Биология старения

Лаборатория под руководством доктора Эдварда Сето активно занимается изучением ингибиторов деацетилаз гистонов. В частности, учеными было показано, что одна из деацетилаз HDAC3 регулируется как белок-белковыми соединениями с белком NCoR/SMRT, так и процессами фосфорилирования и дефосфорилирования, а соответственно, ферментами фосфатазами, например протеинкиназой CK2. Фосфорилирование HDAC3 по серину изменяет свойства этого фермента. HDAC8 также негативно регулируется фосфорилированием АМФ-зависимой протеинкиназой, А, которая изменяет их свойства. Производные гидкосаминной кислоты — ингибиторы HDAC LAQ824 и LBH589 — индуцируют ацетилирование и вследствие этого экспрессию гена теплового шока — HSP90, который играет определенную роль в развитие лейкемии.

Группа Даниеля Сервантеса-Лауреана изучает дисфункцию белков, вызванную окислительным стрессом при старении, диабете и онкологических заболеваниях. В настоящее время ведутся работы по количественному анализу повреждения белков и активации биологических защитных механизмов против окислительного стресса. Группа Даниеля Сервантеса-Лауреана изучала влияние рутина и его производных с помощью биомаркеров AGE таких как пентозидин, карбоксиметиллизин, флуоресцентных остатков в коллагене и автоокисления глюкозы. В ходе исследований было показано, что рутин и его производные ингибировали автоокисление глюкозы и образование пентозидина и карбоксиметиллизина. Возможно, что данные действия рутина будут способствовать улучшению здоровья, связанного с потреблением рутина. Существуют данные, что рутин, флавоноиды во фруктах и овощах и их производные обладают способностью модулировать образование продуктов ускоренного гликозилирования. Результаты исследования говорят о том, что рутин и его производные могут предотвращать гликилирование белков.

Задача экспериментальной эволюции — воспроизвести в лабораторных условиях природный эволюционный процесс, заставляя поколения развиваться, производить потомство, адаптированное к стрессовым условиям окружающей среды. Подобный метод может дать бесценный материал для изучения процесса старения. Первая серия экспериментов в этом направлении была реализована Майклом Роузом, ныне — одним из крупнейших специалистов по эволюционной биологии старения. Начиная с 1970-х годов, он проводит эксперименты по увеличению продолжительности жизни в цепочке поколений дрозофил. Искусственно откладывая репродукцию, Роузу удалось создать долгоживущие линии фруктовых мушек, которые были названы Methuselah flies. Затем он провел серию «обратных» экспериментов и создал короткоживущие линии, используя тот же метод. В 1981 году в Университете Галифакса (Канада) он создал лабораторию «эволюционной радиации» («evolutionary radiation» of Drosophila melanogaster populations). Он предлагает следующую стратегию изучения закономерностей процесса старения и влияния на него: создание линий мышей, у которых искусственно задерживается репродукция в течение многих поколений, — что позволит пронаблюдать за эволюционным процессом и получить «у природы» ответ, как именно эволюция создает долгоживущие организмы. Затем — разработка инженерных методов, основанных на результатах этого «эволюционного эксперимента», которые позволят создать анти возрастную терапию для людей. Экспериментальная база для подобного проекта — эксперименты с дрозофилами, которые показали, что по мере смены многих поколений фруктовых мушек, у которых репродукция была искусственно задержана, происходит резкое замедление или даже остановка процесса старения. Все эти исследования в области экспериментальной эволюции создали базу для теоретических выводов о закономерностях процесса старения и возможности повлиять на его ход. В 2007 г. Роуз предложил так называемую «эволюционную версию SENS», согласно которой старение должно интерпретироваться не как накопление повреждений, а как потеря адаптации.

Научная группа Банупракаша Редди изучала антигликирующее действия растительных водных вытяжек. Исследование показало, что из 17 водных вытяжек 5 оказывали ингибирующее действие на формирование продуктов усиленного гликирования белков in vitro. Вытяжки из этих растительных продуктов ингибировали AGE на 40–90% при концентрации 1.0 мг/мл. Полученные данные показали важность некоторых диетических компонентов в ингибировании или предотвращении гликирования белков. Возможно, что данные диетические агенты будут использованы в комплексной терапии для борьбы с гликированием белков in vivo при диабете и старении. Наибольшую ингибирующую эффективность показали водные вытяжки имбиря, тмина, корицы, черного перца и зеленого чая.

Цитомегаловирусы (CMV) относятся к семейству герпесвирусов, обладающих способностью находиться в инфицированных клетках долгое время бессимптомно и активироваться при общем ослаблении иммунитета. У большинства людей неповрежденный вирусный геном находится в клетке после первичной продуктивной вирусной инфекции, и определенные сигнальные механизмы способны вновь заставить вирус выйти из латентного состояния, то есть размножаться. В лаборатории Матиаса Реддехаса продемонстрировано, что CD8 клетки поддерживают состояние вирусной латентности, определяя реактивацию вирусных генов и элиминируя эти клетки. При этом, поскольку с возрастом количество специфических антител уменьшается, снижаются возможности иммунной системы противостоять другим патогенам. Возможное влияние реактивации CMV на иммунную систему при старении может заключаться в истощении пула специфических Т-клеток памяти за счет увеличения пула CMV-специфических CD8 клеток, поскольку клетки памяти постоянно сталкиваются с эпитопами CMV и активируются на них.

Известно, что «мягкое» действие малых количеств ингибиторов протеасом увеличивает устойчивость клеток к повреждениям в результате деятельности активных форм кислорода. Учеными группы Суреша Раттана была исследована роль фактора Nrf2 в этом процессе. Выяснилось, что стимуляция протеасомы малыми количествами MG-132 может быть сильно уменьшена с помощью малых интерферирующих РНК, направленных против Nrf2. В то же время в тех стареющих фибробластах, которые экспрессировали Nrf2, наблюдалась повышенная устойчивость к активным формам кислорода при действии ингибитора протеасом. Таким образом, управляя активностью Nrf2 с помощью небольших количеств ингибиторов протеасом, можно разработать эффективную и долговременную стратегию защиты от окислительного стресса. Группа Суреша Раттана изучала влияние небольшого стресса на уровень синтеза hsp в стареющих фибробластах в культуре. Для этого клетки несколько раз подвергали мягкому тепловому шоку. В результате базальные уровни белков hsp27, 70 и hsc70 в клетках значительно возросли на стадии последних пассажей. По мнению авторов, это свидетельствует об адаптивном ответе на общий внутриклеточный стресс, наблюдаемый при старении культуры. Кроме того, в клетках повышалась функциональная активность, например, активировалась протеасомная система, способность клеток к утилизации H2O2, устойчивость к этанолу, H2O2 и УФ-A излучению. Позже была обнаружена способность мягкого теплового стресса положительно влиять на заживление ран in vitro, а также на ангиогенез (процесс образования новых кровеносных сосудов).

Сферой интересов доктора Промислоу являются вопросы эволюционной демографии, эволюционного развития старения, биологии пола. Работы доктора Промислоу можно сгруппировать по следующим тематикам:1. Эволюционная генетика старения. Основное внимание уделяется степени и форме проявления генов «долгожительства» на фоне имеющегося у исследуемого вида общего пула генетического материала.2. Встречающиеся в природе вариации проявления феномена старения в пределах одного вида и изучение сопутствующих вариаций генотипа в популяциях с разной продолжительностью жизни,3. Изучение возрастных изменений физиологии и поведения как маркеров старения и приложение их как демографических маркеров старения,4. Половой отбор и его роль в эволюции старения. Полученные данные прямо свидетельствовали, что гены, модулирующие протекание старения, высококонсервативны не только по последовательности, но и функционально на протяжении миллиардов лет эволюции. Ценность полученных данных еще и в том, что их можно экстраполировать и на человеческий геном, тем самым подтверждая фундаментальную применимость данных, полученных на модельных организмах, к человеку. По его предположению поведение таких модулей может объяснять по-ведение реальных физиологических функций организма. Использование методов сравнительной генетики позволило количественно сравнить степень консервативности генов «долголетия» двух эволюционно далеко отстоящих друг от друга видов: дрожжей Saccharomyces cerevisiae и нематоды Caenorhabditis elegans. Особенное внимание доктор Промислоу уделяет построению генных сетей старения и выделению модулей (подсетей).

В лаборатории профессора Поспелова проводится исследование анти-пролиферативного действия ингибиторов HDAC. Они стимулируют ре-ацетилирование нуклеосомных гистонов и тем самым вызывают преобразование структуры хроматина в тех участках генов, в которых имела место HDAC-зависимая репрессия генов, в частности, контролирующих клеточный цикл. Проведенные эксперименты показали, что ингибиторы HDAC, не изменяя экспрессии р53, приводят к подавлению активности циклин-киназных комплексов. Кроме того, ингибиторы HDAC подавляют экспрессию ряда позитивных регуляторов клеточного цикла. В частности, бутират натрия вызывает накопление ключевого компонента Wnt-сигнального пути — бета-катерина, который вместе с кадгеринами участвует в адгезионной функции клетки, а вместе с факторами семейства Lef/Tcf осуществляет транскрипционную функцию. Исследования показали, что ингибиторы HDAC влияют на экспрессию важных компонентов, отвечающих за межклеточные взаимодействия (адгезию) и Wnt-сигнальный путь. Возможно, антипролиферативное действие ингибиторов HDAC может осуществляться через модуляцию активности кадгерин/бета-катенинового сигнального пути.

Группа Саймона Пайка изучала способность гидралазина защищать клетку от высокотоксичного альдегида акролеина. Акролеин — высокотоксичный альдегид, имеющий связь с большим количеством заболеваний и токсичностью лекарств. Взаимодействуя с белками, он способен образовывать аддукты (продукты присоединения), содержащие электрофильные карбонильные группы. Эти группы затем участвует в следующей реакции, приводящей к образованию поперечных сшивок. Саймон Пайк и его коллеги высказали предположение о том, что реакционноспособные белковые аддукты можно инактивировать при помощи нуклеофильных препаратов, и таким образом нейтрализовать токсичное действие акролеина. Ранее были сделаны наблюдения, что гипотензивный препарат 1-гидразинофталазин (гидралазин) в значительной степени ослабляет токсичность предшественника акролеина — аллилового спирта. В связи с этим учеными была исследована возможность реакции гидралазина с акролеиновыми аддуктами белков сначала в изолированных гепатоцитах мыши, а затем с аллиловым спиртом in vivo. В ходе исследований было доказано, что гидралазин действительно инактивирует активные карбонилированные белки, формируемые акролеином, и таким образом предотвращает вторичные реакции, приводящие к гибели клеток.

Результаты исследований косметической компании Лореаль показывают, что продукты гликилирования накапливаются при старении в медленно обновляющихся тканях, включая кожу. Эти изменения включают в себя активацию фибробластов, увеличение количества матриксных молекул коллагена, продукцию металлопротеиназы и утолщение базальной мембраны. Данные изменения ингибировали с помощью аминогуанидина, хорошо известного ингибитора гликилирования. Действия аминогуанидина заключаются в формировании гуанидин-дикрбонильных остатков, которые, таким образом, снижают количество свободных карбонилов. Все эти процессы происходят на ранних стадиях гликилирования. В дальнейшем эти разработки будут использованы для создания передовой косметики для борьбы со старением кожи. Анализ биомаркеров кожи выявил биологические и морфологические изменения, которые прямо связаны с гликилированием. Таким образом, результаты исследования группы Герве Пагеона показывают, что ингибирование гликилирования предотвращает старение кожи.