In this review, we discuss the genes and the related signal pathways that regulate aging and longevity by reviewing recent findings of genetic longevity models in rodents in reference to findings with lower organisms. We also paid special attention to the genes and signals mediating the effects of calorie restriction (CR), a powerful intervention that slows the aging process and extends the lifespan in a range of organisms. An evolutionary view emphasizes the roles of nutrient-sensing and neuroendocrine adaptation to food shortage as the mechanisms underlying the effects of CR. Genetic and non-genetic interventions without CR suggest a role for single or combined hormonal signals that partly mediate the effect of CR. Longevity genes fall into two categories, genes relevant to nutrient-sensing systems and those associated with mitochondrial function or redox regulation. In mammals, disrupted or reduced growth hormone (GH)-insulin-like growth factor (IGF)-1 signaling robustly favors longevity. CR also suppresses the GH-IGF-1 axis, indicating the importance of this signal pathway. Surprisingly, there are very few longevity models to evaluate the enhanced anti-oxidative mechanism, while there is substantial evidence supporting the oxidative stress and damage theory of aging. Either increased or reduced mitochondrial function may extend the lifespan. The role of redox regulation and mitochondrial function in CR remains to be elucidated.
The mechanism of anti-aging of fermented jujube (Zizyphus jujuba fruits (ZJF)) was investigated using transgenic daf-16 and mev-1 strains of C. elegans. Jujube extracts fermented for 7 days (F7-ZJF) and 14 days (F14-ZJF) with Laetiporus sulphureus were treated to a NGM agar plate with 10-15 transgenic daf-16 and mev-1 strains of the synchronized age. There was no difference of lifespan between the drug-treated group (7-day fermented ex. (F7-zjf-200 ㎍/mL), 14-day fermented ex. (F14-zjf-200 ㎍/mL)) and the non-treatment group in both daf-16 and mev-1 strains. In the thermal stress experiment, F7-zjf-200 ㎍/mL showed a significant (t = 4.017) activity in thermal stress resistance with a 12% higher survival rate than the control group. In the survival test in H2O2, F7-zjf-200 ㎍/mL and F14-zjf-100 ㎍/mL have significant activity in oxidative stress resistance compared to the control group. This study indicates that life span expand of N2 strain of the jujube extract is related to the regulation of daf-16 and inhibition of mev-1 signal in C. elegans.
Peroxiredoxin II (Prdx II; a typical 2-Cys Prdx) has been originally isolated from erythrocytes, and its structure and peroxidase activity have been adequately studied. Prdx II has been reported to protect a wide range of cellular environments as antioxidant enzyme, and its dysfunctions may be implicated in a variety of disease states associated with oxidative stress, including cancer and aging-associated pathologies. But, the precise mechanism is still obscure in various aspects of aging containing ovarian aging. Identification and relative quantification of the increased proteins affected by Prdx II deficiency may help identify novel signaling mechanisms that are important for oxidative stress-related diseases. To identify the increased proteins in Prdx $II^{-/-}$ mice, we performed RBC comparative proteome analysis in membrane fraction and cytosolic fractions by nano-UPLC-$MS^E$ shotgun proteomics. We found the increased 86 proteins in membrane (32 proteins) and cytosolic (54 proteins) fractions, and analyzed comparative expression pattern in healthy RBCs of Prdx $II^{+/+}$ mice, healthy RBCs of Prdx $II^{-/-}$ mice, and abnormal RBCs of Prdx $II^{-/-}$ mice. These proteins belonged to cellular functions related with RBC lifespan maintain, such as cellular morphology and assembly, cell-cell interaction, metabolism, and stress-induced signaling. Moreover, protein networks among the increased proteins were analyzed to associate with various diseases. Taken together, RBC proteome may provide clues to understand the clue about redox-imbalanced diseases.
Airborne particulate matter (PM) is an environmentally hazardous pollutant that originates from various sources. PM is comprised of solid particles and liquid droplets of diverse composition and size. Hazardous chemical compositions of PM include elemental and organic carbon, organic compounds, biological compounds and metals. Upon acute and chronic PM exposure, toxic contaminants enter and accumulate within physiological systems and prompt cell structure changes accompanied with intracellular endoplasmic reticulum stress, mitochondrial dysfunction, oxidative stress, inflammation, lipid accumulation, and cell cycle arrest. Ultimately, these cellular response leads to the development of key characteristics of aging. In addition, PM internalization enhances autophagy reflux and lysosomal dysfunction, which is involved in cell aging. Previous studies have emphasized a positive association between PM and increased mortality or decreased lifespan, although these are evidenced mostly by observational studies. Direct evidence of the link between PM and aging is still limited. This review evaluates the evidence from not only observational studies but also in vitro and in vivo evidence of PM on aging progression and age-related diseases development. This evidence is based on age-associated cellular changes including endoplasmic reticulum stress, mitochondrial dysfunction, oxidative stress, inflammation, adipose accumulation, autophagy, which strengthen the association between PM exposure and aging. Understanding the underlying cellular responses under PM may allow for the development of new therapeutic targets for PM-induced aging.
Hao Shi ;Jiamin Zhao ;Yiwen Li ;Junjie Li ;Yunjia Li;Jia Zhang ;Zhantu Qiu ;Chaofeng Wu ;Mengchen Qin ;Chang Liu ;Zhiyun Zeng ;Chao Zhang ;Lei Gao
Journal of Ginseng Research
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v.47
no.4
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pp.524-533
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2023
Background: Obesity is a risk factor for aging and many diseases, and the disorder of lipid metabolism makes it prominent. This study aims to investigate the effect of ginsenoside Rg1 on aging, lipid metabolism and stress resistance Methods: Rg1 was administered to Caenorhabditis elegans (C. elegans) cultured in NGM or GNGM. The lifespan, locomotory activity, lipid accumulation, cold and heat stress resistance and related mRNA expression of the worms were examined. Gene knockout mutants were used to clarify the effect on lipid metabolism of Rg1. GFP-binding mutants were used to observe the changes in protein expression Results: We reported that Rg1 reduced lipid accumulation and improved stress resistance in C. elegans. Rg1 significantly reduced the expression of fatty acid synthesis-related genes and lipid metabolism-related genes in C. elegans. However, Rg1 did not affect the fat storage in fat-5/fat-6 double mutant or nhr-49 mutant. Combined with network pharmacology, we clarified the possible pathways and targets of Rg1 in lipid metabolism. In addition, Rg1-treated C. elegans showed a higher expression of anti-oxidative genes and heat shock proteins, which might contribute to stress resistance Conclusion: Rg1 reduced fat accumulation by regulating lipid metabolism via nhr-49 and enhanced stress resistance by its antioxidant effect in C. elegans.
The number of reporting the effects on ginseng's physiological, pharmacological, and behavioral effects has been increased every year. Major active components of Panax ginseng, are the ginsenosides, which are mainly triterpenoid dammarane derivatives. 3-Nitropropionic acid (3-NP) is blown to induce cellular energy deficit and oxidative stress related neurotoxicity via an irreversible inhibition of the mitochondrial enzyme succinate dehydrogenase (SDH). Intraperitoneal injection of 3-NP produces striatal degeneration. Aged animals was more vulnerable to 3-NP than young animal. We used three different ages of 5-, 8-, and 26-week-old rats. 3-NP alone treatment induced striatal lesion and increased lesion volume with age-dependent manner in 5-, 8-, and 26-week-old rats by $30.2{\pm}5.8$, $v$, and $51.3{\pm}8.4mm^3$, respectively. However, pretreatment of GTS (100 mg/kg/day) before 3-NP reduced striatal lesion in 5-,8-, and 26-week-old rats by $3.15{\pm}6.1$, $8.89{\pm}1.9$, and $27.3{\pm}5.6mm^3$, respectively. Pretreatment of GTS also significantly increased survival rate in 5-week-old rats (3-NP alone: GTS +3-NP = $40.4{\pm}6.3$: $72.5{\pm}9.5\%$) than 8-week-old rats (3-NP alone: GTS + 3-NP : $13.5{\pm}5.2\%$ : $45.1{\pm}3.1\%$). In 26-week-old rats, 3-NP alone treated group died on day 18, whereas GTS +3-NP-treated group prolonged lifespan to 30 days. Thus, pretreatment of GTS before administration of 3-NP extended lifespan in all ages. The present results indicate that aged animals are more vulnerable to 3-NP and GTS pretreatment protected 3-NP-induced striatal damage in different ages of animals.
Background: Huntington's disease (HD) is a neurodegenerative disorder caused by the expansion of trinucleotide CAG repeat in the Huntingtin (Htt) gene. The major pathogenic pathways underlying HD involve the impairment of cellular energy homeostasis and DNA damage in the brain. The protein kinase ataxia-telangiectasia mutated (ATM) is an important regulator of the DNA damage response. ATM is involved in the phosphorylation of AMP-activated protein kinase (AMPK), suggesting that AMPK plays a critical role in response to DNA damage. Herein, we demonstrated that expression of polyQ-expanded mutant Htt (mHtt) enhanced the phosphorylation of ATM. Ginsenoside is the main and most effective component of Panax ginseng. However, the protective effect of a ginsenoside (compound K, CK) in HD remains unclear and warrants further investigation. Methods: This study used the R6/2 transgenic mouse model of HD and performed behavioral tests, survival rate, histological analyses, and immunoblot assays. Results: The systematic administration of CK into R6/2 mice suppressed the activation of ATM/AMPK and reduced neuronal toxicity and mHTT aggregation. Most importantly, CK increased neuronal density and lifespan and improved motor dysfunction in R6/2 mice. Conversely, CK enhanced the expression of Bcl2 protected striatal cells from the toxicity induced by the overactivation of mHtt and AMPK. Conclusions: Thus, the oral administration of CK reduced the disease progression and markedly enhanced lifespan in the transgenic mouse model (R6/2) of HD.
Healthy aging can be defined as an extended lifespan and health span. Nutrition has been regarded as an important factor in healthy aging, because nutrients, bioactive food components, and diets have demonstrated beneficial effects on aging hallmarks such as oxidative stress, mitochondrial function, apoptosis and autophagy, genomic stability, and immune function. Nutrition also plays a role in epigenetic regulation of gene expression, and DNA methylation is the most extensively investigated epigenetic phenomenon in aging. Interestingly, age-associated DNA methylation can be modulated by one-carbon metabolism or inhibition of DNA methyltransferases. One-carbon metabolism ultimately controls the balance between the universal methyl donor S-adenosylmethionine and the methyltransferase inhibitor S-adenosylhomocysteine. Water-soluble B-vitamins such as folate, vitamin B6, and vitamin B12 serve as coenzymes for multiple steps in one-carbon metabolism, whereas methionine, choline, betaine, and serine act as methyl donors. Thus, these one-carbon nutrients can modify age-associated DNA methylation and subsequently alter the age-associated physiologic and pathologic processes. We cannot elude aging per se but we may at least change age-associated DNA methylation, which could mitigate age-associated diseases and disorders.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.34
no.12
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pp.855-862
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2012
Caenorhabditis elegans, a free-living nematode mainly found in the soil pore water, roles the critical function in trophic levels, energy flow, and decomposition in soil ecosystem. C. elegans is commonly used species to test soil toxicity. Recently, they are employed broadly as a test organism in nanotoxicology. In this study, a review of the toxicity of nanomaterials for C. elegans was presented based on SCI (E) papers. The nanotoxicity studies using C. elegans have been reported in 20 instances including the mechanism of toxicity. Most studies used K-medium, S-medium, and NGM (Nematode Growth Medium) plate as an exposure medium to test toxicity of nanoparticles. The effects observed include anti aging, phototoxicity, genotoxicity, and dermal effects on C. elegans exposed to nanoparticles. We found that the toxic mechanisms were related with various aspects such as lifespan abnormality, oxidative stress, distribution of particles on inter-organisms, and stress-related gene analysis. C. elegans has advantage to test toxicity of nanoparticles due to various cellular activities, full genome information, and easy observation of transparent body. C. elegans was considered to be a good test species to evaluate the nanotoxicity.
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