Targeting The Endocrine System To Slow Down Aging In Hutchinson-Gilford Progeria Syndrome

Abstract

Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS), a very rare, lethal genetic disorder, is characterized by accelerated aging. This disorder is caused by a de novo point mutation (C608G) within the lamin A/C gene (LMNA), that partially activates a cryptic splice donor site in exon 11, resultant in the production of an abnormal lamin A, termed progerin. Since progerin does not undergo the normal proteolytic processing, it remains permanently farnesylated in the nuclei of HGPS cells, whose accumulation is responsible for the progression of HGPS phenotype and consequently the occurrence of several features of premature aging. Children succumb to myocardial infarction or stroke in their early teens, at an average age of 14.6 years. Numerous promising strategies with different targets have been proposed to improve the HGPS disease. Lonafarnib, a farnesyltransferase inhibitor, is the only compound with described beneficial effects in HGPS patients, ameliorating cardiovascular and bone outcomes but only extending lifespan by 1.6 years. Therefore, there is an urgent need for new therapeutic strategies to delay/stop the disease progression.Increasing evidence suggests that metabolic and endocrine alterations contribute to HGPS phenotype, including hormone X. This hormone is significantly decreased in HGPS patients which may relate to metabolic dysfunction, lipodystrophy, and cardiovascular disease. Interestingly, lipodystrophy, hormone X circulating levels, and metabolic alterations were not improved by lonafarnib, suggesting a window for combined therapy with hormone X. Given that leptin levels are higher in healthy centenarians than younger elderly individuals, and leptin treatment reverses metabolic abnormalities in many cases of lipodystrophy, leptin treatment may promote lifespan and healthspan benefits. In HGPS disease, autophagy is considered one of the mechanisms responsible for progerin clearance and delaying aging progression in HGPS cells. Hormone X has been shown to increase the cell proliferation capacity and also stimulate autophagy. In line with this, hormone X may also exert its beneficial effects by stimulating autophagy and progerin clearance, rescuing the senescent phenotype of HGPS cells. Taking all this into account, we hypothesized that hormone X therapy can be considered as a promising strategy to delay or block the premature aging of HGPS and potentially to increase healthspan and lifespan. The aim of the present study was, therefore, to assess the role of hormone X and investigate the therapeutic potential of this hormone to delay the premature cellular aging phenotype of HGPS-patients derived cells.In HGPS cells, hormone X increased the levels of the autophagic marker, LC3B, and enhanced autophagic flux. Hormone X also decreased phospho-MTOR levels supporting that hormone X stimulates autophagy through MTOR inhibition in HGPS cells. The levels of progerin decreased in leptin-treated cells, suggesting that hormone X enhanced progerin clearance through autophagic stimulation. Concomitant with progerin clearance, hormone X decreased the number of dysmorphic nuclei, a hallmark of HGPS cells, by increasing nuclear circularity, rescuing the nuclear morphology in HGPS cells. Hormone X also decreased DNA damage in HGPS cells, as shown by a reduction in the number of γH2AX foci, a marker of DNA damage. HGPS cells exhibited swollen and fragmented mitochondria suggestive of mitochondrial dysfunction. In addition, hormone X improved mitochondrial defects that may impact mitochondrial function. However, mitochondria respiratory capacity was decreased in hormone X-treated cells. Hormone X increased HGPS cells' proliferative capacity, as determined by an increase in the number of Ki-67+ cells, a marker of cell proliferation, and a reduction of p53 protein levels, a well-known cell cycle inhibitor. Moreover, hormone X also increased the expression of fibronectin, an extracellular matrix protein critical for fibroblasts' adhesion and proliferation. Furthermore, hormone X decreased senescence-associated-beta-galactosidase (SA-β-Gal) activity. Fewer SA-β-Gal–positive cells were observed in hormone X-treated cells, indicating that hormone X delayed the progression of cellular senescence in HGPS cells.Altogether, our study shows, for the first time, that hormone X stimulates autophagy, enhances progerin clearance, ameliorates nuclear and mitochondria morphology, rescues DNA damage, increases cell proliferation, and reduces cellular senescence. Since hormone X ameliorated and reversed several cellular hallmarks of premature aging of HGPS cells, these results strongly support that hormone X can be considered as an promising therapeutic strategy to delay or block the premature aging of HGPS and potentially to increase lifespan and healthspan. Moreover, given the similarities between HGPS and physiological aging, this study also gives a contribution to better understanding hormone X anti-aging role.

A Progeria, também conhecida como síndrome de Hutchinson-Gilford (HGPS) é uma doença extremamente rara e fatal, sendo caracterizada por envelhecimento acelerado. A HGPS é uma doença genética autossómica dominante caracterizada por uma mutação pontual de novo (G608G) no exão 11 do gene LMNA, ativando parcialmente um local de splicing alternativo, resultando na síntese de uma proteína lamina A mutada, designada por progerina. Esta proteína truncada não é processada normalmente tornando-se permanentemente farnesilada, cuja acumulação é responsável pela progressão do fenótipo da HGPS e, consequentemente, pela ocorrência de várias características que se assemelham ao envelhecimento precoce. As crianças morrem de enfarte do miocárdio ou acidente vascular cerebral no início da adolescência, com uma idade média de 14,6 anos.Inúmeras estratégias promissoras com diferentes alvos têm sido propostas para melhorar a HGPS. O lonafarnib, um inibidor da farnesiltransferase, é o único fármaco com efeitos benéficos descritos nestes doentes, melhorando alguns efeitos cardiovasculares e ósseos, mas apenas aumentando a esperança média de vida em 1,6 anos. Pelo que é extremamente urgente a descoberta de novas estratégias terapêuticas para retardar ou interromper a progressão da doença.Evidências sugerem que alterações metabólicas e endócrinas contribuem para o fenótipo da HGPS, incluindo a hormona X. A hormona X está significativamente diminuída em doentes com HGPS e isso pode estar relacionado com disfunção metabólica, lipodistrofia e doença cardiovascular. Curiosamente, a lipodistrofia, os níveis da hormona X e as alterações metabólicas não melhoraram com o lonafarnib, sugerindo uma janela terapêutica para terapia combinada com a hormona X. Dado que os níveis da hormona X são mais altos em centenários saudáveis do que em idosos e a hormona X reverte complicações metabólicas em muitos casos de lipodistrofia, o tratamento com hormona X pode promover benefícios para a saúde destes doentes.Na progeria, a autofagia é considerada um dos mecanismos responsáveis pela eliminação da progerina e pelo retardar da progressão do envelhecimento. Uma vez que a leptina aumenta a capacidade de proliferação celular e também a autofagia em vários tipos de células, , a hormona X pode exercer os seus efeitos benéficos ao estimular a autofagia e a diminuição dos níveis de progerina, resgatando o fenótipo senescente das células HGPS. Neste sentido, colocamos a hipótese que a terapia com a hormona X pode ser considerada uma estratégia promissora para atrasar ou bloquear o envelhecimento prematuro em HGPS e, potencialmente, aumentar qualidade de vida e a longevidade destes doentes. O objetivo do presente estudo foi, portanto, avaliar o papel da hormona X como potencial estratégia terapêutica para retardar o fenótipo do envelhecimento celular prematuro de células derivadas de doentes com HGPS.Este estudo mostra que o tratamento com leptina estimula o fluxo autofágico em células de doentes com HGPS. A hormona X diminuiu os níveis de phospo-MTOR, sugerindo que a hormona X induz autofagia através da inibição de MTOR. A hormona X levou à diminuição dos níveis de progerina em células HGPS e concomitantemente, diminuiu o número de núcleos dismórficos, aumentando a circularidade nuclear e resgatando a morfologia nuclear em células HGPS. A hormona X também diminuiu os danos no DNA em células HGPS, demonstrado pela redução no número de foci de γH2AX, um marcador de danos do DNA. A hormona X melhorou a morfologia mitocondrial que pode afetar a função mitocondrial. No entanto, a respiração mitocondrial diminuiu nas células tratadas com hormona X. Para além disso, a hormona X aumentou a capacidade proliferativa das células HGPS, conforme determinado por um aumento no número de células positivas para Ki-67, um marcador de proliferação celular, e uma redução dos níveis da proteína p53, um conhecido inibidor do ciclo celular. A hormona X também aumentou a expressão de fibronectina, uma proteína da matriz extracelular fundamental para a adesão e proliferação dos fibroblastos. Mais ainda, a hormona X diminuiu a atividade da beta-galactosidase associada à senescência, indicando que a hormona X retardou a progressão da senescência celular em células HGPS.Em conclusão, o nosso estudo demonstra, pela primeira vez,que a hormona X estimula a autofagia, reduz os níveis de progerina, melhora a morfologia nuclear e mitocondrial, reduz os danos no DNA, aumenta a proliferação celular e reduz a senescência celular. Estes resultados corroboram a hipótese de que a hormona X pode ser considerada uma estratégia terapêutica promissora para atrasar ou bloquear o envelhecimento prematuro que caracteriza a doença HGPS e potencialmente aumentar a longevidade e qualidade de vida destes doentes. Para além disso, dadas as semelhanças entre a progeria e o normal envelhecimento, este estudo também contribui para uma melhor compreensão do papel da hormona X no processo de envelhecimento.