Eat Less, Live Longer / Mangia di meno, vivi più a lungo
Eat Less, Live Longer / Mangia di meno, vivi più a lungo
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
If you want to reduce levels of inflammation throughout your body, delay the onset of age-related diseases, and live longer--eat less food. That's the conclusion of a new study by scientists from the US and China that provides the most detailed report to date of the cellular effects of a calorie-restricted diet in rats. While the benefits of caloric restriction have long been known, the new results show how this restriction can protect against aging in cellular pathways, as detailed in Cell on February 27, 2020.
"We already knew that calorie restriction increases life span, but now we've shown all the changes that occur at a single-cell level to cause that," says Juan Carlos Izpisua Belmonte, a senior author of the new paper, professor in Salk's Gene Expression Laboratory and holder of the Roger Guillemin Chair. "This gives us targets that we may eventually be able to act on with drugs to treat aging in humans."
Aging is the highest risk factor for many human diseases, including cancer, dementia, diabetes and metabolic syndrome. Caloric restriction has been shown in animal models to be one of the most effective interventions against these age-related diseases. And although researchers know that individual cells undergo many changes as an organism ages, they have not known how caloric restriction might influence these changes.
In the new paper, Belmonte and his collaborators--including three alumni of his Salk lab who are now professors running their own research programs in China--compared rats who ate 30 percent fewer calories with rats on normal diets. The animals' diets were controlled from age 18 months through 27 months. (In humans, this would be roughly equivalent to someone following a calorie-restricted diet from age 50 through 70.)
At both the start and the conclusion of the diet, Belmonte's team isolated and analyzed a total of 168,703 cells from 40 cell types in the 56 rats. The cells came from fat tissues, liver, kidney, aorta, skin, bone marrow, brain and muscle. In each isolated cell, the researchers used single-cell genetic-sequencing technology to measure the activity levels of genes. They also looked at the overall composition of cell types within any given tissue. Then, they compared old and young mice on each diet.
Many of the changes that occurred as rats on the normal diet grew older didn't occur in rats on a restricted diet; even in old age, many of the tissues and cells of animals on the diet closely resembled those of young rats. Overall, 57 percent of the age-related changes in cell composition seen in the tissues of rats on a normal diet were not present in the rats on the calorie restricted diet.
"This approach not only told us the effect of calorie restriction on these cell types, but also provided the most complete and detailed study of what happens at a single-cell level during aging," says co-corresponding author Guang-Hui Liu, a professor at the Chinese Academy of Sciences.
Some of the cells and genes most affected by the diet related to immunity, inflammation and lipid metabolism. The number of immune cells in nearly every tissue studied dramatically increased as control rats aged but was not affected by age in rats with restricted calories. In brown adipose tissue--one type of fat tissue--a calorie-restricted diet reverted the expression levels of many anti-inflammatory genes to those seen in young animals.
"The primary discovery in the current study is that the increase in the inflammatory response during aging could be systematically repressed by caloric restriction" says co-corresponding author Jing Qu, also a professor at the Chinese Academy of Sciences.
When the researchers homed in on transcription factors--essentially master switches that can broadly alter the activity of many other genes--that were altered by caloric restriction, one stood out. Levels of the transcription factor Ybx1 were altered by the diet in 23 different cell types. The scientists believe Ybx1 may be an age-related transcription factor and are planning more research into its effects.
"People say that 'you are what you eat,' and we're finding that to be true in lots of ways," says Concepcion Rodriguez Esteban, another of the paper's authors and a staff researcher at Salk. "The state of your cells as you age clearly depends on your interactions with your environment, which includes what and how much you eat."
The team is now trying to utilize this information in an effort to discover aging drug targets and implement strategies towards increasing life and health span.
"We already knew that calorie restriction increases life span, but now we've shown all the changes that occur at a single-cell level to cause that," says Juan Carlos Izpisua Belmonte, a senior author of the new paper, professor in Salk's Gene Expression Laboratory and holder of the Roger Guillemin Chair. "This gives us targets that we may eventually be able to act on with drugs to treat aging in humans."
Aging is the highest risk factor for many human diseases, including cancer, dementia, diabetes and metabolic syndrome. Caloric restriction has been shown in animal models to be one of the most effective interventions against these age-related diseases. And although researchers know that individual cells undergo many changes as an organism ages, they have not known how caloric restriction might influence these changes.
In the new paper, Belmonte and his collaborators--including three alumni of his Salk lab who are now professors running their own research programs in China--compared rats who ate 30 percent fewer calories with rats on normal diets. The animals' diets were controlled from age 18 months through 27 months. (In humans, this would be roughly equivalent to someone following a calorie-restricted diet from age 50 through 70.)
At both the start and the conclusion of the diet, Belmonte's team isolated and analyzed a total of 168,703 cells from 40 cell types in the 56 rats. The cells came from fat tissues, liver, kidney, aorta, skin, bone marrow, brain and muscle. In each isolated cell, the researchers used single-cell genetic-sequencing technology to measure the activity levels of genes. They also looked at the overall composition of cell types within any given tissue. Then, they compared old and young mice on each diet.
Many of the changes that occurred as rats on the normal diet grew older didn't occur in rats on a restricted diet; even in old age, many of the tissues and cells of animals on the diet closely resembled those of young rats. Overall, 57 percent of the age-related changes in cell composition seen in the tissues of rats on a normal diet were not present in the rats on the calorie restricted diet.
"This approach not only told us the effect of calorie restriction on these cell types, but also provided the most complete and detailed study of what happens at a single-cell level during aging," says co-corresponding author Guang-Hui Liu, a professor at the Chinese Academy of Sciences.
Some of the cells and genes most affected by the diet related to immunity, inflammation and lipid metabolism. The number of immune cells in nearly every tissue studied dramatically increased as control rats aged but was not affected by age in rats with restricted calories. In brown adipose tissue--one type of fat tissue--a calorie-restricted diet reverted the expression levels of many anti-inflammatory genes to those seen in young animals.
"The primary discovery in the current study is that the increase in the inflammatory response during aging could be systematically repressed by caloric restriction" says co-corresponding author Jing Qu, also a professor at the Chinese Academy of Sciences.
When the researchers homed in on transcription factors--essentially master switches that can broadly alter the activity of many other genes--that were altered by caloric restriction, one stood out. Levels of the transcription factor Ybx1 were altered by the diet in 23 different cell types. The scientists believe Ybx1 may be an age-related transcription factor and are planning more research into its effects.
"People say that 'you are what you eat,' and we're finding that to be true in lots of ways," says Concepcion Rodriguez Esteban, another of the paper's authors and a staff researcher at Salk. "The state of your cells as you age clearly depends on your interactions with your environment, which includes what and how much you eat."
The team is now trying to utilize this information in an effort to discover aging drug targets and implement strategies towards increasing life and health span.
ITALIANO
Se si desidera ridurre i livelli di infiammazione in tutto il corpo, ritardare l'insorgenza di malattie legate all'età e vivere più a lungo - mangiare meno cibo. Questa è la conclusione di un nuovo studio condotto da scienziati statunitensi e cinesi che fornisce il rapporto più dettagliato fino ad oggi sugli effetti cellulari di una dieta ipocalorica nei ratti. Mentre i benefici della restrizione calorica sono noti da tempo, i nuovi risultati mostrano come questa restrizione possa proteggere dall'invecchiamento nelle vie cellulari, come dettagliato in Cell il 27 febbraio 2020.
"Sapevamo già che la restrizione calorica aumenta la durata della vita, ma ora abbiamo mostrato tutti i cambiamenti che si verificano a livello di singola cellula per causarlo", afferma Juan Carlos Izpisua Belmonte, autore senior del nuovo documento, professore di Salk Gene Expression Laboratory e titolare della sedia Roger Guillemin. "Questo ci dà obiettivi su cui potremmo eventualmente essere in grado di agire con farmaci per trattare l'invecchiamento nell'uomo".
L'invecchiamento è il più alto fattore di rischio per molte malattie umane, tra cui cancro, demenza, diabete e sindrome metabolica. La restrizione calorica ha dimostrato nei modelli animali di essere uno degli interventi più efficaci contro queste malattie legate all'età. E sebbene i ricercatori sappiano che le singole cellule subiscono molti cambiamenti con l'invecchiamento dell'organismo, non hanno saputo come la restrizione calorica possa influenzare questi cambiamenti.
Nel nuovo articolo, Belmonte e i suoi collaboratori - tra cui tre ex-alunni del suo laboratorio Salk, che ora sono professori che gestiscono i propri programmi di ricerca in Cina - hanno confrontato i topi che consumavano il 30 percento in meno di calorie con i topi con diete normali. Le diete degli animali sono state controllate dall'età di 18 mesi a 27 mesi. (Nell'uomo, questo sarebbe all'incirca equivalente a qualcuno che segue una dieta ipocalorica dai 50 ai 70 anni.)
Sia all'inizio che alla conclusione della dieta, il gruppo di Belmonte ha isolato e analizzato un totale di 168.703 cellule da 40 tipi di cellule nei 56 ratti. Le cellule provenivano da tessuti adiposi, fegato, rene, aorta, pelle, midollo osseo, cervello e muscoli. In ogni cellula isolata, i ricercatori hanno utilizzato la tecnologia di sequenziamento genetico a singola cellula per misurare i livelli di attività dei geni. Hanno anche esaminato la composizione complessiva dei tipi di cellule all'interno di un dato tessuto. Quindi, hanno confrontato topi vecchi e giovani su ogni dieta.
Molti dei cambiamenti che si sono verificati quando i ratti nella dieta normale sono cresciuti non si sono verificati nei ratti con una dieta limitata; anche nella vecchiaia, molti dei tessuti e delle cellule degli animali nella dieta assomigliavano molto a quelli dei giovani ratti. Complessivamente, il 57 percento dei cambiamenti legati all'età nella composizione cellulare osservati nei tessuti dei ratti con una dieta normale non erano presenti nei ratti con la dieta ipocalorica.
"Questo approccio non solo ci ha detto l'effetto della restrizione calorica su questi tipi di cellule, ma ha anche fornito lo studio più completo e dettagliato di ciò che accade a livello di una singola cellula durante l'invecchiamento", afferma l'autore congiunto Guang-Hui Liu, un professore all'Accademia cinese delle scienze.
Alcune delle cellule e dei geni più colpiti dalla dieta sono correlati all'immunità, all'infiammazione e al metabolismo lipidico. Il numero di cellule immunitarie in quasi tutti i tessuti studiati è aumentato drammaticamente quando i ratti di controllo invecchiano ma non è influenzato dall'età nei ratti con calorie limitate. Nel tessuto adiposo marrone - un tipo di tessuto adiposo - una dieta ipocalorica ripristinava i livelli di espressione di molti geni antinfiammatori rispetto a quelli osservati nei giovani animali.
"La scoperta principale nel presente studio è che l'aumento della risposta infiammatoria durante l'invecchiamento potrebbe essere sistematicamente represso dalla restrizione calorica", afferma l'autore correlato Jing Qu, anche professore all'Accademia cinese delle scienze.
Quando i ricercatori si sono occupati dei fattori di trascrizione - essenzialmente interruttori master che possono alterare ampiamente l'attività di molti altri geni - che sono stati alterati dalla restrizione calorica, uno si è distinto. I livelli del fattore di trascrizione Ybx1 sono stati alterati dalla dieta in 23 diversi tipi di cellule. Gli scienziati ritengono che Ybx1 possa essere un fattore di trascrizione legato all'età e stanno pianificando ulteriori ricerche sui suoi effetti.
"La gente dice che 'tu sei quello che mangi', e stiamo scoprendo che ciò è vero in molti modi", dice Concepcion Rodriguez Esteban, un altro degli autori del documento e un ricercatore dello staff di Salk. "Lo stato delle tue cellule mentre invecchi dipende chiaramente dalle tue interazioni con il tuo ambiente, che include cosa e quanto mangi."
Il gruppo sta ora cercando di utilizzare queste informazioni nel tentativo di scoprire gli obiettivi di invecchiamento dei farmaci e attuare strategie per aumentare la durata della vita e della salute.
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