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ANALES?DE?LA?REAL?ACADEMIA?NACIONAL?DE?FARMACIA? Review

ISSN (Online) 1697-4298 analesranf.com

Mitochondrial ROS and mtDNA fragments inside nuclear DNA as a
main effector of ageing: the “cell aging regulation system”

Title in Spanish: Fragmentos de mitocondria ROS y mtDNA dentro del ADN nuclear como principal efector
del envejecimiento: el sistema de regulación celular de envejecimiento

Gustavo Barja de Quiroga1,*

1Departamento de Fisiología Animal-II, Facultad de Ciencias Biológicas, Universidad Complutense de Madrid

ABSTRACT: The updated mitochondrial free radical RESUMEN: Se revisa la teoría del envejecimiento por
theory of aging (MFRTA) is reviewed as part of the cell radicales libres de origen mitocondrial (MFRTA) como
aging regulatory system (CARS). Any valid theory of parte del Sistema de Regulación Celular del
aging should explain why different animal species age at Envejecimiento (CARS). Cualquier teoría del
so different rates. Only two known parameters correlate envejecimiento debe explicar porqué las especies
with species longevity in the right sense: the animales envejecen a velocidades tan diferentes. Solo
mitochondrial rate of reactive oxygen species dos parámetros conocidos correlacionan con la
production (mitROSp) and the degree of fatty acid longevidad de las especies en el sentido correcto: la
unsaturation of tissue membranes calculated as the producción mitocondrial de radicales de oxígeno
double bond index (DBI). Both are low in long-lived (mitROSp) y el grado de insaturación de los ácidos
animals. Dietary restriction (DR), which increases grasos de las membranas celulares. Ambos están
longevity, also decreases mitROSp and % free radical disminuidos en las especies longevas. La restricción
leak (FRL) at complex I and oxidative damage to calórica, de proteínas, o de metionina, y la rapamicina,
mtDNA. This can increase longevity by decreasing que aumentan la longevidad, también disminuyen la
mtDNA fragments accumulation inside nuclear DNA mitROSp y la fuga % de radicales libres en el complejo
which revitalizes MFRTA. Lowered mitROSp and FRL I y el daño oxidativo al ADNmt. Esto puede aumentar la
at complex I also occurs during protein or methionine longevidad disminuyendo la acumulación de fragmentos
restriction, and rapamycin treatment (which also del ADNmt dentro del ADN nuclear con la edad, lo cual
increases longevity). The decrease in mitROSp during revitaliza la MFRTA. El descenso en mitROSp durante
DR (dietary restriction) is due to restriction of a single la restricción calórica se debe sólo a la restricción de
substance, methionine, and occurs at the matrix domain metionina, y ocurre en el dominio de membrana del
of complex I. This updated MFRTA focuses on low complejo I. La mitROSp, el grado de insaturación de los
mitROSp and low sensitivity of membranes to oxidation ácidos grasos, y la autofagocitosis son los tres efectores
in long-lived animals. The three best known aging de envejecimiento conocidos dependientes del programa
effectors of the genetic Aging Program of aerobic genético pro-envejecimiento (PAP, que es parte del
tissues are mitROSp, membrane fatty acid unsaturation, CARS). El PAP responde a proteínas de señalización
and autophagy. This program reacts to cytoplasmic celular en función de la disponibilidad de nutrientes y
signaling proteins, influenced by nutrients, drugs and hormonas en los medios ambiente e interno. Este
hormones, varying the activity of the mitROSp and programa, aunque con más clusters génicos del
macroautophagy aging effectors. An analogous envejecimiento implicados, y con diferente intensidad
program, although with additional gene clusters of aging efectora, podría ser responsable de la regulación de la
involved, and different output activity, can determine longevidad de las distintas especies animales.
longevity in different animal species.

*Corresponding Author: gbarja@bio.ucm.es An Real Acad Farm Vol. 83, Nº 1 (2017), pp. 48-80

Received: October 15, 2016 Accepted: December 15, 2016 Language of Manuscript: English

Premio Juan Abelló del Concurso científico 2016 de la Real Academia Nacional de Farmacia

1. INTRODUCTION cardiovascular diseases, senile dementias including
Aging causes 100.000 people deaths per day and 40 Alzheimer disease, Parkinson´s disease, osteoporosis, or
type-2 diabetes have a common root: aging. Even if some
million per year worldwide. It is responsible for 70 % of can survive one of these illnesses, another one will come
all human deaths (90 % in developed countries like Spain). rather soon because the body is old and thus heavily
The terrible degenerative diseases most cancers and damaged. The large majority of human cancers will never

48 @Real Academia Nacional de Farmacia. Spain