Effects of deleting mitochondrial antioxidant genes on aging

Abstract

Reaktif oksijen türleri (ROS) biyomoleküllerde hasar oluturarak yalanmanınhızlanması ve yaam süresinin kısalmasına sebep olurken antioksidan enzimler buetkilerin tersini oluturur. Mitokondriler ROS'ların birincil üretim yerleri olmaları vereaktif oksijen türlerinden en çok etkilenmeleri sebebiyle yalanma çalımalarındaönemlidirler. Çalımada, replikatif yaam süresinde etkili mitokondrial antioksidangenlerin tanımlanması için maya genetii kullanılmıtır. Çalımamızda mitokondrialantioksidan genler (TTR1, CCP1, SOD1, GLO4, TRR2, TRX3, CCS1, SOD2, GRX5,PRX1) arasından, SOD1 (Cu, Zn superoksit dismutaz), SOD2 (Mn superoksit dismutaz)ve CCS1 (Bakır aperonin) mutasyonları yaam sürelerini düürmü olup bu dümesod1 için 40%, sod2 için 72% ve ccs1 için 50% olarak bulunmutur. Bunun yanındasolunumla metabolize edilen karbon kaynaı (gliserol) kullanıldıında sod1, sod2 veccs1' nin yanında CCP1 mutasyonunun da yaam süresinde kısalmaya sebep olduubulunmu olup mutantların yaam sürelerindeli kısalma sod1 için 79%, sod2 için87% , ccs1 için 51% ve ccp1 için 65% olarak bulundu. Her iki ortam koulunda dabazı gen mutasyonlarının yalanma üzerine çok az veya hiç etkisinin olmadıı bulundu.Mitokondrial antioxidant genlerin oksidatif stres üzerindeki rollerinin daha iyianlaılabilmesi için lipid, protein ve DNA'daki hasar oranları belirlendi. Normalartlarda mutantların WT hücrelere göre daha az lipid peroksitlerini içerdikleribulundu. Hücrelerin gliserol içeren besiyerinde büyütülmesiyle lipid peroksitlerininseviyesi CCS1, SOD2, GRX2, CCP1, TRR2 ve PRX1 mutantları için sırasıyla 87%, 73%,65, 48%, 30% ve 16% fazla bulundu. Protein karbonilasyonu ölçümlerinde normalbesiyerinde büyütülen hücrelerden WT hücrelere kıyasla, ccp1 mutanlarında 34% vegrx2 mutantlarında 87% yüksek protein karbonil miktarı tespit edildi. Gliserolbesiyerinde ise protein karbonil seviyesinin tüm mutanlar için arttıı gözlendi. Q-PCRdenemesi sonucunda ccs1 ve prx1 için mitokondrial DNA'da hasarının arttııbulundu. Tüm sonuçlar ııında, bazı antioksidan gen mutantlarının daha kısa yaadııve solunumla metabolize edilebilen karbon kaynaı varlıında aırı miktarda molekülerhasar birikimi olduu bulundu.

Reactive oxygen species (ROS) damage biomolecules, accelerate aging, andshorten life span, whereas antioxidant enzymes mitigate these effects. Becausemitochondria are a primary site of ROS generation and also a primary target of ROSattack, they have become a major focus area of aging studies. Here, we employed yeastgenetics to identify mitochondrial antioxidant genes that are important for replicativelife span. We found that among the known mitochondrial antioxidant genes (TTR1,CCP1, SOD1, GLO4, TRR2, TRX3, CCS1, SOD2, GRX5, PRX1), deletion SOD1 (Cu, Znsuperoxide dismutase), SOD2 (Manganese-containing superoxide dismutase), and CCS1(Copper chaperone), shortened the life span enormously under normal conditions. Thelife span decreased 40% for sod1 mutant, 72% for sod2 mutant, and 50% for ccs1mutant. When a respiratory carbon source was used in addition to sod1, sod2 andccs1, deletion of CCP1 (cytocrome c peroxidase) also lead to a decrease in life spanwhich decreased% 79 for sod1 mutant, 87 % for sod2 mutant, 51 % for ccs1 and65% for ccp1 mutant. Deletion of the other genes had little or no effect on life span forboth conditions. To further investigate the role of these antioxidant genes moleculardamages on lipids, proteins, and DNA were detected in mutants. The results showed thatlevel of lipid peroxidation was usually lower when cells were grown under normalconditions. If cells were grown in respiratory substrate glycerol, deletion of CCS1,SOD2, GRX2, CCP1, TRR2 and PRX1 genes increased cellular lipid peroxidation levelsby 87%, 73%, 65, 48%, 30% and 16% respectively. Protein carbonylation levels were34% higher for ccp1 and 87% higher for grx2 mutants compared to WT cells whenthe cells were grown under normal conditions. However, it increased 65% for ccs1,61% for prx1, 57% for glo4, 55% for ccp1, 49% for sod1, 37% for sod2, 33% forgrx2, 18% for trx3, 17% for grx5 and 7% for trr2 when the cells were grown in thepresence of glycerol. Q-PCR assay showed that deletion of CCS1 and PRX1 lead to DNAdamages in mitochondrial DNA. Our overall results showed that some of the antioxidantmitochondrial mutants lived shorter and accumulated extensive molecular damages inthe presence of respiratory carbon source.