elektronkiszivárgás, és ezzel együtt a reaktív
oxigénformák termelési rátája is (Brand, 2000). Modellszervezeteken
végzett tanulmányok eredményei több megközelítéssel is tesztelték e
hipotézis érvényességét. Eddigi ismereteink szerint főképp a
hipotézist támogató empirikus eredmények születtek (Buttemer et al.,
2010), azonban sokfajos összehasonlító vizsgálatról nincs
tudomásunk.
A javító mechanizmusok hatékonyságának fontossága
az öregedés és élettartam fajok közötti változatosságának
magyarázatában jelenleg kevéssé ismert. Modellszervezeteken végzett
vizsgálatok pozitív összefüggést találtak például a DNS-hibákat
javító mechanizmusok hatékonysága és az élettartam között. Azonban
egy tizenöt madár- és emlősfajon végzett összehasonlító elemzésben
nem találtak összefüggést a fehérjejavítás hatásfoka és az
élettartam között (Salway et al., 2011).
Az oxidatív stressz elmélet (oxidative stress
theory of ageing) az előző specifikus elméleteket egyetlen elméleti
keretben egyesíti. Eszerint, amennyiben a reaktív oxigénformák
termelési rátája meghaladja a több komponensből álló
védekezőrendszer (lásd fentebb) kapacitását, akkor oxidatív stressz
lép fel, amely a fokozott sejtkárosodás révén gyorsíthatja az
öregedést, mivel oxidatív stressz esetén fehérjék és lipidek mellett
a mitokondriális és sejtmagi DNS is károsodhat. Telomernek nevezzük
a DNS-szál végét védő, sokszorosan ismétlődő nemkódoló szakaszt.
Minden sejtosztódásnál a DNS-szál rövidül, a telomer pedig megelőzi
a sejt működését befolyásoló kódoló szakaszok elvesztését. A telomer
szakasz hossza, de még inkább időbeli hosszváltozása megbízható
öregedésindikátor, amit tovább erősít az a tény, hogy az oxidatív
stressz fokozza a telomer rövidülését (von Zglinicki, 2002). Ennek
megfelelően egy mindössze néhány madárfajt érintő összehasonlításban
azt találták, hogy minél hosszabb egy faj várható élettartama, annál
kisebb az évenkénti telomerrövidülés mértéke (Haussmann et al.,
2003). Közvetett bizonyítékok is napvilágot láttak. Az
inzulin/inzulinszerű növekedési faktor-1 jelpálya fontos szerepet
játszik a sejtosztódás serkentésében, ugyanakkor oxidatív stressz
állapotot idézhet elő. Egy emlősökön végzett összehasonlító
vizsgálatban kimutatták, hogy a magas inzulinszerű növekedési
faktor-1 koncentrációval jellemezhető, vagyis feltehetően
erőteljesebb oxidatív stressznek kitett fajok élettartama rövidebb
(Swanson – Dantzer, 2014).
Előzetes eredményeink
Mint az eddigi áttekintésből kitűnt, hiányzik az öregedés
elméleteinek egy sokfajos összehasonlító vizsgálaton alapuló
tesztje. Ezt pótlandó, Romániában gyűjtöttünk vérmintákat felnőtt
költő madaraktól (88 madárfaj, 650 egyed) 2010 és 2014 között. A
vérplazmából és vörösvérsejtekből az oxidatív állapot két fontos
összetevőjét mértük modern biokémiai módszerekkel: (1) az
antioxidáns védekezés szintjét három paraméterrel (teljes
antioxidáns állapot, húgysav és teljes glutationkoncentráció) és (2)
az oxidatív sejtkárosodás szintjét két paraméterrel (hidroperoxidok
szintjével és a lipidek károsodását jelző malondialdehid
koncentrációjával). A fajszintű maximális élettartamot az AnAge
internetes adatbázisból gyűjtöttük ki (de Magalhães et al., 2007).
Ezzel az adatsorral elsőként tudjuk nagy fajszámon tesztelni az
öregedés antioxidáns- és oxidatívstressz-elméleteit.
Mivel a közös őstől származó fajok nem tekinthetők
független mintavételi pontoknak, filogenetikai összehasonlító
elemzéssel kontrolláltunk a fajok közös őstől való leszármazásából
adódó hasonlóságára. Emellett az élettartamot vizsgáló
összehasonlító elemzések fontos feltétele a maximális élettartam
testtömegtől való függésére való kontrollálás. Elemzéseink során az
élettartam volt a függő változó, magyarázó változóként szolgáltak az
oxidatív állapot előbb felsorolt paraméterei. Az elemzéseket az R
statisztikai környezetben (R Core Team 2014) filogenetikai
általánosított legkisebb négyzetek (PGLS) eljárással végeztük
(„pgls” függvény, „caper” csomag; Orme et al., 2013). Első körben
egyváltozós modelleket építettünk, amelyekben az öt magyarázó
változó közül csak az egyik szerepelt önmagában, majd egy
többváltozós modellben az összes magyarázó változót beépítettük.
Utóbbira azért volt szükség, mert a teljes antioxidáns állapot és a
húgysavszint pozitívan korrelál a lipidkárosodás mértékével (azaz a
malondialdehid-szinttel).
Előzetes eredményeink szerint az egyváltozós
modellek közül mindössze a húgysavkoncentráció mutatott közel
szignifikáns negatív összefüggést a maximális élettartammal (PGLS, β
= –0,31 ± 0,17 SE, t = 1,85, P = 0,074). Más szóval a testmérethez
viszonyítva hosszú életű fajok tendenciózusan alacsonyabb
húgysavszinttel rendelkeznek. Az előzetes többváltozós modellünkben
mindössze a lipid-peroxidáció mértékét jelző malondialdehid-szinttel
függött össze negatívan a maximális élettartam (β = –0,31 ± 0,19 SE,
t = 2,07, P = 0,04; 1. ábra). Tehát azok a fajok, amelyek
lipidkárosodása átlagosan magasabb, a testméretükhöz viszonyítva
rövidebb életet élnek.

1. ábra • Európai madaraknál csökken
a testtömegtől független élettartam a növekvő
lipidkárosodással (malondialdehid-koncentráció).
A korábbi, kevés fajon végzett vizsgálatokkal
összhangban előzetes eredményeink sem támogatják az öregedés
antioxidáns-elméletét, hiszen a glutationszint nem függött össze,
míg a húgysav koncentrációja a vártakkal ellentétben marginálisan
negatívan függött össze az élethosszal. Ez utóbbi tendenciózus
összefüggés is eltűnt a többváltozós modellben. Elsőként mutattuk
ki, hogy az oxidatív stressz fontos lehet a madarak öregedésének
magyarázatában, legalábbis ami a vérplazmából mért lipidkárosodás
mértékét illeti. A lipidek károsodása befolyásolja a membránok
fluiditását, és ezzel hátrányosan hathat a sejtek funkcionalitására,
ami végső soron gyorsíthatja az öregedési folyamatot. Továbbá, a
malondialdehid propagálhatja az oxidációs kaszkádot, és így
hozzájárul a fehérjék oxidatív roncsolásához (Halliwell –
Gutteridge, 2007), így sokrétűen gyorsíthatja az öregedést. A
hidroperoxidok fehérjék, lipidek és DNS oxidatív károsodásának korai
termékei. Érdekes módon azonban ennek szintje nem függött össze sem
a lipidkárosodással, sem az élettartammal. Mivel eredményeink vérből
mért értékeken alapulnak, fontos ezek újraellenőrzése posztmitotikus
szöveten is (például agyszövet), ugyanis e szövetek oxidatív
károsodása érzékenyen tükrözheti a fajok közötti
élettartam-különbségeket.
Köszönjük Osváth Gergely, Marton Attila, Bărbos Lőrinc, Sándor
Krisztina, Veres-Szászka Judit, Csiszár Mónika, Bakó Beáta és Fülöp
Attila terepmunkában nyújtott önzetlen segítségét. A magyar és román
kutatócsoportok közötti mobilitás a Kutatási és Technológiai
Innovációs Alap támogatásával valósult meg. A kutatás a TÁMOP
4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 azonosítószámú Nemzeti Kiválóság Program –
Hazai hallgatói, illetve kutatói személyi támogatást biztosító
rendszer kidolgozása és működtetése országos program című kiemelt
projekt keretében zajlott. A projekt az Európai Unió támogatásával,
az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.
Kulcsszavak: antioxidánsok, evolúció, életmenet, oxidatív
stressz, ökofiziológia, öregedés, reaktív oxigénformák,
sejtkárosodás
IRODALOM
Beckman, Kenneth B. – Ames, Bruce N. (1998): The Free Radical Theory
of Aging Matures. Physiological Reviews. 78, 547–581.•
WEBCÍM
Brand, Martin D. (2000): Uncoupling to
Survive? The Role of Mitochondrial Inefficiency in Ageing.
Experimental Gerontology. 35, 811–820.
DOI:10.1016/S0531-5565(00)00135-2 •
WEBCÍM
Buttemer, W. A. – Abele, D. – Costantini,
D. (2010): From Bivalves to Birds: Oxidative Stress and Longevity.
Functional Ecology. 24, 971–983. DOI: 10.1111/
j.1365-2435.2010.01740.x •
WEBCÍM
Cohen, Alan A. – McGraw, K. J. – Wiersma,
P. – Williams, J. B. – Robinson, W. D. – Robinson, T. R. – Brawn, J.
D. – Ricklefs, R. E. (2008): Interspecific Associations between
Circulating Antioxidant Levels and Life-history Variation in Birds.
American Naturalist. 172, 178–193. DOI:10.1086/589456 •
WEBCÍM
de Magalhães, João P. – Costa, J. –
Church, G. M. (2007): An Analysis of The Relationship Between
Metabolism, Developmental Schedules, and Longevity Using
Phylogenetic Independent Contrasts. Journal of Gerontology A. 62,
149–160. •
WEBCÍM
de Magalhães, João Pedro (2011): The
Biology of Ageing: A Primer. In: Stuart-Hamilton, Ian (ed.): An
Introduction to Gerontology. Cambridge University Press, New York,
USA, 21–47. •
WEBCÍM
Halliwell, Barry – Gutteridge, John M. C.
(2007): Free Radicals in Biology and Medicine. Oxford University
Press, Oxford, UK.
Haussmann, Mark F. – Winkler, D. W. –
O’Reilly, K. M. – Huntington, C. E. – Nisbet, I. C. T. – Vleck, C.
M. (2003): Telomeres Shorten More Slowly in Long-lived Birds and
Mammals Than in Short-Lived Ones. Proceedings of the Royal Society
of London B. 270, 1387–1392. DOI: 10.1098/rspb.2003.2385 •
WEBCÍM
Hulbert, Anthony J. – Pamplona, R. –
Buffenstein, R. – Buttemer, W. A. (2007): Life and Death: Metabolic
Rate, Membrane Composition, and Life Span of Animals. Physiological
Reviews. 87, 1175–1213. DOI: 10.1152/physrev.00047.2006 •
WEBCÍM
Kirkwood, Thomas B. L. – Austad, Steven N.
(2000): Why Do We Age? Nature. 408, 233–238. DOI: 10.1038/35041682 •
WEBCÍM
Monaghan, Pat – Metcalfe, N. B. – Torres,
R. (2009): Oxidative Stress as a Mediator of Life History
Trade-offs: Mechanisms, Measurements and Interpretation. Ecology
Letters. 12, 75–92. DOI: 10.1111/j.1461-0248. 2008.01258.x •
WEBCÍM
Montgomery, Magdalene K. – Hulbert, A. J.
– Buttemer, W. A. (2012a): Does The Oxidative Stress Theory of Aging
Explain Longevity Differences in Birds? I. Mitochondrial ROS
Production. Experimental Gerontology. 47, 203–210.
DOI:10.1016/j.exger.2011.11.006
Montgomery, Magdalene K. – Buttemer, W. A.
– Hulbert, A. J. (2012b): Does The Oxidative Stress Theory of Aging
Explain Longevity Differences in Birds? II. Antioxidant Systems and
Oxidative Damage. Experimental Gerontology. 47, 211–222.
DOI:10.1016/j.exger.2011.11.014
Orme, C. David L. – Freckleton, R. P. –
Thomas, G. H. – Petzoldt, T. – Fritz, S. A. – Isaac, N. – Pearse, W.
(2013): Caper: omparative Analyses of Phylogenetics and Evolution in
R. •
WEBCÍM
R Core Team (2014): R: A Language and
Environment For Statistical Computing.R Foundation ForStatistical
Computing, Vienna, Austria •
WEBCÍM
Radák Zsolt – Chung, H. Y. – Koltai E. –
Taylor, A. W. – Goto, S. (2008): Exercise, Oxidative Stress and
Hormesis. Ageing Research Reviews. 7, 34–42. DOI:
10.1016/j.arr.2007.04.004 •
WEBCÍM
Salway, Kurtis D. – Page, M. M. – Faure,
P. A. – Burness, G. – Stuart, J. A. (2011): Enhanced Protein Repair
and Recycling Are Not Correlated with Longevity in 15 Vertebrate
Endotherm Species. Age, 33, 33–47. DOI: 10.1007/s11357-010-9157-5
•
WEBCÍM
Swanson, Eli M. – Dantzer, Ben (2014):
Insulin-like Growth Factor-1 Is Associated with Life-History
Variation AcrossMammalia. Proceedings of the Royal Society of London
B.281, 20132458. DOI:10.1098/rspb.2013.2458 •
WEBCÍM
Voituron, Yann – De Fraipont, M. –
Issartel, J. – Guillaume, O. – Clobert, J. (2011): Extreme Lifespan
of the Human Fish (Proteus anguinus): A Challenge for Ageing
Mechanisms. Biology Letters.7, 105–107. DOI:10.1098/rsbl.2010.0539 •
WEBCÍM
Von Zglinicki, Thomas (2002):
Oxidative Stress Shortens Telomeres. Trends in Biochemical
Sciences.27, 339–344. DOI:10.1016/S0968-0004(02)02110-2 •
WEBCÍM
LÁBJEGYZET
* Ezek a szerzők egyenlően
járultak hozzá a tanulmányhoz.
|