvolvimento de células T, células B, e células que apresentam antigénios (APC). De facto, o resveratrol (encontrado em plantas como uvas, vinho tinto, amoras e amendoins) foi descrito como um amplo espectro de acção anti-inflamatória que atenua a sobreactivação das células microgliais através da inibição do mTOR . A inibição do resveratrol de NF-κB causa um aumento da superóxido dismutase (SOD) e resulta numa diminuição das citocinas pró-inflamatórias IL-1β, IL-6, e TNF-α .

Análise genómica ampla será provavelmente necessária para elucidar as causas benéficas a nível molecular da restrição calórica. Por exemplo, Dato et al. analisaram recentemente as interacções SNP-SNP baseadas em 3 vias: a sinalização do factor de crescimento insulínico/insulínico (IIS), a reparação do ADN, e pró/antioxidantes. Efeitos sinergéticos sobre a longevidade foram encontrados na combinação do receptor de secretagogue da hormona de crescimento (GHSR) e genes homologados MRE11 de reparação de nuclease MRE11 (MRE11A), que estão envolvidos na sinalização IIS. O TP53 também teve efeitos sinérgicos ou com o ERCC Excision Repair 2 (ERCC2) ou com a tioredoxina reductase 1 (TXNRD1). Estes resultados destacaram o papel central do TP53 na activação da reparação do ADN e das vias pró-antioxidantes .