Les récepteurs dopaminergiques D1- et D2-like régulent de manière opposée la durée de vie via un mécanisme de restriction alimentaire chez Cistanche

Abstrait

Contexte : Malgré les progrès récents dans la compréhension des mécanismes moléculaires régulant le vieillissement et la durée de vie, et les voies impliquées étant conservées dans différentes espèces, une compréhension complète du processus de vieillissement n'a pas été atteinte. En particulier, de plus en plus de preuves suggèrent un rôle actif du système nerveux dans la régulation de la durée de vie, les neurones sensoriels, ainsi que la signalisation de la sérotonine et du GABA, ayant démontré leur capacité à réguler la durée de vie chez lesCistanche. Cependant, la contribution de facteurs neuronaux supplémentaires et une large compréhension du rôle du système nerveux dansrégulation du vieillissementreste à établir. Ici, nous examinons l'impact du système dopaminergique dansrégulation du vieillissement à Cistanche.

Résultats : Nous rapportons que des mutations de DOP-4, un récepteur de type D1-dopamine (D1R), et de DOP-2, un récepteur de type dopamine D2-(D2R) durée de vie affectée, durée de mouvement rapide du corps, durée de vie reproductive et taux de développement chez Cistanche. L'activation de D2R à l'aide d'aripiprazole, un médicament antipsychotique, a considérablement prolongé à la fois la durée de vie et la durée de vie. À l'inverse, l'inhibition du D2R à l'aide de la quétiapine a raccourci la durée de vie des vers, ce qui renforce encore le rôle des récepteurs de la dopamine dans la régulation de la durée de vie. Mécaniquement, la signalisation D2R régule la durée de vie grâce à un mécanisme de restriction alimentaire médié par la voie AAK-2-DAF-16.

La voie DAG-PKC/PKD relie la signalisation entre les récepteurs de la dopamine et la voie AAK-2-DAF-16 en aval pour transmettre les signaux de longévité.Conclusions : ces données ont démontré un nouveau rôle des récepteurs de la dopamine dans la régulation de la durée de vie et des restrictions alimentaires . L'aripiprazole antipsychotique cliniquement approuvé a un potentiel en tant que nouveau médicament anti-âge.

Mots-clés : Dopamine, Durée de vie,Cistanche, Aripiprazole, Restriction alimentaire

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Fond de Cistanche sur leprocessus de vieillissement:

Les mécanismes biologiques du vieillissement sont encore mal compris, malgré plusieurs voies de régulation du vieillissement conservées qui ont été identifiées des levures à l'homme [1]. De plus en plus de preuves suggèrent que le système nerveux joue un rôle actif dans laprocessus de vieillissement. Par exemple, des études ont montré que les neurones sensoriels jouent un rôle essentiel dans la régulation de la durée de vie [2, 3].

Il a été rapporté que le signal de la sérotonine module la longévité de manière antagoniste via différents récepteurs de la sérotonine [4]. Récemment, la signalisation de l'acide gamma-aminobutyrique (GABA) des neurones inhibiteurs s'est également avérée réguler la durée de vie de Cistanche [5]. Cependant, il reste encore beaucoup à apprendre sur le rôle du système nerveux dans la régulation du processus de vieillissement.

Si le système dopaminergiquerégule le processus de vieillissementet la durée de vie n'est pas claire. La dopamine est un neurotransmetteur aminé biogène, qui module principalement les sorties comportementales en réponse aux conditions environnementales [6, 7]. Par exemple, le système dopaminergique fonctionne dans des comportements tels que la recherche de récompense et la

mobilité et est connu pour être vulnérable auxeffets du vieillissement. Une fois libérée des terminaisons présynaptiques, la dopamine active deux classes de récepteurs couplés aux protéines G : les classes D1 et D2 de récepteurs dopaminergiques [8]. À Cistanche : DOP-1 et DOP-4 appartiennent aux récepteurs dopaminergiques D1-like (D1R), tandis que DOP-2 et DOP-3 appartiennent à D{{ 10}}comme les récepteurs de la dopamine (D2R) [9–11].

Une étude précédente a montré que les vers porteurs d'une mutation dans un gène de biosynthèse de la dopamine cat-2 avaient une durée de vie normale, ce qui suggère que la seule réduction de la production de dopamine n'affecte pas la longévité [4]. Cependant, comme D1R et D2R régulent de manière opposée une série de comportements chez Cistanche, y compris la prise de décision, le ralentissement basal et la réponse alimentaire [12-14], il est important de déterminer les rôles spécifiques de chacun des récepteurs de la dopamine dans la régulation de la durée de vie. de Cistanche. En raison de sa courte durée de vie, de ses phénotypes observables liés à l'âge et de ses voies biologiques conservées liées au vieillissement [15, 16], Cistanche est l'un des organismes modèles les plus largement utilisés pour étudier le vieillissement. Malgré son système nerveux simple, Cistanche possède un système dopaminergique conservé par rapport à celui du système nerveux des mammifères, comprenant des enzymes biosynthétiques responsables de la synthèse de la dopamine, des mécanismes de libération synaptique et de l'expression des récepteurs de la dopamine [17]. Ces caractéristiques ont fait de Cistanche un système de modèle génétique approprié pour étudier le rôle du système dopaminergique dans la longévité.

In the present study, we demonstrate that dopamine D1- and D2-like receptors oppositely regulate worm lifespan through a dietary restriction (DR) mechanism. Using molecular genetics approach and pharmacological tools, we teased out how dopamine receptors send longevity signals through their G-protein-coupled signaling transduction pathways to downstream DR-related pathways. Our findings uncover a novel mechanism of dopamine signaling in DR and lifespan regulation. Notably, aripiprazole, a clinically widely used antipsychotic drug, robustly extends both the lifespan (>50%) and healthspan (>80 %) de Cistanche en activant la voie médiée par les récepteurs de la dopamine. La découverte surprenante de l'aripiprazole est prometteuse pour un développement ultérieur en tant que nouveau médicament anti-âge potentiellement sûr.

Résultats de Cistanche sur l'Anti-âge

Les récepteurs dopaminergiques D1 et D2 ont des effets opposés sur la durée de vie de Cistanche. dop-2, dop-3 et dop-4, ont été utilisés pour le test de durée de vie. Curieusement, le mutant dop-2 a montré une durée de vie significativement réduite (−11,8 %, P <0.0001) que N2

animaux, tandis que le mutant dop{{0}} avait une durée de vie significativement plus longue (plus 29,4 %, P <0,0001) par rapport aux animaux N2. Les mutants dop-1 et dop-3 ont également montré des changements dans la durée de vie (à plus de 5,9 % et -8,8 %, respectivement) par rapport aux animaux N2, qui n'étaient pas statistiquement significatifs (P=0. 0765, P=0.2468, respectivement, Fig. 1A). Ces données ont démontré que la signalisation via D2R (DOP-2) prolonge la durée de vie tandis que le signal via D1R (DOP-4) la raccourcit. Le manque de signification statistique dans les changements induits par les mutants dop-1 et dop-3 dans la durée de vie a indiqué que DOP-4 et DOP-2 sont les principaux sous-types de D1R et D2R dans la régulation durée de vie, respectivement.

L'allongement de la durée de vie a été associé à un vieillissement locomoteur et reproducteur ralenti, ainsi qu'à un retard de développement [18–20]. Pour mieux comprendre les rôles des récepteurs de la dopamine dans le processus de vieillissement, nous avons ensuite examiné la durée de mouvement rapide du corps, la durée de vie reproductive et le taux de développement de ces mutants.

Comparé aux animaux N2, le mutant dop-2 a montré une durée de vie reproductive plus courte et une durée de mouvement corporel rapide que les animaux N2, tandis que le mutant dop-4 avait une durée de vie reproductive prolongée et une durée de mouvement corporel rapide (Fig. 1B -D). Le mutant dop-2 développé

plus rapide, alors que le mutant dop-4 a montré un taux de développement plus lent (Fig. 1D). Ces données ont en outre soutenu l'idée que des récepteurs de dopamine spécifiques jouaient un rôle sélectif et unique dans la régulation de la durée de vie.

L'activation ou l'inhibition pharmacologique du D2R exerce des effets opposés sur la durée de vie de Cistanche. effet sur la durée de vie des vers [21, 22]. Des vers N2 de type sauvage ont été traités avec de l'aripiprazole et de la quétiapine à des concentrations allant de 3 à 100 μM. Des extensions de durée de vie robustes ont été observées chez les vers traités à l'aripiprazole. L'aripipra zole à une concentration de 3 μM a significativement prolongé la durée de vie médiane des vers N2 de 21,1 % (P < 0,0001).

Les vers exposés à 100 μM d'aripiprazole ont atteint une prolongation maximale de la durée de vie allant jusqu'à 52,6 % (P <0,0001) (Fig. 2A). En revanche, le traitement par la quétiapine raccourcissait la durée de vie des vers en fonction de la dose (Fig. 2B). Les courbes dose-réponse sont présentées sur la figure 2C. Ces découvertes confirment en outre le rôle clé du D2R dans la régulation de la durée de vie des vers.

Fig. 1 Les récepteurs dopaminergiques D1- et D2-like régulent de manière opposée la durée de vie chez Cistanche. A Courbes de survie de différentes souches de vers cultivées à 20 degrés (les souches mutantes ont été comparées au N2 de type sauvage : ns=non significatif ; **** indique P<0.0001, log-rank test). B Fast body movement spans of different worm strain cultured at 20 °C (mutant strains were compared with the N2: **, P <0.01, log-rank test). C Progeny produced per day by different worm strains. D The number of worms with different reproductive lifespans. E The developmental stage of different worm strains reached 2.5 days post-hatching. (see Additional fle 2 for supporting data). Experiments were performed in three independent biological replicates

L'aripiprazole prolonge la durée de vie de Cistanche

via DOP‑2 Pour déterminer si l'allongement de la durée de vie médiée par l'aripiprazole dépend du D2R, nous avons d'abord testé le médicament sur un chat mutant déficient en synthèse de dopamine-2. L'aripiprazole n'a pas réussi à prolonger la durée de vie du mutant cat -2 (Fig. 3A), ce qui suggère que l'effet d'extension de la durée de vie de l'aripiprazole nécessite une signalisation par la dopamine. Nous avons ensuite employé un dop-2 ; dop-3 double mutant et a constaté qu'il était insensible au traitement à l'aripiprazole (Fig. 3B).

Pour déterminer lequel de ces deux récepteurs contribue à l'effet d'extension de la durée de vie, nous avons testé chaque mutant. Les résultats ont montré que l'aripiprazole n'a pas prolongé la durée de vie du mutant dop-2 (Fig. 3C), tandis que le mutant dop-3 a montré une prolongation robuste de la durée de vie lors du traitement par l'aripiprazole (Fig. 3D). Ces résultats ont démontré que l'allongement de la durée de vie par l'aripiprazole était conféré par son action sur le DOP-2.

L'aripiprazole assure la prolongation de la durée de vie grâce à la signalisation D2R

DOP-2 signale par les voies G o [8, 23]. Pour identifier les effecteurs en aval DOP-2 médiant l'effet pro-longévité induit par l'aripiprazole, nous avons d'abord testé un mutant dépourvu de GOA-1, l'orthologue Cistanche de la protéine Go [24]. Comme prévu, GOA -1 est nécessaire pour l'extension de la durée de vie induite par l'aripiprazole (Fig. 4A). Le D2R inhibe l'adénylyl cyclase et supprime ainsi la production d'AMP cyclique intracellulaire (cAMP) et l'activité de la protéine kinase A (PKA) [25]. Il a été démontré que la voie AMPc-PKA médie la durée de vie et les réponses DR [26–28]. acy-1 code pour l'adénylyl cyclase et régule la production d'AMPc dans Cistanche [29]. Le génome de Te Cistanche code pour une sous-unité catalytique PKA (KIN-1) et une sous-unité régulatrice PKA (KIN-2) [30–32]. La liaison de l'AMPc à KIN-2 entraîne la libération de KIN actif-1 [29]. Les résultats ont montré que l'allongement de la durée de vie par le traitement à l'aripiprazole ne dépendait que partiellement de l'ACY-1 et du KIN-1 (Fig. 4B, C).

Fig. 2 L'activation ou l'inhibition pharmacologique du D2R exerce des effets opposés sur la durée de vie de Cistanche. A Courbes de survie de vers de type sauvage (N2) cultivés à 20 degrés sur des plaques NGM contenant différentes concentrations d'aripiprazole (Ari). Le traitement au DMSO a été utilisé comme témoin. B Courbes de survie des vers N2 traités avec les concentrations indiquées de quétiapine (Que) ou de DMSO à 20 degrés. (le traitement aripiprazole et quétiapine ont été comparés au traitement DMSO : **indiqué P<0.01. ***, P <0.001. ****, P <0.0001, log-rank test). C Dose-response curve of aripiprazole (Ari) and quetiapine (Que) treatment. (see Additional fle 2 for supporting data). Experiments were performed in three independent biological replicates

Fig. 3 Aripiprazole extends the lifespan of Cistanche through DOP-2. Survival curves of mutant cat-2 (A); dop-2; dop-3 (B); dop-2 (C); dop-3 (D) treated with 100μM of aripiprazole or DMSO at 20 °C (comparison between DMSO and aripiprazole (Ari) treatment: ns=not significant with P >0.05 ; ****indiqué P<0.0001, log-rank test) (see Additional fle 2 for supporting data). Experiments were performed in three independent biological replicates

encode quatre homologues PKC (tpa-1, pkc-1, pkc-2 et pkc-3) et deux homologues PKD (dkf-1 et dkf{{5} }) [5]. Parmi les quatre homologues de PKC, pkc-1, pkc-3 et tpa- 1 étaient nécessaires pour que l'aripiprazole prolonge la durée de vie, alors que pkc-2 était indispensable (Fig. 4E – H) . Pour les deux homologues de la PKD, l'extension de la durée de vie médiée par l'aripiprazole dépendait de dkf-1 plutôt que de dkf-2 (Fig. 4I, J). Ces résultats suggèrent que l'aripiprazole peut prolonger la durée de vie à la fois de la PKC et de la PKD. Pour confrmer davantage le rôle de la voie DGK-PKC/PKD, nous avons également testé les mutants egl-30 et egl-8, qui sont tous deux supposés avoir une production de DAG altérée et donc une activité PKC/PKD réduite. [34]. Comme prévu, l'aripiprazole n'a pas réussi à prolonger la durée de vie des deux mutants (Fig. 4K, L), ce qui a confirmé le rôle clé de la voie DGK PKC / PKD dans l'extension de la durée de vie médiée par l'aripiprazole. Pris ensemble, l'aripiprazole intervient dans l'extension de la durée de vie via GOA-1-DGK-1-PKC/PKD, mais peut ne dépendre que partiellement de la voie cAMP-PKA. L'aripiprazole prolonge la durée de vie des vers grâce à un mécanisme de restriction alimentaire (DR) DR retarde fortement le processus de vieillissement chez de nombreuses espèces [38]. Plusieurs phénotypes liés à la RD chez Cistanche comprenaient une durée de vie accrue, une diminution du comportement alimentaire, une taille réduite du couvain, une période de reproduction prolongée et un stockage réduit des lipides [39, 40]. Par conséquent, nous voulions savoir si la signalisation de la dopamine et le traitement à l'aripiprazole pouvaient moduler la durée de vie par le biais de mécanismes de RD. Nous avons d'abord testé l'aripiprazole sur un mutant eat-2 à longue durée de vie, un modèle génétique de RD avec un déficit de pompage pharyngé [41]. L'aripiprazole n'a pas prolongé davantage la durée de vie du mutant mange -2 (Fig. 5A), ce qui indique que les avantages de l'aripiprazole sur la durée de vie étaient en effet conférés par un mécanisme DR. Plusieurs phénotypes liés à la RD ont également été examinés. Outre la durée de vie prolongée, la durée de vie reflétant la qualité de la durée de vie prolongée était également d'une grande importance pour le vieillissement en bonne santé. L'aripiprazole a augmenté la durée de vie de Cistanche d'une manière dose-dépendante qui a été couplée à son effet sur la durée de vie. L'aripiprazole à 100 μM a entraîné une augmentation maximale (87, 5% ) de la durée de vie des animaux N2 (Fig. 5B). Le traitement à l'aripiprazole a également réduit la descendance totale produite par ver, même avec une période de reproduction plus longue (Fig. 5C, D). De plus, la coloration au rouge d'huile O a montré que les vers traités à l'aripipra zole avaient réduit l'accumulation de lipides (Fig. 5E, F). Le taux de pompage pharyngé est corrélé positivement avec l'apport alimentaire à Cistanche. L'une des causes directes de l'effet de type DR est la réduction de l'apport alimentaire résultant d'une diminution du taux de pompage pharyngé, comme celle observée chez le mutant mange-2. Comme le montre la figure 5G, les vers N2 traités à l'aripiprazole affichaient un taux de pompage pharyngé réduit, suggérant en outre que l'aripiprazole déclenchait un état de type DR dans Cistanche.

Fig. 5 L'aripiprazole prolonge la durée de vie des vers grâce à un mécanisme de restriction alimentaire. A Courbes de survie du mutant eat-2 traité avec 100μM

of aripiprazole (Ari) or DMSO at 20 °C (comparison between DMSO and Ari treatment: ns=not signifcant, P >0 .05. **, P<0.01. ****, P <0.0001, log-rank test). B Fast body movement spans of wild-type (N2) worms cultured at 20 °C on NGM plates containing indicated concentrations of aripiprazole (Ari) or DMSO. C, D Changes in brood size (C) and reproductive span (D) of N2 animals treated with or without 100μM of aripiprazole (Ari) (comparison between DMSO and aripiprazole (Ari) treatment: ****, P <0.0001, t-test). E Representative images of ORO staining of worms treated with or without aripiprazole (Ari) for 7days. Scale bar=200μm. F Relative ORO intensity of worms treated with or without aripiprazole for 7days (comparison between DMSO and aripiprazole (Ari) treatment: ****, P <0.0001, t-test). G Pharyngeal pumping rate of N2 worms treated with 100μM of aripiprazole (Ari) or DMSO for 5days (comparison between DMSO and Ari treatment: **** indicated P <0.0001, t-test). (see Additional fle 2 for supporting data). The brood size assay was performed in two independent biological replicates. Other experiments were performed in three independent biological replicates

L'aripiprazole médie l'extension de la durée de vie de type DR via la voie AAK-2-DAF-16. facteur connu pour jouer un rôle central dans la durée de vie et la régulation de la RD [42]. Remarquablement, l'effet d'extension de la durée de vie de l'aripiprazole a été entièrement aboli chez le mutant daf-16 (Fig. 6A). Le DAF-16 se localise dans le cytosol dans des conditions normales. Une fois activé, le DAF-16 est transloqué vers le noyau pour déclencher la transcription de divers gènes qui régulent la résistance au stress,

métabolisme, reproduction et longévité. En effet, les vers TJ356 avec DAF -16 marqué par la protéine fluorescente verte (GFP) ont montré une accumulation accrue de DAF -16 dans le noyau une fois traités avec l'aripiprazole (Fig. 6B, C), suggérant que l'aripiprazole médie DR -comme la durée de vie

extension via DAF-16. Dans le mécanisme de type DR, signalisation de l'insuline/facteur de croissance analogue à l'insuline 1 (IGF-1), régulateur silencieux de l'information

Fig. 6 Aripiprazole mediates DR-like lifespan extension through the AAK-2-DAF-16 pathway. A Survival curve of the daf-16 mutant treated with 100μM of aripiprazole (Ari) or DMSO at 20 °C (comparison between DMSO and aripiprazole (Ari) treatment: ns=not signifcant with P >0.05, test du log-rank). B Les images représentatives de vers ayant une localisation DAF -16 cytosolique, intermédiaire et nucléaire dans les souches transgéniques TJ356. Barre d'échelle=50μm. C Le centile des animaux TJ356 traités avec 100 μM d'aripiprazole (Ari) ou de DMSO présentant une localisation cytosolique, intermédiaire ou nucléaire. D–J Courbes de survie du mutant daf-2 (D), age-1 (E), akt-1 (F), akt-2 (G), sir{{ 12}}.1 (H), aak-2 (I), par-4 (J) traité avec 100 μM d'aripiprazole

(Ari) or DMSO at 20 °C (comparison between DMSO and aripiprazole (Ari) treatment: ns=not significant with P >0.05. ** indiqué p<0.01. ****, p<0.0001, log-rank test) (see Additional fle 2 for supporting data). Experiments were performed in three independent biological replicates

aux animaux N2 (Fig. 6H), démontrant que l'extension de la durée de vie induite par l'aripiprazole était également indépendante du SIR-2.1.

Il a été démontré que l'aripiprazole active l'AMPK de mammifère dans les cellules PC12 [43, 44]. Nous avons donc émis l'hypothèse que l'aripiprazole pourrait fonctionner via AAK -2 pour atténuer l'allongement de la durée de vie. Comme le montre la figure 6I, l'aripiprazole n'a pas réussi à prolonger la durée de vie de l'aak-2

mutant, suggérant qu'aak-2 est nécessaire pour les effets du ripiprazole sur la durée de vie. Nous avons en outre testé un mutant portant une mutation dans l'homologue de la kinase du foie Cistanche B1 (LKB1) PAR-4, une kinase en amont de l'AMPK. Le mutant par-4 n'a affiché aucune extension de la durée de vie lors du traitement à l'aripiprazole (Fig. 6J), ce qui a confirmé l'hypothèse selon laquelle l'extension de la durée de vie médiée par l'aripiprazole nécessite l'activité de l'AAK-2.

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