Molecular and Genetic Investigation of Aging: the Role of Mitochondrial Metabolism Genes on Life Span Determination

Abstract

Molecular mechanism of aging and longevity is still a complex phenomenon. In the course of time, an organism or tissue or a post mitotic cell ages, becomes weak, starts losing energy and ultimately falls in death; that implies that mitochondria has a central role of in the aging process. So in this study it is subjected whether manipulations to mitochondrial metabolism genes can extend life span in yeast. 144 strains derived from the yeast (S.cerevisiae) open reading frame (ORF) deletion collection were screened to identify single deleted mitochondrial genes that increase life span. This has resulted in the isolation of three long-lived mutants’ Δppa2 (28% extended), Δdss1(20% extended) and Δafg3 (40% extended) that are chosen for the current study. These long lived cells comprised relatively less amount of mtDNA at the young stage with effective proliferation rate while mtDNA content was highly decreased in old compared to wild type. Relatively less amount of ATP and absence of endogenous reactive oxygen species (ROS) level was observed both in long lived young and old cells. Long lived cell’s mitochondria was viewed as aggregated. In addition, the elevation of the mitochondrial membrane potential (ΔΨmito ) was found to predominate the relative degree of longevity. All long lived cells comprised similar pleiotropic mitochondrial phenotype and whole genome microarray published the sets of genes that were commonly upregulated and downregulated. The induction of peroxisomal glyoxylate cycle along with TCA cycle is suggested upon CIT2 higher expression. Thus this investigation reveals the regulatory properties of these genes through the remodeling of mitochondrial morphology and function.

Yaşlanmanın ve uzun ömrün moleküler mekanizması halen karmaşık bir olgudur. Zamanla, bir organizma ya da doku veya mitoz sonrası hücre yaşlanır, zayıflar, enerji kaybetmeye başlar ve sonunda ölür, bu mitokondrinin yaşlanma sürecinde merkezi bir role sahip olduğunu göstermektedir. Sonuç olarak, bu çalışmada mitokondriyal metabolizma genlerinin manipülasyonlarının maya ömrünü uzatıp uzatamayacağı incelenmiştir. Maya (S. Cerevisiae) açık okuma çerçevesi (ORF) delesyon setinden elde edilmiş 144 suş, ömrü arttıran tek silinmiş mitokondriyal genleri tanımlamak için taranmıştır. Bu, mevcut çalışma için seçilen üç uzun ömürlü mutantın Δppa2 (%28 uzamış), Δdss1 (%20 uzamış) ve Δafg3 (%40 uzamış) izolasyonu ile sonuçlanmıştır. Yaşlılarda yabani tipe kıyasla mtDNA içeriği oldukça azalırken, uzun ömürlü hücreler etkili proliferasyon oranı ile genç aşamalarında yabani tipe kıyasla daha az mtDNA içerir, bu da mtDNA içeriğinin uzun ömürde etkili olduğunu göstermektedir. Hem uzun ömürlü genç hem de yaşlı hücrelerde endojen reaktif oksijen türleri (ROS) seviyesinin komple yokluğu ve ATP oranının görece azlığı gözlenmiştir. Uzun ömürlü hücre mitokondrilerinin kümeleştiği gözlenmiştir. Buna ek olarak, mitokondriyal membran potansiyelinin(ΔΨmito) yükselmesi uzun ömürde görece baskın bulunmuştur. Tüm uzun ömürlü hücreler, benzer pleitropik mitokondriyal fenotipe sahiptir ve tüm genom mikroarray genellikle upregüle ve downregüle edilen genlerin setlerini yayınladı. Retrograd tepki geni CIT2’nun uzun ömürlü genç hücrelerde nispeten daha yüksek ifadelenmesi, TCA döngüsü ile birlikte peroksizomal glioksilat döngüsünün indüksiyonu olduğunu düşündürmüştür. Sonuç olarak, bu araştırma mitokondriyal morfoloji ve fonksiyon biçimlenmesiyle bu genlerin düzenleyici özelliklerini ortaya koymaktadır.