Evolutionary Biology of Aging PDF

Evolutionary Biology of Aging -- Why and how do we age? --  Dr. Oliver BISCHOF DR-CNRS / Institut Mondor for Biomedical Research (IMRB); UPEC [email protected] www.u-pec.fr/EUR-live Objectif : Fo...

Evolutionary Biology of Aging -- Why and how do we age? --  Dr. Oliver BISCHOF DR-CNRS / Institut Mondor for Biomedical Research (IMRB); UPEC [email protected] www.u-pec.fr/EUR-live Objectif : Fournir.... "...une discussion intégrative et contemporaine sur les raisons pour lesquelles nous vieillissons et une base solide pour une réflexion sur certaines questions critiques dans notre compréhension de la sénescence de l'organisme et de la longévité humaine". Espérance de vie moyenne de 1800-aujourdhui Le vieillissement est un problème socio-économique mondial Jarzebski et al., npj Urban Sustain 1, 2021 Manifestations liées à l'âge a) Portrait de Joan Riudavets Moll (15 December 1889 – 5 March 2004)=114y b) Cataracte humaine c) L'athérosclérose est un épaississement de la paroi des artères. On voit ici un cas d'athérosclérose sévère de l'aorte. Image a) courtesy of Wikipedia. Image b) courtesy of Rakesh Ahuja, M.D. Image c) courtesy of Dr. Edwin P. Ewing, Jr./CDC.  Vieillissement = susceptibilité aux maladies (chroniques) 110 000 personnes meurent chaque jour d'une maladie liée à l'âge "Intervenir dans un processus de vieillissement fondamental = Une révolution médicale La fontaine de jouvence : Lucas Cranach (1546) Une brève histoire sur le "pourquoi du vieillissement" Le poète et philosophe romain Lucrèce a affirmé dans son "De Rerum Natura" (De la nature des choses) que le vieillissement et la mort sont bénéfiques parce qu'ils font de la place à la généraCon suivante.  Ctd… Théorie de la mort programmée Le biologiste allemand du XIXe siècle August Weissmann a proposé que "la sélection favorise l'évolution d'un mécanisme de mort qui assure la survie de l'espèce en faisant de la place à des individus plus jeunes et plus prolifiques sur le plan de la reproduction (Weissmann 1891)"...... Il s'avère que les théories du vieillissement programmé sont improbables !  La force de la sélection en fonction de l'âge : Darwin en vue La force de la sélection naturelle, qui mesure l'efficacité de la sélection sur le taux de survie ou la reproduction en fonction de l'âge, diminue avec l'âge. Pionniers des théories Théories évolutionnistes du vieillissement Haldane J.B.S. Medwar P.B. Williams G.C. Formalisé mathéma;quement Hamilton, W. D. (1966). Exemples de taux de survie et de reproduction par âge  L'évolution du vieillissement La sélection naturelle comme force motrice Chorée de Huntington : une maladie génétique neurodégénérative causée par une mutation dominante à forte pénétration. Pourquoi la sélection naturelle n'a-t-elle pas agi pour éliminer la mutation de Huntington des populations ? L'âge moyen d'apparition de la chorée de Huntington est de 35,5 ans. Pendant la majeure partie de l'histoire de l'évolution de l'humanité, la plupart des gens ne vivaient pas aussi vieux. Haldane J.B.S La pression sélective en faveur de (1941) l'élimination de la mutation de Huntington est donc faible.  L'évolution du vieillissement : Théorie de l'accumulation des mutations Detriment Medawar, P. (1952) 1) Dans les populations naturelles, la plupart des individus meurent ou sont tués avant de pouvoir vieillir et de souffrir des symptômes du vieillissement. 2) La force de la sélection naturelle diminue avec l'âge, de sorte que la sélection ignore les performances des individus en fin de vie.  L'évolution du vieillissement : Pléiotropie antagoniste (AP) Benefit Detriment Williams, G.C. (1957) Le vieillissement est dû aux effets pléiotropes des gènes. La sélection d'allèles qui améliorent la survie et/ou le taux de reproduction au début de la vie reproductive peut également réduire la survie et les taux de reproduction à des âges plus avancés. Il existe un compromis (antagonisme) entre les composantes de la condition physique au début et à la fin de la vie Le vieillissement évolue comme un "accident" de la sélection naturelleen faveur de la survie et de la reproduction  Disposable Soma Theory Un mécanisme général pour la pléiotropie antagoniste (AP) Les organismes sont confrontés à des compromis entre la reproduction et l'entretien/la réparation (soma). Les allèles et les mécanismes physiologiques qui augmentent l'allocation à la reproduction compromettent l'entretien et la réparation du soma (par exemple, la testostérone et l'immunité ; par exemple, la castration peut prolonger la vie). Genetic trade-offs: physiologies génétiquement Kirkwood, T. différentes (par exemple, le changement génétique (1977) augmente la fertilité mais raccourcit la vie). Physiological trade-offs : compromis au sein d'un individu en fonction des conditions (par exemple, avoir plus d'enfants, avoir une vie plus courte).  Prédictions des modèles évolutifs du vieillissement (1) Les modèles de vieillissement ont une base génétique, du moins en partie: -> la sélection artificielle pour une reproduction tardive entraîne une sénescence retardée chezla drosophile (Rose 1984) -> la durée de vie est héréditaire chez l'homme (bien que seulement la mort accidentelle détermine la force de la sélection la survie et la reproduction spécifiques à l'âge (Austad, 1993, Reznik, 1996) -> Tests d'habitat naturel avec des opossums et des guppies (3) Les mutations ayant des effets spécifiques à l'âge sont courantes -> Quelques preuves, mais il en faut plus (4) De nombreux gènes à faible effet devraient sous-tendre les effets de pléiotropie antagoniste. Exemples de modèles évolutifs du vieillissement Drosophile Rose, M.R. Laboratory evolution of postponed senescence in Drosophila melanogaster. Evolution 1984, 38, 1004–1010. Evolution du vieillissement chez l'opossum de Virginie Sources de mortalité : Austad (1993) - Extrinsèques - Intrinsèque Dans les populations à faible mortalité extrinsèque, la sélection peut favoriser un vieillissement retardé (et éliminer les allèles délétères à action tardive). Une étude a comparé une population insulaire (faible mortalité extrinsèque) à une population continentale (forte mortalité extrinsèque). https://doi.org/10.1111/j.1469-7998.1993.tb02665.x Les habitants de l'île présentent des signes de vieillissement retardé Différences dans les taux de mortalité Différences dans l'investissement parental Différences dans les taux de vieillissement physiologique Si la mortalité extrinsèque est élevée, la meilleure stratégie peut être la reproduction précoce hMps://doi.org/10.1111/j.1469-7998.1993.tb02665.x L'évolution du vieillissement : Un résumé From Ageing Research Reviews 55 (2019) Contextes multi-niveaux pour l'évolution du vieillissement From Ageing Research Reviews 55 (2019) Comment vieillissons-nous : les 12 caractéristiques "synthétiques" du vieillissement López- Otín et al., Cell 2022 Les objectifs de la biogérontologie et de la géroscience L'objecYf ulYme est d'améliorer la qualité de vie des êtres humains. L'allongement de la durée de vie par l'allongement de l'espérance de vie en bonne santé. Les maladies et affecYons chroniques des personnes âgées consYtuent le principal obstacle à la réalisaYon de cet objecYf. Étant donné que le vieillissement est malléable (du moins dans de nombreux modèles animaux) et que le vieillissement est également le principal facteur de risque de ces maladies et affecYons, il est probable que le fait de s'a^aquer à la biologie fondamentale du vieillissement soit plus rentable que de s'a^aquer aux maladies une par une. Felipe Sierra: Cold Spring Harb Perspect Med 2016; 6: a025163  Vieillissement = susceptibilité aux maladies (chroniques) 110 000 personnes meurent chaque jour d'une maladie liée à l'âge ” Intervenir" dans un processus de vieillissement de base = Une révolution médicale Example: Ciblage de la sénescence pour améliorer l'espérance de vie en bonne santé Élimination de la senescence cellulaire chez la souris Cellules Cellules sénescentes sénescentes accumuler éliminées  Un mot d'avertissement Le dieu grec Zeus a accordé à Tithonus le don de l'immortalité, mais pas celui de la perpétuelle jeunesse perpétuelle, comme l'avait demandé sa femme, Eos. Tithonus Devint de plus en plus vieux, et suppliait de mourir. Tennyson’s poem “Tithonus”: “Man comes and tills the field and lies beneath, And after many a summer dies, the swan. Me only cruel immortality Consumes: I wither slowly in thine arms.” Vivre plus longtemps sans la vitalité de la jeunesse est discutable  Literature supplementaire Haldane, J. B. S. New Paths in Genetics. London, UK: Allen & Unwin, 1941. Medawar, P. B. 1952. An Unsolved Problem of Biology. London: Lewis. Williams, G. C. 1957. Evolution 11(4): 398-411. Hamilton, W. D. Journal of Theoretical Biology 12, 12–45 (1966) Kirkwood, T. B., and R. Holliday. 1979. Proceedings of the Royal Society of London. Series B. Biological Sciences 205(1161): 531- 546. Charlesworth, B. Fisher, Medawar, Hamilton and the evolution of aging. Genetics 156, 927–931 (2000). Hughes, K. A. & Reynolds, R. M. Annual Review of Entomology 50, 421–445 (2005). Hughes, K. A. et al. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America 99, 14286–14291 (2002). Lopez-Otin et al. 2022. Cell 186 and 2013 Cell 153(6): 1194-1217. Steven N. Austad and Jessica M. Hoffman Evolution, Medicine, and Public Health pp. 287–294.