Генетика

Группа Роберта Рукера изучает механизмы образования неэнзиматических сшивок в структуре коллагена и эластина. Процесс образования сшивок чувствителен к содержанию меди в организме, т. к. медь является кофактором фермента лизил-оксидазы (катализирует окислительное дезаминирование лизиновых остатков, вовлеченных в формирование сшивок). Ученые исследовали, как различное содержание меди в потребляемой пище влияет на образование сшивок. Они оценивали уровень лизил-оксидазы в тканях мыши. Самые высокие конценрации лизил-оксидазы были обнаружены в соединительной ткани (сухожилия, кожа), средние показатели — в аорте, почках, легких и печени. А самая низкая концентрация была выявлена в тканях скелетной мускулатуры и диафрагмы. Мыши, рацион которых содержал 2 микрограмма/грамм меди, демонстрировали меньшую функциональную активность лизил-оксидазы (в коже), чем мыши, которые получали с пищей по 10 микрограмм/грамм. Однако дефицит меди не влиял на уровень мРНК для лизил-оксидазы. В исследовании подчеркиваются незначительные изменения количества фермента при различных диетах и небольшое снижение функциональной активности при недостатке меди. Темой для дальнейших исследований ученых может стать понимание механизмов образования сшивок в структуре коллагена и эластина, т. к. именно они приводят к старению всех тканей организма, а особенно — кожи и соединительной ткани. Функциональная активность фермента лизил-оксидазы у мышей с дефицитом меди в рационе была снижена на половину или на 2/3 от нормы.

Группа ученых под руководством профессора Редделя открыла, что в раковых клетках помимо экспрессии теломеразы (hTERT) существует ещё один механизм поддержания длины теломерных участков, так называемое альтернативное удлинение теломер (Alternative Lengthening of Telomeres или ALT). Этот механизм, возможно, включает гомологичную рекомбинацию теломерных участков сестринских хроматид. Более того, установлено, что данному механизму сопутствуют промиелоцитные лейкемические тельца (promyelocytic leukemia (PML) bodies), которые включают теломер-связывающие белки (т. е. TRF1 и TRF2) и теломерную ДНК. Данные тельца присутствуют только в клеточных линиях и опухолях, где работает такой механизм. Есть некоторые данные, что такой же или подобный ему механизм работает в нормальных клетках. Детальное понимание механизма альтернативного удлинения теломер необходимо для разработки в будущем противораковых препаратов.

Лаборатория Томаса Проллы ведет исследования старения, направленные на выявление соединений, обладающих способностью имитировать действие ограничения калорийности питания. В ходе исследования самцы мышей B6C3F (1) получали либо диету с ограничением калорийности на 40% (контрольная диета, дополненная питательной смесью (NСМ), содержащей резвератрол, кверцетин и инозитолгексафосфат (ИГФ), либо диету с эквивалентной дозой химического резвератрола (RES; 1,25 мг резвератрола на кг в день) от 2-х до 5-месячного возраста. Профиль экспрессии генов сердца у мышей был сопоставлен с их ровесниками из контрольной группы. Результаты исследований позволили предположить, что RES и NСМ способны имитировать краткосрочное ограничение калорийности, которое однозначно повлияло на некоторые пути иммунной функции. При этом RES однозначно повлиял на различные пути стрессовой реакции. Путем анализа установлено, что NСМ регулируется несколькими метаболическими путями, которые также были изменены долгосрочным ограничением калорийности, в том числе обмен глюкозы и липидов, окислительное фосфорилирование и скопление хроматина. Рассмотрение ключевых генов и путей, зависимых от NСМ, позволяет предположить, что Foxo1 является важным восходящим посредником действия NСМ.

Главная цель исследований лаборатории Линды Партридж, которая является одним из самых крупных специалистов в мире по генетике старения, — обнаружение и изучение генов и механизмов, которые определяют скорость этого процесса. При поддержке других лабораторий Партридж и ее коллеги пытаются изучить эволюционные аспекты старения. Большая часть работ проводится на дрозофилах и подкрепляется сравнительными исследованиями на C.elegans и мышах. Работа фокусируется также на изучении влияния ограничения питания и стрессоустойчивости. По результатам, снижение активности молекулярного сигнального пути жировых тканей может способствовать увеличению продолжительности жизни на 50 и более процентов. Мутации генов, отвечающих за белковые компоненты каналов, через которые поступают питательные вещества в организм, способствовали увеличению продолжительности жизни животных, на которых проводились эксперименты. Так как данные каналы существуют у всех представителей животного мира, исследования направленные на дальнейшее их изучение могут дать ключ к механизму понимания и практического осуществления продления жизни человека. Другие эксперименты лаборатории показали, что на долголетие в значительной степени влияет баланс аминокислот в пище. Сейчас они детальнее изучают этот вопрос. Недавние исследования этой группы показали, что изменение нескольких генов у круглых червей, дрозофил и мышей может способствовать значительному увеличению продолжительности их жизни, замедляя развитие многих заболеваний, связанных со старением.

Белки семейства Sir2 (сиртуины) представляют из себя эволюционно консервативные NAD(+) (никотин-амидадениндинуклеотид)-зависимые деацетилазы белков и АДФ-рибозилазы, играющие важную роль в стрессовых реакциях, транскрипции генов, клеточном метаболизме и долголетии. Новейшие исследования также позволяют предположить, что сиртуины являются нижележащими мишенями ограничения калорийности, которые играют свою роль в увеличении продолжительности жизни NAD(+)-зависимым образом. Ограничение потребления калорий повышает продолжительность жизни у многих видов и улучшает состояние при многочисленных возрастных заболеваниях, таких как различные типы диабета и рака. Работа группы Су-Джу Лин была сфокусирована на изучении сиртуинов и метаболизма NAD(+) на генетически податливой модельной системе, пекарских дрожжах Saccharomyces cerevisiae. Эти исследования выявили ключевые метаболические факторы долголетия в сигнальных процессах ограничения калорий и путях биосинтеза NAD(+), которые также могут вносить вклад в регуляцию активности сиртуинов. Многие компоненты этих путей являются консервативными как у дрожжей, так и у высших эукариот, включая человека. Понимание механизмов действия ограничения калорийности и регуляции сиртуинов предоставит возможность проникнуть в суть молекулярных основ возрастных метаболических заболеваний. Таким образом, эти открытия помогут пролить свет на механизмы, лежащие в основе метаболических возрастных заболеваний и, возможно, старения человека в целом.

Обычно транстиретин присутствует в организме в форме тетрамера, но в некоторых случаях образуются мономеры белка, способные связываться между собой и образовывать фибриллы, что и становится причиной развития амилоидозов. Следовательно, для развития заболевания тетрамер белка сначала должен диссоциировать на мономеры. Ранее было показано, что способность транстиретина образовывать устойчивый комплекс может быть связана с химической модификацией отдельно взятого остатка цистеина (Cys10) в его составе путем образования смешанных дисульфидных связей. Наиболее распространенными модификациями белка в организме является присоединение к нему S-сульфоната и S-цистеина. Группа Лоурин Коннорс провела исследование влияния S-сульфоната и S-цистеина на устойчивость четвертичной структуры транстиретина. В результате было показано, что S-сульфонирование транстиретина усиливает процесс диссоциации тетрамера белка, что способствует развитию заболевания, в то время как присоединение S-цистеина, напротив, стабилизирует комплекс. Транстиретин в норме является устойчивым белком плазмы, но в случае старческого амилоидоза он откладывается в ткани в виде амилоидных фибрилл, что приводит к тяжелым дисфункциям органов. В дальнейшем понимание механизмов регуляции устойчивости стабильного тетрамера транстиретина может способствовать созданию новых методов лечения и профилактики амилоидозов.

Для изучения патофизиологии кахексии как осложнения ракового заболевания и поиска вариантов ее лечения ученые группы Паолы Клеменс исследовали эффект выделяемых раковыми клетками цитокинов на первичные миобласты, полученные из скелетной мускулатуры мышей. Эти исследования показали, что факторы, выделяемые раковыми клетками предстательной железы и меланомы (интерлейкин (IL)-1b, TNF-альфа и фактор, вызывающий протеолиз (PIF)) значительно ингибируют дифференцировку миобластов. При этом связывающая и транскрипционная активность NF-kappaBв обработанных этими факторами миоцитах были повышены. Трансфекция миобластов геном cFLIP (клеточный каспаза-8-подобный белковый ингибиор), который является ингибитором NF-kappaB, активировала экспрессию мышечных маркеров в миобластах. В то же время гиперэкспрессия антиапоптотического белка Bcl-xL не вызывала подобного эффекта. Эти результаты показывают, что воздействие не на все молекулярные системы, вызывающие развитие кахексии, может быть эффективным. Перспективной является работа с белком cFLIP, воздействие которым оказывало положительный эффект на развитие мышечных клеток.

Биотин — водорастворимый член группы витаминов В, известный также под названиями витамин Н, витамин В7 и кофермент R. Ковалентное связывание биотина с гистонами осуществляется синтетазой холокарбоксилазы. Группой профессора Земплени из Университета Небраски было показано, что введение в диету взрослых людей повышенных доз биотина приводит к увеличению уровня биотинилирования гистонов в лимфоцитах и снижении транспозиций ретроэлементов. Таким образом, биотинилирование гистонов представляет собой новый, зависимый от диеты, путь эпигенетической регуляции стабильности генома и связанного с ней процесса старения.

В настоящее время группой доктора Магалхаса ведется несколько проектов по следующим темам:1) эволюционная и сравнительная геномика — попытка найти ответственные за старение/долгожительство гены и построение модели эволюции таких генных комплексов и путей их конвергенции/дивергенции при видообразовании.2) клеточные модели и стволовые клетки — обнаружение маркеров долгожительства на клеточном уровне с использованием технологии short hairpin RNA (РНК с короткой петлей, shRNA), аналогичной RNA interference (RNAi), для выключения экспрессии отдельных генов анализа полученных изменений фенотипа.3) системная биология старения — создание базы данных, содержащей максимально исчерпывающую информацию по генетике старения GenAge database, включая собственно профили экспрессии разных генов, белок-белковых взаимодействий, фенотипических данных, а также разработку математических методов для моделирования старения. 4) биология долгоживущих животных — изучение биологии голого землекопа Heterocephalus glaber.5) теоретическая биология старения — сопоставление и объединение полученных данных для выработки единой теории причин возникновения феномена старения в эволюции живых организмов. Анализ и сравнение профилей экспрессии возраст-зависимых генов человека, мыши и крысы указывают на потенциальные мишени для модулирующего воздействия при лечении возраст-зависимых заболеваний.

В лаборатории доктора Гоноса была разработана бессмертная клеточная линия фибробластов, полученная из эмбрионов крыс. Клеточная линия начинает проявлять признаки старения при инактивации Т-антигеном вируса SV40. Благодаря этому были клонированы несколько ассоциированных генов старения. Исследования показали особо важную роль одного из них — гена, кодирующего кластерин (аполипопротеин J).В настоящее время группа доктора Гоноса занимается разработкой способов увеличения продолжительности жизни клеточных линий за счет активации экспрессии субъединиц протеасомного комплекса (белкового комплекса, осуществляющего разрушение белков в конце их жизненного цикла).В лаборатории Гоноса осуществляли суперэкспрессию субъединицы beta-5 в клетках различных линий. Кроме того, на линии фибробластов эмбрионов человека WI38/T, было показано, что возрастание уровня сборки и функциональной активности протеасом можно добиться суперэкспрессией hUMP1/POMP белка. Как известно, данный белок участвует в сборке протеасомного комплекса. Стимуляция его экспрессии также приводила к увеличению устойчивости клеточной линии к различным оксидантам. Эксперименты показали, что суперэкспрессия субъединицы beta-5 повышала активность протеасом и приводила к увеличению продолжительности жизни.