Биомедицина

В группе доктора Ивон Барнет исследуются возрастные аспекты старения Т- и В-клеток иммунной системы, включая исследование роли повреждений ДНК и мутаций в возрастном старении иммунитета. Доктор Барнет также сотрудничает с профессором Павелецем (Германия) в области старения Т-клеток. Пожилые люди страдают от возрастных нарушений и сбоев иммунной системы, которые уменьшают их способность адекватно реагировать на инфекции и снижают эффективность использования вакцин. Продукция антиген-специфических антител падает в пользу нарастания выработки неспецифического репертуара антител. Анализ участка CDR гена тяжелой цепи иммуноглобулина, определяющего комплементарность, показал, что у старых людей (возраст 86–94 года) происходит серьезная потеря разнообразия иммунных классов В-лимфоцитов по сравнению с контрольной группой (возраст 19–54 года). Потеря в разнообразии репертуара сопровождается клональной экспансией В-лимфоцитов, причем это строго коррелирует с состоянием здоровья индивидов. Таким образом, разнообразие В-клеток серьезно объединяется с возрастом и может служить в качестве биомаркера возрастного старения иммунной системы.

Целью исследований научной группы Густаво Бариа было изучение влияния поступающего с пищей метионина на продукцию АФК митохондриями. Метионин добавлялся в пищу крысам линии Вистар в течение 7 недель. Было обнаружено, что он вызвает гиперпродукцию АФК и «утечку» свободных радикалов из митохондрий печени, но не сердца крысы. При этом повышенный уровень повреждения мтДНК наблюдался только в печени, а изменений в концентрации 5 различных маркеров окисления белков не было обнаружено в обоих органах. Содержание митохондриальных комплексов дыхательной цепи и фактора, индуцирующего апоптоз (AIF) не изменилось, однако ненасыщенность жирных кислот снижалась. Затем авторами были получены сходные результаты для головного мозга и почек: было обнаружено, что ограничение потребления метионина 40% у грызунов (без ограничения количества потребляемых калорий) увеличивает продолжительность жизни и значительно снижает образование АФК и окислительный стресс в митохондриях головного мозга и почек, а также снижает содержание маркеров окисления в обеих тканях. 80%-ное ограничение потребления метионина снижает степень ненасыщенности жирных кислоты мембран клеток в печени крыс. Таким образом, увеличение содержания метионина в пище избирательно повышает образование АФК митохондриями и окислительное повреждение мтДНК в митохондриях печени крысы, что может служить вероятным механизмом гепатотоксичности. Таким образом, метионин — единственный пищевой фактор, ответственный за снижение продукции АФК в митохондриях. И вероятно, от него зависит эффект увеличения продолжительности жизни при ограничениях рациона.

Целью исследований Нира Барзилая является поиск биологических маркеров долголетия и идентификация генов, ответственных за долголетие человека. Исследования проводятся на генетически гомогенной популяции евреев Ашкенази, доживших по крайней мере до 95 лет и сохранивших хорошее здоровье. У детей долгожителей, имеющих болезни старческого возраста, размер частиц липопротеинов оказался меньше, чем у здоровых детей. В настоящее время доктор Барзилай проводит более детальное исследование обнаруженного явления с использованием методов генетического анализа. Другое направление исследований ученого связано с изучением генных полиморфизмов метаболизма гормона роста и инсулин-зависимого фактора роста. Исследования низших организмов (нематод и плодовых мушек) показали, что этот путь метаболизма является эволюционно одним из наиболее древних путей метаболизма, связанных с долголетием. Так, было обнаружено, что у долгожителей, а также их детей чаще наблюдается более крупный размер частиц липопротеинов высокой и низкой плотности, а также повышенный уровень липопротеина высокой плотности («хорошего» холестерина) в крови. Было обнаружено монотонное повышение частоты определенных генов с возрастом (гены транспортного белкахолестеринового эфира, CETP, аполипопротеина С-3, APOC-3, адипонектина ADIPOQ), что указывает на селективную выживаемость индивидуумов, несущих эти гены. Ограничение калорий предотвращает возрастное увеличение массы тела и задерживает начало возрастных болезней, включая диабет (1,2 типов), тогда как избыток питательных веществ приводит к тучности и неблагоприятным метаболическим последствиям. Группа Нира Барзилая искала подтверждение гипотезы о том, что субстратная чувствительность с возрастом меняется, и это могло бы связать между собой процесс старения, питательный поток и устойчивость к инсулину. Хорошо изученный путь субстратной чувствительности — биосинтетическая магистраль гексозаминов (БМГ), которая выражена во всех клетках и органах, кроме печени. Обычно, только 1% внутриклеточной глюкозы, которая преобразована во фруктозу-6-фосфат (F-6-P), входит в БМГ, и основным конечным продуктом этого пути является уридин-дифосфогкюкоза-n-ацетилглюкозамин (UDP-Glc-NAc), субстрат для большинства реакций гликозилирования. Изменения в основных носителях энергии, таких как глюкоза, свободные жирные кислоты, или аминокислоты, каждый отдельно или в комбинации, приводят к увеличению движения через БМГ. Образование большого количества UDP-Glc-NAc приводит к расширенному связанному гликозилированию нескольких факторов транскрипции, таких как SP-1.Биохимические пути, способные к «ощущению» пригодности питательных веществ, поддерживают гомеостаз и в организме в целом, и на клеточном уровне. Вероятно, клеточная устойчивость к инсулину ограничивает пригодность потока глюкозы, что может быть адаптивным ответом, регулирующим хранение и распределение питательных веществ. Исследования показали, что благоприятные воздействия ограничения калорий связаны с абсолютным числом потребляемых калорий, а не с определенным распределением макропитательных веществ (содержание в пище жиров, углеводов или белков).

Алагебриум (или ALT-711) является первым препаратом тиазолинового ряда, который вызывает разрывы поперечных сшивок между белками и борется с изменениями при старении и атеросклерозе. Группа Джоржа Бакриса, изучавшая влияние препарата на людей, сделала вывод, что он безопасен и хорошо переносится пациентами. В настоящее время алагебриум проходит клинические испытания для борьбы с сердечно-сосудистой патологией при старении. Алагебриум стимулировал артериальную пластичность у пожилых людей и улучшал состояние сердца при диастолической недостаточности.

Ученым удалось разработать методику выделения клеток предшественников и последующего выращивания из них отдельных слоев, в которых преобладали либо мышечные, либо эпителиальные клетки. Затем отдельные слои совмещались. Искусственно выращенный имплантат прикреплялся к мочевому пузырю пациентов. В течение нескольких лет, прошедших после операций, медики наблюдали постепенное улучшение состояния больных. В настоящее время ученые работают над методикой выращивания 22 типов тканей, включая кровеносные сосуды, клетки мышц и трахеи. Основные усилия ученых института направлены на преодоление таких сложностей, как риск онкогенеза при использовании эмбриональных или индуцированных плюрипотентных клеток и необходимость питания ткани при выращивании солидных органов до формирования собственных кровеносных сосудов. Задача питания, созданного в лаборатории солидного органа, до образования его собственных кровеносных сосудов, может быть решена с помощью местного обогащения ткани кислородом, который образуется в ходе реакции из химических веществ. Эти вещества могут быт инкапсулированы и доставлены в нужные участки формирующегося органа. В институте идентифицировали и охарактеризовали новый класс стволовых клеток, получаемых из амниотической (водной) оборочки плода и плаценты. Эти стволовые клетки могут дифференцироваться в различные типы клеток и не вызывают образование опухолей при трансплантации.

У млекопитающих супрахиазматическое ядро (СХЯ) гипоталамуса управляет ежедневными ритмами и синхронизирует организм с его окружающей средой и, особенно, со световым режимом. Световые сигналы через ретиногипоталамический тракт достигают передней части СХЯ где располагается большинство кальбиндин-содержащих нейронов. Эти клетки важны для контроля циркадных ритмов. С возрастом экспрессия кальбиндина в нейронах СХЯ ослабевает. Французские ученые проверили, как именно соотносятся циркадные ритмы с активностью нейронов и белка кальбиндина. Выяснилось, что у взрослых животных (лемуров) кальбиндин-позитивные нейроны супрахиазматического ядра по числу и активности не соотносились с дневными ритмами, но активность их ядер была максимальной в середине дня и минимальной ночью. Экспрессия кальбиндина в супрахиазматическом ядре гипоталамуса с возрастом изменяется. Амплитуда ежедневного изменения экспрессии кальбиндина может заглушаться из-за более низкой имунноинтенсивности в дневное время и отсроченного уменьшения последней в ночное время. Эти изменения могут быть связаны со способностью СХЯ передавать ритмичную информацию к другим клеткам супрахиазматическое ядра и таким образом изменять синхронизацию клеток в ядре. Таким образом, благодаря влиянию на суточную экспрессию кальбиндина может появиться возможность корректировать изменения циркадных ритмов, происходящие с возрастом.

Цель группы — изучение интеграции сигналов гормонов и цитокинов в структуре нормальных и патологических нейроэндокринных и иммунных взаимодействий на уровне клеточной передачи сигналов и целевых генов. Особый интерес на данный момент представляют исследования механизмов развития опухолей гипофиза и поиск путей их предотвращения. Исследование аргентинских ученых, выполненное на гипофизе, доказало, что цитокины играют важную роль в поддержании функций гипофиза, влияя не только на клеточную пролиферацию, но и на секрецию гормонов. Эффекты цитокинов могут быть аутокринными или паракринными. Особый интерес среди цитокинов вызывает интерлeйкин 6 (IL-6), так как он вызывает стимулирование роста клеток опухолей гипофиза, но оказывает противоположный эффект на нормальные клетки гипофиза. С другой стороны, недавние работы выявили, что он вызывает и способствует старению некоторых типов опухолей. Большинство гипофизарных аденом — микроаденомы и наиболее распространены клинически не проявляющиеся гипофизарные опухоли, поэтому эти опухоли представляют собой интересную модель для понимания защитной роли онкоген-вызванного старения и цитокинов против злокачественого перерождения. Таким образом, IL-6 может использоваться для эффективной терапии подавления опухолевого роста и предотвращения злокачественого перерождения аденом через индукцию онкоген-вызванного старения.

Транскрипционные факторы Foxo регулируют клеточный цикл, выживаемость клетки и пути репарации ДНК. Научная группа Карен Арден показала, что дефицит Foxo3 приводит к увеличенной экспансии популяций Т клеток после вирусной инфекции. Такая мощная экспансия не свойственна Т клеткам. Напротив, она была вызвана способностью дендритных клеток с дефицитом Foxo3 поддерживать жизнеспособность Т клеток за счет выработки большего количества интерлейкина 6. Стимуляция дендритных клеток, опосредованная блокирующей молекулой CTLA-4, вызвала скопление Foxo3 в ядрах дендритных клеток. Это в свою очередь замедлило выработку интерлейкина 6 и фактора некроза опухоли. Таким образом, Foxo3 ограничивает выработку важнейших воспалительных цитокинов дендритными клетками и контролирует выживаемость Т клеток.

Клетки могут целенаправленно регулировать активность своих мобильных генетических элементов с помощью механизма РНК-сайленсинга (подавления эспрессии генов при участии коротких одноцепочечных РНК). Новый класс этих РНК — piРНК, связанный с белками семейства Piwi, участвует в подавлении активности подвижных элементов. Показано, что Piwi-белки понижают активность ряда МГЭ в зародышевых линиях не только дрозофилы, но и млекопитающих, рыб и других организмов. Алексей Аравин впервые идентифицировал механизм сайленсинга за счет естественных малых РНК в зародышевых клетках дрозофилы и обнаружил новый класс малых РНК, названный piРНК, что открыло новые возможности для исследований эпигенетических систем инактивации транспозонов у млекопитающих. Последующие исследования привели к открытию того факта, что метаболический путь piРНК обеспечивает клетки программируемой иммунной системой, направленной против мобильных генетических элементов, способной как к долгосрочной памяти встраиваний, так и к быстрому ответу на активность мобильных элементов.

Показано, что добавление таурина в пищу помогает противостоять окислительному стрессу, диабетической нефропатии и ретинопатии. Ученые группы Карани Венкатараман Анурада предположили, что таурин также снижает уровень перекисного окисления липидов и гликозилирования в эритроцитах. Исследование показало что таурин статистически значимо снижал уровень гликилирования гемоглобина и образование продуктов перекисного окисления липидов в эритроцитах, обработанных глюкозой. Таким образом, ученые пришли к выводу, что таурин является важным компо-нентом, который регулирует физиологические функции эритроцитов, что может быть использовано против гликилирования в комплексной терапии при диабете.