База данных исследований по борьбе со старением

Стареющие клетки накапливают повреждения не только в ядерной, но и в митохондриальной ДНК. Они содержат большое число модифицированных азотистых оснований, например, таких как 7,8-дигидро-8-оксогуанин. Ученые считают, что такие нарушения связаны с дефектами репаративных систем, возникающих с возрастом. Исследования показали, что уровень и активность ДНК-гликозилазы, ответственной за репарацию 7,8-дигидро-8-оксогуаниновых оснований, была выше в митохондриальных экстрактах печени не молодых, а старых мышей. Но in vivo, в живой митохондрии старых особей, этот фермент прикреплен к мембране митохондрии в форме предшественника и не способен к действию. Точно так же ведет себя и урацил-ДНК-гликозилаза, которая репарирует модифицированный урацил. Эти данные говорят о снижении количества импортируемых ферментов репарации внутрь митохондрии при старении клеток. Группа Иствана Болдоу также занимается исследованием специфических гликозилаз, ответственных за репарацию ядерной ДНК. Недавно ученые доказали, что в репарации одноцепочечных разрывов ДНК преимущественно участвуют гликозилазы NEIL1 и NEIL2.Еще одно перспективное направление появилось после открытия действия колостринина на культуру клеток. Известно, что колостринин играет стабилизирующую роль при болезни Альцгеймера. Ученые группы Болдоу определили, что колострин в культуре клеток снижает уровень активных форм кислорода, регулирует уровень антиоксидантов и функции митохондрий. У мышей, которым давали колостринин, увеличивалась продолжительность жизни и активность работы органов чувств. Развитие исследований в этом направлении позволит разработать методы контроля процессов деградации клеток и тканей при старении.

Одной из основных тем исследований в лаборатории Кита Блэквелла является фактор SKN-1 и защитные механизмы, направленные на борьбу с активными формами кислорода. Инсулин ингибирует синтез регуляторного белка SKN-1, активность которого повышает устойчивость к активным формам кислорода и увеличивает продолжительность жизни. Уже было известно, что инсулин также ингибирует регуляторный белок FOXO, контролирующий ряд генов, отвечающих за стрессоустойчивость. Более ранние исследования на C. elegans показали, что подавление инсулинового сигналлинга усиливало активность FOXO (DAF-16) и приводило к повышению стрессоустойчивости и увеличению продолжительности жизни. А ученые группы Кита Блэквелла выяснили, что SKN-1 — второй важный ген, который ингибируется инсулином. Эти эксперименты должны быть повторены на млекопитающих, у которых инсулин и инсулиноподобный фактор роста 1 принимают участие в регуляции экспрессии ряда белков в разных тканях. Однако многие модели, испытанные на C. Elegans, уже полностью повторились при исследованиях на мышах и человеке. Ученые показали, что инсулин оказывает неожиданное и до сих пор неизвестное влияние на продолжительность жизни. Таким образом, манипулируя экспрессией SKN-1 у червей, можно продлить их жизнь.

В 1980 году Блэкберн с коллегами показали экспериментально, что уникальная последовательность ДНК в теломерах защищает хромосомы от разрушения. Затем, в 1985 году Блэкберн впервые экспериментально идентифицировала теломеразу — фермент, образующий теломеры. За эту работу Блэкберн была удостоена Нобелевской премии по медицине и физиологии 2009 г. Эти открытия объяснили, как именно теломеры защищают хромосомы и как они образуются при помощи теломеразы. Однако их роль в процессе старения долго оставалась гипотетической. Известно было лишь, что теломераза перестает работать в дифференцированных соматических клетках взрослого человека, сохраняя свою активность в половых и стволовых клетках, а также в клетках большинства опухолей. Однаконедавно группой Блекберн было показано, что при более низких концентрациях теломеразы и меньшей длине теломер в лимфоцитах крови у человека в несколько раз увеличивается риск сердечно-сосудистых заболеваний, которые, как известно, составляют главную причину старческой смертности. Было показано, что у людей, находящихся под воздействием длительного стресса, теломеры укорачиваются гораздо быстрее, чем у их ровесников, находящихся в обычной ситуации. Длина теломер у женщин, испытывающих длительный хронический стресс, эквивалентна их длине у тех, кто на 10 лет старше, но ведет нормальную жизнь. В данный момент проводятся исследования длины и активности теломер у людей с различными заболеваниями, которые являются основными причинами смерти. Главная задача Блэкберн и ее лаборатории — понять, как теломеры ведут себя в организме живого человека, какова их роль на молекулярном, клеточном, организменном уровне. Она перекинула «мостик» от клетки к человеку, из лаборатории в клинику, и сейчас исследует молекулярные механизмы старения и продолжительности жизни на уровне организма.

Группа Блу исследовала механизмы апоптоза мышечных клеток, которые наблюдаются при развитии саркопении, на модели крыс линии F344/N x BN. Известны апоптотические сигнальные механизмы, которые осуществляются за счет высвобождения митохондриальных факторов при участии различных каспаз, белков Bax, Bcl-2 и др. Целью исследователей было проверить, играют ли они решающую роль при дегенерации разных типов мышечных волокон (быстро и медленно сокращающихся), сопровождающейся фрагментацией ДНК, возникающей с возрастом. Изучали также, принимает ли участие белок калпайн в возраст-зависимых протеолитичеких процессах. Для этого исследовали уровень протеолитической деградации мышечного белка α-фодрина. Выяснилось, что с возрастом у всех типов мышц уровень калпайн-зависимого протеолиза возрастал, а уровень протеолиза, осуществляемого каспазами возрастал только у медленно сокращающегося типа мышц (soleus) у очень пожилых крыс. Основные научные интересы лаборатории Эрика Блу — исследование молекулярных механизмов, связанных с сократительными сигналами в скелетной и гладкой мускулатуре, их изменение с возрастом и возможность их регулировки с помощью упражнений. Результаты исследований говорят о том, что в разных типах мышечных волокон механизм их возраст-зависимой дегенерации различается, и это необходимо учи-тывать при лечении разных типов мышечных атрофий. Характер этих различий требует дальнейших исследований для адекватного подбора лекарств и терапии.

Путём воздействия как на межклеточные, так и на внутриклеточные процессы стволовых клеток и их окружения, учёные изучают пути передачи сигнала, лежащие в основе таких процессов, как самообновление, дифференцировка, возникновение рака. Лаборатория работает на стволовых клетках мышечной ткани, гематопоэтических стволовых клетках, стволовых клетках поджелудочной железы, используя методы мультидисциплинарной биоинженерии и микроскопии. Ученые проводили исследования на сателлитных клетках — стволовых клетках мышечной ткани, которые играют важную роль в регенерации мышечной ткани в зрелом возрасте. Эти клетки во время постнатального периода входят в состояние покоя и откладываются между волокнами мышечной ткани, выполняющими роль их ниши. Сателлитные клетки особенно чувствительны к окружению и, выделенные in vivo, они быстро теряют характеристики стволовых клеток в культуре. Этот факт сильно осложняет работу ученых, поскольку изучать свойства сателлитных клеток в отсутствии ниши не представлялось возможным. В лаборатории профессора Блау на основе биоматериалов было создано искусственное микро-окружение для культивирования сателлитных клеток. Было показано, что сателлитные клетки, выделенные из живого организма, сохраняли свои свойства стволовых клеток вплоть до нескольких недель культивирования в условиях искуственной биониши. Более того, клетка, взятая из такой культуры и пересаженная в организм, оказалась способной к самообновлению с сохранением всех своих прежних свойств.

Доктор Бласко изучает строение, регуляцию и функцию теломер, укорочение которых связано с сокращением жизнеспособности клеток, а укорочение и последующая стабилизация длины — с раковой трансформацией клетки. Раковые клетки, как правило, имеют повышенные уровни теломеразной активности, что позволяет им непрерывно поддерживать высокий пролиферативный потенциал и способность опухолей к быстрой экспансии в здоровые ткани и метастазированию. Конститутивная экспрессия ревертазного домена теломеразы (домен TERT — telomerase reverse transcriptase), имеющего активность обратной транскриптазы, в мышах с генетически индуцированной устойчивостью к раку за счет усиления экспрессии супрессоров опухоли р53, р16 и р19ARF приводила к задержке старения и удлинению средней продолжительности жизни. В лаборатории Марии Бласко было недавно установлено, что теломерные участки хромосом часто транскрибируются при участии РНК-полимеразы II, продуцируя некодирующие РНК (TERRA или TelRNA), состоящие из повторов UUAGGG. Накопление TERRA в возрастных клетках связано с укорочением теломер, что делает их информативными биомаркерами клеточного старения. TERRA являются негативными регуляторами теломеразы. Полученные результаты свидетельствуют об эффекте антистарения конститутивной экспрессии теломеразы у млекопитающих. В карциномах человека отмечены низкие уровни TERRA, что отмечает их потенциальную защитную роль против рака путем ограничения зависимого от теломераз удлинения теломер в раковых клетках.

Ингибирование пути mTOR, так же как и активация сиртуинов, FOXO, PTEN и AMPK продлевает жизнь представителям различных видов — от дрожжей до мышей. Геропротекторный эффект ограничения калорийности питания также частично объясняется ингибированием сигнального пути TOR.Во множественных доклинических исследованиях показано, что рапамицин (его мишенью является TOR) рекомендован для терапии различных возрастзависимых патологий. Это говорит о том, что это вещество обладает геропротекторным эффектом. Метформин как антидиабетический препарат, который задействован в TOR, также замедляет старение и продлевает жизнь мышам. Открыты некоторые модуляторы сиртуинов и TOR, которые являются миметиками ограничения калорий и также облегчают некоторые возрастные патологии. В Roswell Park (США) планируется провести клинические исследования рапамицина как препарата для предотвращения рака груди, появления полипов толстого кишечника, а также использование малых доз препарата для профилактики рака. Кроме того, рапамицин имеет доклинические показания к применению для большинства возрастных болезней (таких как атеросклероз, возраст-зависимая макулярная дегенерация, нейродегенерация). И сегодня есть возможность в любой момент начать вторую фазу клинических испытаний рапамицина на людях.

Бен Бест был одним из организаторов проекта криоконсервации гиппокампальной пластины (HSCP). Для работы над этим проектом был специально приглашен из Украины доктор Юрий Пичугин. Задачей проекта была витрификация (охлаждение, сопровождающееся остекленением жидкости без образования кристаллов льда) полученной из мозга крысы гиппокампальной пластины, которую охлаждали до −130С, затем нагревали и испытывали на жизнеспособность. Хотя большое внимание уделяется криоконсервации незрелых нейронов для последующей терапевтической внутримозговой трансплантации, нет никаких научных публикаций о криоконсервации частей организованной взрослой ткани мозга, представляющих потенциальный интерес для фармацевтической промышленности. Группа Пичугина сообщила о первых экспериментах по криоконсервации поперечных срезов гиппокампа зрелых крыс. Микроскопическое исследование показало серьезные повреждения в замороженных талых срезах, но ультраструктурное и гистологическое сохранение в общем оценивалось как хорошее и отличное. Результаты исследования впервые показали, что сложные нейронные сети могут быть хорошо сохранены при витрификации. В результате экспериментов была подобрана смесь веществ для витрификации, удовлетворяющая необходимым условиям по соотношению K (+) / Na (+) в тканях и вызывающая минимальные повреждения при витрификации. Эти результаты могут помочь в разработке психоневрологических лекарств и трансплантации комплексных участков мозга для лечения мозговых заболеваний или травм.

Профессор Бёрчелл с коллегами разработали модель восстановления и пересадки краниальных нервов, позволяющую улучшить двигательную иннервацию, что составляет центральную часть их программы по замене органов (в частности, гортани). Для этого используются шванновские клетки, полученные из стволовых, и факторы роста, способствующие оптимальному восстановлению иннервации. При подготовке операции по трансплантации биоинженерной трахеи сотрудники группы Мартина Бёрчелла использовали биопсию бронхиальной мукозы пациентки. В будущем в лаборатории Мартина Бёрчелла планируется: перенос трансплантации гортани на человека; разработка тканеинженерной гортани; клинические испытания по восстановлению челюстных нервов с применением нейротропина и новых пептидно-клеточных конструкций. Последующее культивирование этих клеток и подтверждение их эпителиального фенотипа позволили получить аутологичные эпителиальные клетки для дальнейшего введения в биореактор и имплантации.

Среди многочисленных функциональных и возрастных изменений, старение сопровождается увеличением воспалительных процессов в нервной системе, так же как и дисфункцией иммунной системы. Долго существовавшее мнение о том, что старение вызывает нейродегенеративные заболевания, сейчас может быть пересмотрено с позиций того, что старение — это основной фактор риска для развития таких заболеваний как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, Хаттингтона. Есть много возрастных изменений, затрагивающих мозг, ухудшающих его функции и повышающих «непрочность» системы и ее уязвимость. Ромми фон Бернхарди рассматривает старение и предвоспалительное окружение, как факторы, модулирующие фенотип микроглии и ее реактивность в развитии нейродегенеративных процессов. Другими словами, связанные с возрастом изменения микроглии, включающие цитотоксичность в противовес функциям защиты нейронов, могут запускать развитие нейродегенеративных заболеваний. Рассмотрение микроглии, как индуктора возможных нерогенеративных заболеваний может послужить основой для развития новых терапевтических подходов к этим нарушениям.