Перевести на Переведено сервисом «Яндекс.Перевод»

Генетика

База данных
Причины сокращения скелетной мышечной массы, которое наблюдается при старении и развитии возрастных заболеваний

Результаты исследований группы профессора Эппле показывают, что снижение эффективности работы митохондрий (но не их количества) играет важную роль в ухудшении аэробных функций скелетной мускулатуры при старении. Интересным фактом является то, что длительные ограничения калорийности снижают сокращение скелетной мышечной массы и ее аэробной функции по мере старения. Группа Рассела Эппле сравнивала уровень окисления белков и компонентов протеасомного пути при избыточном кормлении и при ограничении калорийности питания на примере подошвенной мышцы (musculus plantaris) крыс. Оказалось, что при ограничении калорийности с возрастом у крыс не наблюдалось накопления карбонилированных белков, характерных для крыс без ограничения кормления. Параллельно с возрастом в обоих случаях возрастали уровни убиквитин-лигаз MuRF1 и MAFbx, хорошо известных участников сигнального каскада, приводящего к развитию мышечной атрофии. С другой стороны, химотрипсиновая активность протеасом с возрастом увеличивалась только в случае ограничении калорийности, при том, что экспрессия протеасомной субъединицы С2 возрастала одинаково в обеих группах. Также интересно, что у самых старых животных обеих групп мышечная масса была ниже, чем этого можно было бы ожидать исходя из уровня их протеасомной активности. Таким образом, одной из главных задач является выявление молекулярных механизмов, посредством которых ограничение калорийности защищает функции митохондрий при старении. Также предстоит выяснить в какой степени физические нагрузки могут имитировать этот защитный эффект. Результаты исследований показали, что ограничение калорийности способствует снижению уровня модифицированных белков и осуществлению протеасомного сигнального пути. Это может иметь большое прикладное значение, так как продемонстрирована связь ограничения калорийности и замедления развития мышечной атрофии. Необходимо дальше изучать молекулярные механизмы этих эффектов.

AGEs и влияние их взаимодействий со специфическими рецепторами на развитие старческих заболеваний

Продукты неэнзиматического гликозилирования, продукты окисления белков и липидов (AGEs) накапливаются в течение жизни организмов. Важную роль AGEs играют в активации рецептора для AGEs — RAGE, трансмембранного рецептора семейства иммуноглобулинов. Ученые предполагают, что таким образом AGEs стимулируют процессы, сопряженные с воспалением и его последствиями в разных тканях, а это способствует осложнениям при диабете, воспалительных и нейродегенеративных процессах и в ходе старения. Научной группой Шмидт на культуре клеток и на животных моделях было показано, что рецепторы RAGE, активированные AGEs, влияют на прогрессию сосудистых заболеваний. Кроме того, в патогенезе болезни Альцгеймера также прослеживается взаимодействие между бета-амилоидным белком и рецепторами RAGE. Влияние RAGE на микроглию, гематоэнцефалический барьер и нейроны осуществляется через множество сигнальных каскадов. Последние исследования показали, что комплекс бета-амилоид+ RAGE усиливает стресс нейронов и дальнейшее накопление бета-амилоида, что приводит к ухудшению памяти и обучаемости. Целевое терапевтическое влияние на уровень рецепторов к AGEs в организме может быть полезным в лечении сосудистых и нейродегенеративных заболеваний. Поскольку гены, кодирующие эти рецепторы, очень полиморфны, в качестве лечебного подхода можно рассматривать генетический контроль.

Риски заболевания сердечно-сосудистой системы, их генетическая детерминация

Известно, что циклооксигеназа-2 (ЦОГ-2) косвенно влияет на синтез ММП макрофагами в нестабильных атеросклеротических бляшках. Кроме того, установлено, что у лиц с аллелем -765С плазменный уровень С-реактивного белка (СРБ) ниже, чем у гомозигот по аллели -765G.Ученые группы Франческо Ципол-лони выполнили генетический анализ у 1728 человек с высоким сердечно-сосудистым риском. Были обследованы 864 пациента с первым инфарктом миокарда (ИМ) или атеротромботическим ишемическим инсультом, а также 864 человека из группы контроля. Участники обеих групп были сопоставимы по наличию факторов сердечно-сосудистого риска и терапии сопутствующих заболеваний. Гетерозиготами по аллелю -765G были 43.3% пациентов из группы ИМ/инсульта, и лишь 17.9% участников из группы контроля, гомозиготами — 6.4% и 1.1%, соответственно. После поправки на возраст, пол, индекс массы тела, наличие гиперхолестеринемии, гипертонии, сахарного диабета, оказалось, что у пациентов с аллелем -765G ниже относительный риск ИМ или ишемического инсульта (52%). У гомозигот по аллелю -765СС протекторный эффект увеличивается до 67%.Также оказалось, что у носителей аллелю -765С экспрессия ЦОГ-2 и ММП в атеросклеротических бляшках достоверно ниже. В будущем планируется определять генетически детерминированный риск сердечно-сосудистых заболеваний с помощью выявления полиморфизма гена ЦОГ-2 (замена гуанина на цитозин в позиции -765). Таким образом, аллель -765С может защищать от разрыва бляшки за счет изменения экспрессии ЦОГ-2 бляшечными макрофагами.

Рекомбинантные ферменты и разработка систем для скрининга

Лаборатория молекулярной биологии компании BIOMOL под руководством Конрада Ховитца разрабатывает и производит исследования рекомбинантных ферментов, играющих роль в передаче сигнала на клетках млекопитающих, а так же разрабатывает системы для скрининга. В настоящий момент активно исследуются гистоновые деацетилазы, включая сиртуины, для которых Ховитц разработал несколько флуоресцентных субстратов и количественных систем. В лаборатории Конрада Ховитца исследовался класс компонентов, активирующих сиртуины. Они называются STAC (Sirtuin-activating compound) и являются активаторами Sir2/SIRT1 NAD±зависимых деацетилаз, увеличивающих продолжительность жизни многих видов животных, а так же способных откладывать по времени развитие заболеваний, ассоциированных со старением, таких как, например, рак, диабет, нейродегенеративные заболевания и др. STAC, получаемые из растений, такие как фисетин (fisetin) и резвератрол, имеют некоторые недостатки, например низкую стабильность и относительно низкую эффективность активации сиртуинов. Для разработки улучшенных STA в лаборатории были синтезированы производные стильбена (stilbene) с модификацией В кольца в 4-ом положении. Они обладали пониженной токсичностью по отношению в человеческим клеткам, высокой эффективностью активации SIRT1 и с высокой способностью увеличивать продолжительность жизни дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Главный вывод этих исследований — возможно улучшать свойства натуральных компонентов — активаторов сиртуинов с помощью искусственных модификаций.

Поиск возможностей для регенерации тканей в человеке

Эллен Хебер-Кац и ее коллеги обнаружили, что мыши линии MRL имеют уникальную способность к самоисцелению: у них наблюдается замещение поврежденной ткани без образования рубца. Способность к восстановлению тканей и конечностей известна для многих животных, не относящихся к млекопитающим. Однако взрослые MRL мыши способны к регенерации хрящей, кожи, волосяных фолликулов, миокарда. Исследователи предположили, что мыши данной линии могут служить моделью непрерывной регенерации и, возможно, обладают более высокой продолжительной жизнью. Наблюдается нормальный рост и нормальная гистологическая структура, как при регенерации у амфибий, тогда как обычно у млекопитающих происходит образование рубца. У гибридов MRL мышей с мышами других линий наблюдается промежуточный тип зарастания поврежденного хряща. Проведенный генетический анализ позволил сделать вывод о том, что, по крайней мере, 20 разных локусов ответственны за эту способность. Процесс регенерации уха происходит у самцов и самок по-разному. Считается, что у млекопитающих сердце не способно к регенерации, хотя у других позвоночных животных она может иметь место. Исследователи производили криоповреждение сердца мышей линий MRL and B6 через диафрагму. Через 60 дней у мышей MRL наблюдали восстановление миокарда, в некоторых случаях выявлен небольшой рубец. Тогда как у контрольных особей B6 выявлялся неклеточный рубец. Проведенные позже эхокардиография и гистологический анализ миокарда мышей выявили полное восстановление сердца у особей линии MRL. Исследователи предположили, что восстановление миокарда может быть связано либо с миграцией кардиомиоцитов в поврежденную зону, либо с активностью стволовых клеток. Было обнаружено, что на 7–15 день после повреждения кардиомиоциты экспрессируют Ki-67, являющийся маркером пролиферации. Исследование по восстановлению поврежденного спинного мозга позволили выявить соединение, которое участвует в процессе регенерации, — аполипопротеин Е. Молодые мыши MRL способны восстанавливать сквозное отверстие в ухе 2 мм диаметром за 30 дней, тогда как у обычных мышей такого не происходит, и отверстие сохраняется в течение всей жизни. Эксперименты, проведенные Эллен Хебер-Кац ее коллегами на мышах линии MRL по восстановлению хрящевой ткани уха, повреждений сердечной мышцы и спинного мозга предполагают, что регенерация ткани подавляется процессом формирования рубца. Это открытие открывают перспективу исследования регенеративных возможностей и у человека.

Геномный контроль развития и старения млекопитающих, исследование влияний внешней среды на процессы старения и поиск методов снижения скорости старения

Его научные интересы сосредоточены преимущественно в области исследований возраст-зависимых нарушений нервной ткани, в том числе болезни Альцгеймера, молекулярных основ старения, а также влияния экологической обстановки на старение как индивидуума, так и популяции в целом. В настоящее время под руководством доктора Финча осуществляются следующие проекты:1. Роль прогестерона при старении мозга и болезни Альцгеймера. Проект предусматривает экспериментальное изучение in vivo и in vitro способа взаимодействия прогестерона с нейронами и глией при старении и развитии болезни Альцгеймера. В частности, показано, что увеличение количества старых астроцитов ведет к снижению выживаемости стволовых клеток нейронов.2. Изоформы АроЕ в эволюции диеты и долгожительства человека от шимпанзеподобных предков.3. Создание коллекции образцов ДНК племени Цимане. Племя Цимане живет в джунглях Амазонии в условиях высокой инфицированности окружающей среды и недостатка некоторых физиологически важных компонентов питания. Проект направлен на изучение влияния окружающей среды на темпы старения организма.4. Изучение роли загрязнения воздуха при развитии болезни Альцгеймера. Исходя из анализа данных по городу Мехико (Мексика) следует, что даже у молодых людей, проживающих в урбанизированных условиях, наблюдаются нарушения микроглии и астроцитов, накопление амилоида бета-42/альфа-синуклеина. Полностью оградить человека от всех факторов, стимулирующих проявление связанных с возрастом изменений в организме, вряд ли возможно. Но смягчить эти проявления можно и разработка способов такого смягчения является достойной целью для исследователей.

Изменения в структуре, функциях и биохимии коллагена в соединительной ткани мышц в процессе старения

Группа Тодда Траппе изучает изменения в структуре, функциях и биохимии коллагена в соединительной ткани мышц в процессе старения. Исследования на животных показали, что при старении и длительной неподвижности в соединительной ткани мышц увеличивается содержание коллагена, накапливаются гидроксилизилпиридинолиновые сшивки и продукты неэнзиматического гликозилирования. Исследования для человека впервые провела группа Тодда Траппе. После биопсии соединительной ткани мышц тренированных и нетренированных мужчин и женщин разного возраста удалось измерить концентрацию коллагена, коллагеновых сшивок и продуктов неэнзиматического гликозилирования. Среди людей, ведущих пассивный образ жизни (как мужчин, так и женщин) изменений концентрации коллагена и гидроксилизилпиридинолиновых сшивок с возрастом не наблюдалось. Однако отмечалось увеличение количества неэнзиматических сшивок при старении (на 200%). Также было показано, что в соединительной ткани мышц нетренированных людей вне зависимости от пола количество продуктов неэнзиматического гликозилирования увеличено, тогда как концентрации коллагена и гидроксилизилпиридинолиновых сшивок остаются неизменными. Изучение механизмов неэнзиматичекого гликозилирования в соединительных тканях мышц поможет понять причины старения и дисфункции скелетной мускулатуры.

Молекулярные основы старения, взаимодействие между питанием, здоровьем и длительностью жизни на молекулярном уровне

Для старых животных ограничение калорийности считалось менее эффективным средством постепенного замедления или предотвращения возрастных изменений в экспрессии генов. Однако профессор Спиндлер с коллегами обнаружили, что мыши, которым ограничили калории в конце среднего возраста, почти сразу испытали преимущества этой диеты. Ограничение калорийности, начатое в конце жизни, позволило увеличить срок жизни мышей на шесть месяцев, и обусловило задержку смерти от рака, возможно, за счет снижения темпов роста опухоли. При восстановлении обычного режима питания животные быстро вернулись на свои предыдущие модели экспрессии генов. Поскольку рак печени является наиболее распространенной причиной смерти этих мышей, результаты указывают на причинно-следственную связь между количеством потребляемых калорий, темпами старения и моделью экспрессии генов печени. Ни одно из предыдущих исследований на млекопитающих не связывало так тесно эти явления. Группа профессор Спиндлера также провела исследования экспрессии генов на мышах с нарушениями передачи сигнала инсулин-подобного фактора роста-1 (IGF). Эти мыши либо получали диету с ограничением калорийности (ОК), либо питались свободно. Эксперименты показали, что ОК и IGF аддитивно действуют на экспрессию группы генов, связанных с повышенной долговечностью. Это гены, связанные с увеличением чувствительности к инсулину, глюкагону и катехоламинам, глюконеогенезу, обороту белка, бета-окислению липидов, апоптозу, метаболизму ксенобиотиков и окислителей; уменьшению пролиферации клеток, синтеза липидов и холестерина, а также экспрессии шаперонов. В исследовании, проведенном Спиндлером, изучалось изменение паттерна экспрессии тех или иных генов, в ответ на различные вещества, претендующие на роль миметиков ограничения калорийности. В частности — исследовались мелатонин, альфа-липоевая кислота, аминогуанидин, коэнзим-Q и метформин. Исследование производилось с помощью ДНК-микрочипов (DNA microarray). Подопытные мыши получали упомянутые миметики ограничения калорийности в течение 8 недель. Кроме того, группа профессора Спиндлера исследовала влияние низкокалорийной диеты на сердце мыши. У мышей, переведенных на низко-калорийную диету в конце жизни, работала та же модель экспрессии генов печени, как и у мышей, которым калорийность питания ограничили в раннем возрасте. Эти исследования определили целевую группу новых генов, которые могут быть мишенью терапевтических средств, оказывающих влияние на старение, а также препаратов для лечения связанного со старением ожирения.

Свойства белка муколипин-1

Ген белка муколипин-1 был клонирован в 2000 году в лаборатории доктора Слаугенгаупт. Впоследствии было показано, что этот белок играет большую роль в перемещении кальция через лизосомальную мембрану. С мутацией в гене этого белка связано одно из расстройств работы лизосом — муколипидоз IV типа (MLIV), приводящее к потере TRPML1 из мембраны лизосомы и в конечном итоге к гибели клетки. Данные экспериментов показали, что TRPML1, TRPML2 и TRPML3, вместе составляющие субсемейство муколипинов, могут образовывать агрегаты на поверхности лизосомы, способные аккумулировать на себе значительное количество шаперонов СМА. В лаборатории было проведено сравнение фибробластов людей с синдромом муколипидоза IV типа (MLIV) и без него. Оказалось, что в лизомальной мембране фибробластов MLIV снижено количество LAMP2A, что естественным образом ведет к снижению функции СМА и накоплению в клетке белков с нарушенной третичной структурой и окисленных белков. Аппарат шаперон-зависимой аутофагии находится в тесной взаимосвязи с остальными системами клетки и эффективность его функционирования может модулироваться другими, еще неучтенными, факторами.

Влияние генетической нестабильности на развитие механизмов старения и варианты их предупреждения с помощью низкомолекулярных веществ

В лаборатории Дэвида Синклэра было показано, что резвератрол имитирует положительный эффект ограничения калорийности питания, без его применения. Исследователи обнаружили, что паттерны (профили) экспрессии генов при воздействии резвератрола и органичительном питании во многом похожи. Более того, мыши, которые получали резвератрол, проявляли меньше признаков старения, включая пониженную альбуминурию, пониженный уровень воспаления, апоптоза клеток сосудистого эндотелия, повышенную эластичность аорты, низкий уровень формирования катаракты и т. д. Это исследование указывает на целый спектр положительных эффектов от применения резвератрола.

1 2 3