The share of the population that is aging is growing rapidly. In an aging society, technologies and interventions that delay the aging process are of great interest. Dietary restriction (DR) is the most reproducible and effective nutritional intervention tested to date for delaying the aging process and prolonging the health span in animal models. Preventive effects of DR on age-related diseases have also been reported in human. In addition, highly conserved signaling pathways from small animal models to human mediate the effects of DR. Recent evidence has shown that the immune system is closely related to the effects of DR, and functions as a major mechanism of DR in healthy aging. This review discusses the effects of DR in delaying aging and preventing age-related diseases in animal, including human, and introduces the molecular mechanisms that mediate these effects. In addition, it reports scientific findings on the relationship between the immune system and DR-induced longevity. The review highlights the role of immunity as a potential mediator of the effects of DR on longevity, and provides insights into healthy aging in human.
The proper maintenance of mRNA quality that is regulated by diverse surveillance pathways is essential for cellular homeostasis and is highly conserved among eukaryotes. Here, we review findings regarding the role of mRNA quality control in the aging and longevity of Caenorhabditis elegans, an outstanding model for aging research. We discuss the recently discovered functions of the proper regulation of nonsense-mediated mRNA decay, ribosome-associated quality control, and mRNA splicing in the aging of C. elegans. We describe how mRNA quality control contributes to longevity conferred by various regimens, including inhibition of insulin/insulin-like growth factor 1 (IGF-1) signaling, dietary restriction, and reduced mechanistic target of rapamycin signaling. This review provides valuable information regarding the relationship between the mRNA quality control and aging in C. elegans, which may lead to insights into healthy longevity in complex organisms, including humans.
The loss of skeletal muscle, called sarcopenia, is an inevitable event during the aging process, and significantly impacts quality of life. Autophagy is known to reduce muscle atrophy caused by dysfunctional organelles, even though the molecular mechanism remains unclear. Here, we have discuss the current understanding of exercise-induced autophagy activation in skeletal muscle regeneration and remodeling, leading to sarcopenia intervention. With aging, dysregulation of autophagy flux inhibits lysosomal storage processes involved in muscle biogenesis. AMPK-ULK1 and the $FoxO/PGC-1{\alpha}$ signaling pathways play a critical role in the induction of autophagy machinery in skeletal muscle, thus these pathways could be targets for therapeutics development. Autophagy has been also shown to be a critical regulator of stem cell fate, which determines satellite cell differentiation into muscle fiber, thereby increasing muscle mass. This review aims to provide a comprehensive understanding of the physiological role of autophagy in skeletal muscle aging and sarcopenia.
Aging is the strongest risk factor for cancer development, suggesting that molecular crosstalks between aging and tumorigenesis exist in many cellular pathways. Recently, Sirtuins (Sirt1-7), the mammalian homologues of aging-related $sir2{\alpha}$ in yeast, have been shown to modulate several major cellular pathways, such as DNA repair, inflammation, metabolism, cell death, and proliferation in response to diverse stresses, and may serve as a possible molecular link between aging and tumorignenesis. In addition, growing evidence suggests that sirtuins are directly implicated in the development of cancer, and they can act as either a tumor suppressor or promoter, depending on the cellular context and tumor types. While the functions of Sirt1 in tumorigenesis have been reported and reviewed in many studies, the connection between sirtuins 2-7 and the development of cancer is less established. Thus, this review will present the recent updates on the emerging roles of Sirt2-7 members in carcinogenesis.
Aging is one of the most complicated biological processes in all species. A number of different model organisms from yeast to monkeys have been studied to understand the aging process. Until recently, many different age-related genes and age-regulating cellular pathways, such as insulin/IGF-1-like signal, mitochondrial dysfunction, Sir2 pathway, have been identified through classical genetic studies. Parallel to genetic approaches, genome-wide approaches have provided valuable insights for the understanding of molecular mechanisms occurring during aging. Gene expression profiling analysis can measure the transcriptional alteration of multiple genes in a genome simultaneously and is widely used to elucidate the mechanisms of complex biological pathways. Here, current global gene expression profiling studies on normal aging and age-related genetic/environmental interventions in widely-used model organisms are briefly reviewed.
Sestrin 2 (SESN2) is a member of the sestrin family of stress-induced proteins that negatively regulate aging-associated biological processes. This study aims to investigate the role of SESN2 in regulating the differentiation potential and senescence of mesenchymal stem cells (MSCs) derived from young and elderly donors. Bulk RNA sequencing revealed a common decline in the SESN2 mRNA levels in MSCs from elderly individuals, which was confirmed via reverse transcription-polymerase chain reaction and western blot analyses. SESN2 knockdown in MSCs from young donors resulted in phenotypic changes similar to those in MSCs from elderly donors, including an enhanced expression of senescence and adipogenic markers and diminished expression of osteogenic markers. To confirm the effect of decreased SESN2 expression on osteogenic and adipogenic differentiation, we induced Sesn2 knockdown in mouse bone marrow-derived MSCs. Sesn2 knockdown suppressed the mRNA expression of osteogenic marker genes, alkaline phosphatase activity, and matrix mineralization. Furthermore, Sesn2 knockdown enhanced mRNA expression of the adipogenic marker genes and intracellular lipid accumulation. These results suggest that a decline in SESN2 expression during aging contributes to the shift of MSC differentiation from osteogenic to adipogenic lineage.
In an ongoing investigation of compounds from natural products that exhibit anti-aging properties, hydroxyhibiscone A (1), a new furanosesquiterpenoid, together with hibiscone D (2), was isolated from the root bark of Hibiscus syriacus. Utilizing UV, IR, NMR, and MS spectroscopic analyses, these chemical structures were revealed. Compounds 1 and 2 were found to posses significant anti-aging properties on the human neutrophil elastase (HNE) assay, exhibiting HNE inhibitory activities with $IC_{50}$ values of 5.2 and 4.6 ${\mu}M$, respectively.
Aging is accompanied by a time-dependent progressive deterioration of multiple factors of the cellular system. The past several decades have witnessed major leaps in our understanding of the biological mechanisms of aging using dietary, genetic, pharmacological, and physical interventions. Metabolic processes, including nutrient sensing pathways and mitochondrial function, have emerged as prominent regulators of aging. Mitochondria have been considered to play a key role largely due to their production of reactive oxygen species (ROS), resulting in DNA damage that accumulates over time and ultimately causes cellular failure. This theory, known as the mitochondrial free radical theory of aging (MFRTA), was favored by the aging field, but increasing inconsistent evidence has led to criticism and rejection of this idea. However, MFRTA should not be hastily rejected in its entirety because we now understand that ROS is not simply an undesired toxic metabolic byproduct, but also an important signaling molecule that is vital to cellular fitness. Notably, mitochondrial function, a term traditionally referred to bioenergetics and apoptosis, has since expanded considerably. It encompasses numerous other key biological processes, including the following: (i) complex metabolic processes, (ii) intracellular and endocrine signaling/communication, and (iii) immunity/inflammation. Here, we will discuss shortcomings of previous concepts regarding mitochondria in aging and their emerging roles based on recent advances. We will also discuss how the mitochondrial genome integrates with major theories on the evolution of aging.
Healthy aging has become a major goal of public health. Many studies have provided evidence and theories to explain molecular mechanisms of the aging process. Recent studies suggest that epigenetic mechanisms are responsible for life span and the progression of aging. Epigenetics is a fascinating field of molecular biology, which studies heritable modifications of DNA and histones that regulate gene expression without altering the DNA sequence. DNA methylation is a major epigenetic mark that shows progressive changes during aging. Recent studies have investigated aging-related DNA methylation as a biomarker that predicts cellular age. Interestingly, growing evidence proposes that nutrients play a crucial role in the regulation of epigenetic modifiers. Because various nutrients and their metabolites function as substrates or cofactors for epigenetic modifiers, nutrition can modulate or reverse epigenetic marks in the genome as well as expression patterns. Here, we will review the results on aging-associated epigenetic modifications and the possible mechanisms by which nutrition, including nutrient availability and bioactive compounds, regulate epigenetic changes and affect aging physiology.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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