Как лечение может защитить сердце?

Согласно гипотезе, миметик раннего голодания сохраняет функцию целевой ткани благодаря окислению глутамина, поступающего из скелетных мышц. Для проверки этой гипотезы предложен альдометаниб: предполагается, что он активирует лизосомную AMP-активируемую протеинкиназу (AMPK), а фосфорилирование PDZD8 повышает активность глутаминазы GLS1 в кардиомиоцитах. При задержке кормления дополнительное поступление углерода должно поддерживать цикл трикарбоновых кислот и образование аденозинтрифосфата (ATP; АТФ). Повторение этого ответа может приводить к потере мышечного белка, если его распад обеспечивает выход глутамина из мышц и превышает последующий синтез белка. Согласно предполагаемому механизму, прерывание обмена глутамином между мышцами и сердцем должно устранять защиту сердца. Новый вариант миметика должен сочетать сигнал ранней фазы голодания с восполнением расходуемого топлива; его потенциальная способность продлевать жизнь зависит от сохранения запасов мышечного белка. Стабилизируемое свойство: SPV_4.

У старых мышей при задержке кормления миметик должен увеличивать чистый выход глутамина из задней конечности и вклад углерода глутамина в окислительный обмен сердца. Избирательное подавление глутаминазы GLS1 в сердце должно снижать образование АТФ ещё до появления повреждений и устранять защиту. В изолированном сердце альтернативное окисляемое топливо должно восстанавливать защиту при сохранённой блокаде GLS1, если экспериментально подтверждено восстановление энергетического потока. При повторных циклах ожидается связь величины потери мышечного белка с суммарным выходом глутамина из мышц и недостаточным синтезом белка в период восстановления.

У старых мышей при задержке питания миметик увеличивает чистый выход глутамина из задней конечности и вклад его углерода в окислительный обмен сердца. Избирательное подавление GLS1 в сердце снижает образование АТФ ещё до появления повреждений и устраняет защиту. В изолированном сердце альтернативный окисляемый источник энергии восстанавливает защиту при сохранённой блокаде GLS1, если экспериментально подтверждено восстановление энергетического потока. При повторных циклах величина потери мышечной массы связана с суммарным выходом глутамина из мышц и недостаточным синтезом в период восстановления.

Связность митохондрий может защищать стареющие клетки сердца при снижении поступления глутамина из мышц даёт другое предсказание: У старых мышей при задержке кормления миметик увеличивает чистый выход глутамина из задней конечности и вклад его углерода в окислительный обмен сердца. Избирательное подавление GLS1 в сердце снижает образование АТФ ещё до появления повреждений и устраняет защитный эффект. В изолированном сердце альтернативное окисляемое топливо восстанавливает защиту при сохраняющейся блокаде GLS1, если восстановление энергетического потока подтверждено экспериментально. При повторных циклах величина потери мышечной массы связана с суммарным экспортом глутамина и недостаточным синтезом мышечного белка в период восстановления.

Мышечный глутамин может защищать сердце, поддерживая обезвреживание перекисей липидов с участием глутатиона даёт другое предсказание: У старых мышей при задержке кормления миметик увеличивает чистый выход глутамина из задней конечности и вклад его углерода в окислительный обмен сердца. Избирательное подавление GLS1 в сердце снижает образование АТФ ещё до появления повреждений и устраняет защитный эффект. В изолированном сердце альтернативное окисляемое топливо восстанавливает защиту при сохраняющейся блокаде GLS1, если восстановление энергетического потока подтверждено экспериментально. При повторных циклах величина потери мышечной массы связана с суммарным экспортом глутамина и недостаточным синтезом мышечного белка в период восстановления.

Мышечный глутамин может защищать сердце, поставляя азот для гликозилирования белков даёт другое предсказание: У старых мышей при задержке кормления миметик увеличивает чистый выход глутамина из задней конечности и вклад его углерода в окислительный обмен сердца. Избирательное подавление глутаминазы GLS1 в сердце снижает образование аденозинтрифосфата (АТФ) ещё до появления повреждений и устраняет защитный эффект. В изолированном сердце альтернативное окисляемое топливо восстанавливает защиту при сохранённой блокаде GLS1, если экспериментально подтверждено восстановление энергетического потока. При повторных циклах степень потери мышечной массы связана с суммарным выходом глутамина из мышц и с тем, что синтеза белка недостаточно для восстановления мышц.

Согласно радикальной гипотезе, защиту при повторных кратковременных воздействиях миметика раннего голодания обеспечивает ограниченное расходование аденозинтрифосфата (АТФ) в глутаминово-глутаматном цикле внутри целевой ткани. Одновременная работа глутаминазы (GLS1) и глутаминсинтетазы (GLUL) создаёт дополнительную потребность в фосфорилировании аденозиндифосфата. Это ускоряет клеточное дыхание, уменьшает чрезмерную восстановленность дыхательной цепи и образование окислителей, вызывающих повреждения. Глутамин из мышц пополняет местный пул глутамина, участвующего в цикле, но его чистое окисление даёт лишь малую часть энергии. При задержке питания разрыв цикла способен повысить содержание АТФ и одновременно устранить защиту. Если механизм подтвердится, новый миметик должен воспроизводить кратковременный местный цикл расходования энергии. Энергия для этого цикла должна поступать преимущественно из других энергетических субстратов. Предполагается, что снижение остаточного повреждения сердца способствует продлению жизни. Стабилизируемое свойство: SPV_3.

Одновременно увеличивается восстановленность дыхательной цепи и исчезает защитный эффект миметика. В клеточной модели регулируемая дополнительная АТФазная нагрузка восстанавливает защиту при сопоставимых уровнях аммиака, глутатиона и гликозилирования. Простое восполнение энергии при отсутствии такого циклического расходования АТФ не восстанавливает защиту.

У старых мышей при задержке питания миметик увеличивает чистый выход глутамина из задней конечности и вклад его углерода в окислительный обмен сердца. Избирательное подавление GLS1 в сердце снижает образование АТФ ещё до появления повреждений и устраняет защиту. В изолированном сердце альтернативный окисляемый источник энергии восстанавливает защиту при сохранённой блокаде GLS1, если экспериментально подтверждено восстановление энергетического потока. При повторных циклах величина потери мышечной массы связана с суммарным выходом глутамина из мышц и недостаточным синтезом в период восстановления.

Связность митохондрий может защищать стареющие клетки сердца при снижении поступления глутамина из мышц даёт другое предсказание: При неизменном поступлении глутамина и сохранённой активности GLS1 частичное подавление GLUL в кардиомиоцитах уменьшает встречные потоки синтеза и гидролиза глутамина, повышает отношение аденозинтрифосфата (АТФ) к аденозиндифосфату, но увеличивает степень восстановленности компонентов дыхательной цепи и устраняет защитное действие миметика. В клеточной модели регулируемое дополнительное расходование АТФ за счёт активности АТФаз восстанавливает защиту при сопоставимых уровнях аммиака, глутатиона и гликозилирования. Одно лишь восполнение энергии при отсутствии такого оборота глутамина не восстанавливает защиту.

Мышечный глутамин может защищать сердце, поддерживая обезвреживание перекисей липидов с участием глутатиона даёт другое предсказание: При неизменном поступлении глутамина и сохранённой активности глутаминазы (GLS1) частичное подавление глутаминсинтетазы (GLUL) в кардиомиоцитах уменьшает встречные потоки синтеза и гидролиза глутамина и повышает отношение аденозинтрифосфата (АТФ) к аденозиндифосфату. При этом увеличивается восстановленность дыхательной цепи и исчезает защитный эффект миметика. В клеточной модели регулируемая дополнительная АТФазная нагрузка восстанавливает защиту при сопоставимых уровнях аммиака, глутатиона и гликозилирования. Простое восполнение энергии без возобновления цикла расходования и восполнения АТФ не возвращает защиту.

Мышечный глутамин может защищать сердце, поставляя азот для гликозилирования белков даёт другое предсказание: При неизменном поступлении глутамина и сохранённой активности глутаминазы (GLS1) частичное подавление глутаминсинтетазы (GLUL) в кардиомиоцитах уменьшает встречные потоки синтеза и гидролиза глутамина и повышает отношение аденозинтрифосфата (АТФ) к аденозиндифосфату. При этом увеличивается восстановленность дыхательной цепи и исчезает защитный эффект миметика. В клеточной модели регулируемая дополнительная АТФазная нагрузка восстанавливает защиту при сопоставимых уровнях аммиака, глутатиона и гликозилирования. Простое восполнение энергии без возобновления цикла расходования и восполнения АТФ не возвращает защиту.

Согласно гипотезе, миметик раннего голодания защищает стареющие кардиомиоциты, сохраняя связную митохондриальную сеть, в которой работоспособные участки поддерживают участки с локальными дефектами. Предполагается, что глутаминолиз становится необходимым преимущественно вблизи порога распада этой сети: небольшой дополнительный метаболический поток сохраняет работоспособность достаточного числа узлов. По этой гипотезе, выше порога связности сеть компенсирует прекращение поступления глутамина из мышц, поскольку работоспособные участки поддерживают повреждённые; ниже порога то же нарушение снабжения вызывает резкое снижение функции. Новый миметик мог бы сочетать ранний сигнал голодания с кратковременным поддержанием физиологического слияния митохондрий при участии белка OPA1. Это потенциально уменьшит потребность в ресурсах мышц и накопление повреждений сердца. Стабилизируемое свойство: SPV_4.

Согласно этому предсказанию, повышение связности должно сохранять защитный эффект после ослабления GLS1 при низком поступлении глутамина из мышц. Фрагментация должна устранять этот эффект даже после восстановления уровня глутатиона и гексозаминового обмена. Порог должен воспроизводиться при двух независимых способах изменения связности.

У старых мышей при задержке питания миметик увеличивает чистый выход глутамина из задней конечности и вклад его углерода в окислительный обмен сердца. Избирательное подавление GLS1 в сердце снижает образование АТФ ещё до появления повреждений и устраняет защиту. В изолированном сердце альтернативный окисляемый источник энергии восстанавливает защиту при сохранённой блокаде GLS1, если экспериментально подтверждено восстановление энергетического потока. При повторных циклах величина потери мышечной массы связана с суммарным выходом глутамина из мышц и недостаточным синтезом в период восстановления.

Расход энергии в глутаминово-глутаматном цикле может защищать сердце при имитации голодания даёт другое предсказание: При неизменном поступлении глутамина и сохранённой активности GLS1 частичное подавление GLUL в кардиомиоцитах уменьшает встречные потоки синтеза и гидролиза глутамина, повышает отношение аденозинтрифосфата (АТФ) к аденозиндифосфату, но увеличивает степень восстановленности компонентов дыхательной цепи и устраняет защитное действие миметика. В клеточной модели регулируемое дополнительное расходование АТФ за счёт активности АТФаз восстанавливает защиту при сопоставимых уровнях аммиака, глутатиона и гликозилирования. Одно лишь восполнение энергии при отсутствии такого оборота глутамина не восстанавливает защиту.

Мышечный глутамин может защищать сердце, поддерживая обезвреживание перекисей липидов с участием глутатиона даёт другое предсказание: При сопоставимых массе митохондрий, максимальной дыхательной мощности и доступности источников энергии зависимость функции сердца от степени подавления GLS1 имеет порог, положение которого меняется в зависимости от связности митохондриальной сети. Повышение связности сохраняет защиту после подавления GLS1 при низком поступлении глутамина из мышц. Фрагментация сети устраняет этот эффект даже при восстановлении уровня глутатиона и обмена веществ по гексозаминовому пути. Порог должен воспроизводиться при двух независимых способах изменения связности сети.

Мышечный глутамин может защищать сердце, поставляя азот для гликозилирования белков даёт другое предсказание: При сопоставимых массе митохондрий, максимальной дыхательной мощности и доступности топлива зависимость функции сердца от степени подавления GLS1 имеет порог, положение которого меняется при изменении связности сети. Повышение связности сохраняет защитный эффект после подавления GLS1 при низком поступлении глутамина из мышц. Фрагментация устраняет этот эффект, даже если восстановлены уровень глутатиона и обмен веществ по гексозаминовому пути. Порог должен воспроизводиться при двух независимых способах изменения связности.

Согласно гипотезе, миметик раннего голодания сохраняет функцию сердца благодаря использованию мышечного глутамина для синтеза глутатиона. Глутамат, образующийся из глутамина при участии глутаминазы 1 (GLS1), поддерживает синтез глутатиона, который глутатионпероксидаза 4 использует для обезвреживания перекисей липидов. Предполагается, что защитный эффект прежде всего зависит от предотвращения перекисного повреждения мембран; сохранение клетки позволяет поддерживать уровень аденозинтрифосфата (АТФ). По этой гипотезе, при задержке питания нарушение обмена глутамином между мышцами и сердцем, включая его использование в сердце, устраняет защиту, даже если другие субстраты поддерживают клеточное дыхание. Новый вариант миметика мог бы сочетать ранний сигнал голодания с локальным подавлением цепного окисления липидов, снижая потребность в мышечном глутамине. Предполагаемое влияние на продолжительность жизни связано с уменьшением остаточного повреждения при сохранении функции мышц. Стабилизируемое свойство: SPV_3.

В клеточной модели защитный эффект миметика возвращается под действием липроксстатина-1 либо при восстановлении уровня внутриклеточного глутатиона, если это восстановление подтверждено. При этом окисление глутамина остаётся сниженным. При использовании альтернативного энергетического субстрата, восстанавливающего выработку энергии, защита остаётся недостаточной. Если окислительное повреждение предотвращено, частичное подавление GLUL не должно неизбежно приводить к потере защиты, которую предсказывает IH_02.

У старых мышей при задержке питания миметик увеличивает чистый выход глутамина из задней конечности и вклад его углерода в окислительный обмен сердца. Избирательное подавление GLS1 в сердце снижает образование АТФ ещё до появления повреждений и устраняет защиту. В изолированном сердце альтернативный окисляемый источник энергии восстанавливает защиту при сохранённой блокаде GLS1, если экспериментально подтверждено восстановление энергетического потока. При повторных циклах величина потери мышечной массы связана с суммарным выходом глутамина из мышц и недостаточным синтезом в период восстановления.

Расход энергии в глутаминово-глутаматном цикле может защищать сердце при имитации голодания даёт другое предсказание: При неизменном поступлении глутамина и сохранённой активности GLS1 частичное подавление GLUL в кардиомиоцитах уменьшает встречные потоки синтеза и гидролиза глутамина, повышает отношение аденозинтрифосфата (АТФ) к аденозиндифосфату, но увеличивает степень восстановленности компонентов дыхательной цепи и устраняет защитное действие миметика. В клеточной модели регулируемое дополнительное расходование АТФ за счёт активности АТФаз восстанавливает защиту при сопоставимых уровнях аммиака, глутатиона и гликозилирования. Одно лишь восполнение энергии при отсутствии такого оборота глутамина не восстанавливает защиту.

Связность митохондрий может защищать стареющие клетки сердца при снижении поступления глутамина из мышц даёт другое предсказание: При сопоставимых массе митохондрий, максимальной дыхательной мощности и доступности источников энергии зависимость функции сердца от степени подавления GLS1 имеет порог, положение которого меняется в зависимости от связности митохондриальной сети. Повышение связности сохраняет защиту после подавления GLS1 при низком поступлении глутамина из мышц. Фрагментация сети устраняет этот эффект даже при восстановлении уровня глутатиона и обмена веществ по гексозаминовому пути. Порог должен воспроизводиться при двух независимых способах изменения связности сети.

Мышечный глутамин может защищать сердце, поставляя азот для гликозилирования белков даёт другое предсказание: После подавления GLS1 в сердце уровень перекисей липидов повышается раньше, чем снижается уровень АТФ. В клеточной модели защитный эффект миметика возвращается при применении липроксстатина-1 либо при подтверждённом восстановлении уровня внутриклеточного глутатиона, хотя окисление глутамина остаётся сниженным. При использовании альтернативного топлива, восстанавливающего энергетический поток, защита остаётся недостаточной. Если окислительное повреждение больше не препятствует защитному эффекту, частичное подавление GLUL не должно неизбежно приводить к потере защиты, предсказанной IH_02.

Гипотеза предполагает следующий механизм. При действии миметика раннего голодания мышечный глутамин поддерживает качество белков целевой ткани, служа источником амидного азота для реакций гексозаминового пути. Глутамин-фруктозо-6-фосфат-амидотрансфераза (GFAT1) обеспечивает образование уридиндифосфат-N-ацетилглюкозамина, необходимого для гликозилирования и обновления белков. От этого пути зависит сохранение функции сердца при задержке питания. Повышенная активность глутаминазы (GLS1) усиливает конкуренцию за глутамин и может увеличивать расход мышечных ресурсов. Поэтому снижение активности GLS1 при сохранённом энергообеспечении может усилить защиту, тогда как прекращение поступления самого глутамина, согласно гипотезе, устранит защитный эффект. Новый миметик мог бы сочетать кратковременное воздействие альдометаниба с применением N-ацетилглюкозамина для обхода азотозависимого этапа, катализируемого GFAT1. Возможное продление жизни гипотеза связывает с уменьшением повреждения белков при меньшем расходе мышечных ресурсов. Стабилизируемое свойство обозначено как SPV_4.

Миметик увеличивает включение амидного 15N глутамина в гексозамины целевой ткани. Частичное подавление GFAT1 устраняет защиту при сохранённых уровнях аденозинтрифосфата (АТФ) и глутатиона. N-ацетилглюкозамин восстанавливает защиту и уменьшает потребность в поступающем глутамине только при работающем пути повторного использования N-ацетилглюкозамина. Частичное подавление GLS1 сохраняет или усиливает защиту при доступности альтернативного источника энергии. Блокада использования N-ацетилглюкозамина устраняет именно восстановление защиты, обусловленное его применением.

У старых мышей при задержке питания миметик увеличивает чистый выход глутамина из задней конечности и вклад его углерода в окислительный обмен сердца. Избирательное подавление GLS1 в сердце снижает образование АТФ ещё до появления повреждений и устраняет защиту. В изолированном сердце альтернативный окисляемый источник энергии восстанавливает защиту при сохранённой блокаде GLS1, если экспериментально подтверждено восстановление энергетического потока. При повторных циклах величина потери мышечной массы связана с суммарным выходом глутамина из мышц и недостаточным синтезом в период восстановления.

Расход энергии в глутаминово-глутаматном цикле может защищать сердце при имитации голодания даёт другое предсказание: При неизменном поступлении глутамина и сохранённой активности GLS1 частичное подавление GLUL в кардиомиоцитах уменьшает встречные потоки синтеза и гидролиза глутамина, повышает отношение аденозинтрифосфата (АТФ) к аденозиндифосфату, но увеличивает степень восстановленности компонентов дыхательной цепи и устраняет защитное действие миметика. В клеточной модели регулируемое дополнительное расходование АТФ за счёт активности АТФаз восстанавливает защиту при сопоставимых уровнях аммиака, глутатиона и гликозилирования. Одно лишь восполнение энергии при отсутствии такого оборота глутамина не восстанавливает защиту.

Связность митохондрий может защищать стареющие клетки сердца при снижении поступления глутамина из мышц даёт другое предсказание: При сопоставимых массе митохондрий, максимальной дыхательной мощности и доступности источников энергии зависимость функции сердца от степени подавления GLS1 имеет порог, положение которого меняется в зависимости от связности митохондриальной сети. Повышение связности сохраняет защиту после подавления GLS1 при низком поступлении глутамина из мышц. Фрагментация сети устраняет этот эффект даже при восстановлении уровня глутатиона и обмена веществ по гексозаминовому пути. Порог должен воспроизводиться при двух независимых способах изменения связности сети.

Мышечный глутамин может защищать сердце, поддерживая обезвреживание перекисей липидов с участием глутатиона даёт другое предсказание: После подавления GLS1 в сердце уровень перекисей липидов повышается раньше, чем снижается уровень АТФ. В клеточной модели защитный эффект миметика возвращается при применении липроксстатина-1 либо при подтверждённом восстановлении уровня внутриклеточного глутатиона, хотя окисление глутамина остаётся сниженным. При использовании альтернативного топлива, восстанавливающего энергетический поток, защита остаётся недостаточной. Если окислительное повреждение больше не препятствует защитному эффекту, частичное подавление GLUL не должно неизбежно приводить к потере защиты, предсказанной IH_02.