Биохимия

Николай Дохолян изучает динамику белков и исследует вопрос, как индуцированные изменения в фолдинге (сворачивании, укладке, от англ. folding) белка, а также агрегация белков могут привести к той или иной болезни. Одним из таких примеров может служить неправильнoe сворачиваниe супероксид дисмутазы (SOD1), которoe ассоциированно с нейродегенеративным заболеванием двигательных нейронов — боковым амиотрофическим склерозом (Amyotrophic Lateral Sclerosis). Формирование токсичных агрегатов SOD1 наблюдается и при семейной, и при спорадической (т. е. не обусловленной какими-то специфическими мутациями) формах этого заболевания. Цель исследований лаборатории Дохоляна — выяснить причины токсичности мутантной формы SOD1 на молекулярном уровне, используя комбинацию вычислительных и экспериментальных методов. Кроме того, используя быстрый метод дискретной молекулярной динамики, в лаборатории исследуется структура агрегатов SOD1. Знание структуры агрегатов необходимо для определения малых молекул, которые могут предотвратить или разрушить формирование этих токсичных скоплений. Определение структурных и функциональных характеристик белка напрямую связано с тем, насколько хорошо определена его пространственная структура. В лаборатории ведутся исследования, связанные с разработкой быстрых и точных методов предсказания пространственной структуры (фолдинга) белка. Успех этих исследований позволит более эффективно разрабатывать лекарства с высокой степенью специфичности.

Группа Дина Джонса изучала образование митохондриями супероксида при апоптозе, а также антиоксидантные функции глутатиона в пигментном эпителии сетчатки при окислительном повреждении и защитную роль аскорбата при гипероксии в легких. Возраст-зависимая дегенерация сетчатки является одной из основных причин потери зрения. Ученые обнаружили, что оксиданты индуцируют апоптоз в эпителии сетчатки путем активации проницаемости митохондрий. Последние данные многоцентрового испытания с использованием антиоксидантов также показали, что уровень глутатиона в плазме снижается при старении. Кроме того, было доказано, что окисление глутатиона связано с повышением риска развития заболевания сетчатки. Исследования in vitro на пигментных клетках сетчатки в культуре показали, что введение определенных веществ в рацион увеличивает уровень глутатиона и снижает окислительные повреждения. Кроме того, научная группа Дина Джонса показала, что аскорбат и глутатион защищают первичные культуры клеток легкого от апоптоза. Таким образом, вмешательства, направленные на поддержание уровня глутатиона, могут быть полезны для предотвращения возраст-зависимой дегенерации сетчатки.

Баудевейн Бургеринг в сотрудничестве с Паулем Коффером открыл серин-треонин киназы ПКБ (PKB) как новую цель инсулиновых сигналов. С тех пор роль PKB / FOXO в передаче клеточных сигналов стала центральной темой его исследований. РКВ является целью воздействия PI-3 киназы и в качестве такого элемента целевым объектом Ras-опосредованной сигнализации. Однако большинство внеклеточных сигналов могут активировать этот путь независимо от Ras. РКВ киназа является основным посредником сигналов к выживанию, отвечающих за защиту клеток от смерти путем апоптоза. Кроме того, РКВ является посредником сигналов, индуцированных инсулином, которые регулируют клеточный метаболизм. Группой профессора Бургеринга было обнаружено, что киназы p70S6 и ГСК-3 фосфорилируются и регулируются РКВ. Недавно было установлено, что РКВ фосфорилирует и инактивирует транскрипционный фактор AFX, который, скорее всего, участвует в регуляции метаболических процессов. В ближайшем будущем группа профессора Бургеринга планирует продолжить поиск новых элементов, участвующих в РКВ-опосредованной сигнализации и выявить соответствующие гены, которые регулируются фактором транскрипции AFX. Также группа профессора Бургеринга:- обнаружила новый механизм регулирования FOXO посредством деубиквитинирующего фермента USP7/HAUSP (связанная с герпесом убиквитин-специфическая протеаза), который деубиквитинирует FOXO в ответ на окислительный стресс;- идентифицировала изомеразу Pin1 (белок, выделение которого часто повышается при раке) как новый отрицательный регулятор FOXO;- установила, что в качестве ключевого переключателя между различными АФК-чувствительными программами транскрипции выступает бета-катенин;- показала, что семейством транскрипционных факторов FOXO осуществляется прямой контроль экспрессии белка кавеолина-1. В настоящее время развивается идея, что сигнализация через РКВ / FOXO играет важную роль в процессе старения, и что неполное функционирование этой сигнализации вносит существенный вклад в развитие возрастных заболеваний, таких как рак и диабет. Развитие исследований в этом направлении позволит разработать методы контроля процессов деградации клеток и тканей при старении.

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.