Клеточная биология

Ученые группы Гюнтера Леппердингера изучали способности к дифференцировке и пролиферативной активности мезенхимальных стволовых клеток (МСК) костного мозга в зависимости от возраста мыши, а также возможное участие ниши МСК во влиянии на свойства этих клеток. Мезенхимальные стволовые клетки выделяли из мышей трех различных линий — короткоживущей (SAMP6 — 9,7 месяца), среднеживущей — (SAMR1 — 16,3 месяца) и долгоживущей (C57BL/6 — 28 месяцев). Ученые исследовали колониеобразующие единицы костного мозга и выяснили, что эти клетки обладали сходными характеристиками in vitro вне зависимости от продолжительности жизни организма. В то время как данные по генетическому анализу in situпоказали различия в экспрессии множества генов в нишах мезенхимальных стволовых клеток, изменение эксперссии генов различалось практически в два раза. Таким образом, было доказано, что мезенхимальные стволовые клетки не изменяют своих характеристик с возрастом, но испытывают сильное влияние стареющего микроокружения (ниши).

Известно, что эпигалокатехин галлат (EGCG) — главный активный компонент чая, участвует в противодействии опухолеообразованию, ожирению, способствует нормализации кровяного давления. Группа исследователей под руководством Баолу Зао показала, что EGCG способствовал увеличению продолжительности жизни Caenorhabditis elegans в условиях стресса — теплового (35°С, максимально на 13,1%) и окислительного (максимально на 177,7%). Дальнейшие исследования показали, что этот эффект связан с нейтрализующим действием на свободные радикалы и стимулирующим действием на синтез стрессовых белков, в том числе и hsp-16.2.

Получение iPS является крайне перспективным направлением клеточной заместительной терапии, однако вызывает опасения необходимость вносить необходимые факторы перепрограммирования с помощью встраивающихся в ДНК вирусов. Удалось снизить количество необходимых факторов перепрограммирования до двух, Oct4 и Klf4, путем добавления низкомолекулярных соединений BIX-01294 and BayK8644 вместо Sox2. Было найдено низкомолекулярное соединение реверсин, способное возвращать мышиные миобласты в более примитивное мультипотентное состояние. Обработанные реверсином клетки могут быть дифференцированы в остеобласты и адипоциты. Реверсин активен в отношении многих клеточных линиий. Предполагаемым механизмом действия реверсина является ингибирование тяжелой цепи немышечного миозина II и MEK1, приводящее к изменениям в клеточном цикле и ацетилировании гистонов. Было найдено гетероциклическое соединение SC1, влияющее на самообновление эмбриональных стволовых клеток. В определенных условиях SC1 стимулирует переход в плюрипотентное состояние. С использованием SC1 были получены клетки всех трех зародышевых слоев и созданы химерные мыши. Предположительным механизмом действия SC1 является двойное ингибиривание RasGAP и ERK1. В лаборатории Шенга Динга ведется интенсивный поиск химических соединений, способных заменить факторы перепрограммирования, и альтернативных способов доставки, а также методик повышения эффективности перепрограммирования. В качестве альтернативы доставке факторов перепрограммирования с помощью вирусных векторов также было предложено вводить в клетку сами факторы. В 2008 году лаборатории Профессора Динга удалось успешно перепрограммировать клетки с помощью рекомбинантных белков.

Как правило, наследственные нейродегенеративные болезни появляются в течение пятого десятилетия жизни, тогда как внезапные (спорадические) случаи не проявляются ранее, чем в седьмом десятилетие. Сигнальный путь метаболизма Инсулин/инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF1) — продолжительность жизни, метаболизм и регуляция устойчивости к стрессам — связывают нейродегенеративные процессы с процессом старения. Таким образом, хотя снижение передачи сигналов инсулина может привести к диабету, его сокращение может также увеличить продолжительность жизни и задержать начало токсического действия скопления белков. В лаборатории молекулярной и клеточной биологии Института Салька исследуется это кажущееся противоречие и определяется терапевтический потенциал управления инсулин/IGF1 сигнальным путем для лечения нейродегенеративных болезней. Недавно были показаны взаимосвязи между процессами старения и накопления токсичных белков, как общего признака нейродегенеративных болезней.

Адаптация метаболизма к изменениям окружающей среды имеет решающие значение, определяя продолжительность жизни организма. Таким образом, механизмы сигналлинга, регулирующие эту адаптацию будут влиять на процессы старения. Одной из таких сигнальных молекул является инсулин/ инсулиноподобный фактор роста (IGF), являющийся центральным регулятором обмена веществ в многоклеточных организмах. Недавние исследования выявили, что стресс-устойчивый Jun-N-терминальный конец киназы (JNK) является как бы промежуточным пунктом в процессе IGF сигналлинга, обеспечивая связь между окружающей средой и регуляцией метаболизма у дрозофил. Интересно, что подобное взаимодействие ученые отмечали также в центре возрастных метаболических заболеваний. Исследования профессора Хенрика Джаспера сосредоточены на передаче сигнала в клетке в качестве ответной реакции на стресс, обмен веществ и старение. В настоящее время основное внимание в лаборатории уделяется механизму взаимодействия JNK-киназ с инсулином. JNK ингибирует активность IGF и способствует увеличению продолжительности жизни и обеспечивает стрессоустойчивость.

Коллагеновые волокна являются основной структурной поддержкой соединительной ткани. Их избыток или слишком малая активность коллагеназ приводит к увеличению плотности волокон и к формированию менее гибкой ткани. Наоборот, чрезмерная активность коллагеназ приведет к неуправляемой фрагментации коллагена, что сделает ткань более аморфной. Непосредственно ионы Mg2+ не взаимодействуют ни с молекулами коллагена, ни с TIMP-белками, поэтому важно было изучить эффект Mg2+ на активность коллагеназ. Ученые группы Ольги Громовой предположили, что дефицит Mg2+ должен приводить к повышению активности ММП (в частности, коллагеназ). В ходе исследования было выяснено, что вне зависимости от причин возникновения аномалии в структуре соединительной ткани ее состояние улучшается, если активности коллагеназ и эластаз, а так же биосинтетических ферментов глюкозаминогликанов (гиалуронансинтетаз, гиалуронидаз, β-галактозидаз) будут сбалансированы. По всей видимости, этот баланс достигается непосредственным эффектом воздействия адекватных доз ионов магния. Напротив, при дефиците Mg2+ синтез белков в соединительной ткани замедляется, активность ММП увеличивается, и внеклеточная матрица прогрессивно деградирует, так как структурная поддержка ткани (в частности, коллагеновые волокна) разрушается быстрее, чем синтезируется.

Основная тема исследований Самуэля Вайса — изучение стволовых клеток центральной нервной системы млекопитающих. Было показано, что обонятельные интернейроны принимают участие в обонятельном распозновании, но с возрастом, пролиферативная активность нейрогенных клеток в субвентрикулярной зоне уменьшается. Субвентрикулярная зона представляет собой нишу нейрогенных стволовых клеток и состоит из 4–5 слоев. В этой узкой зоне происходит обновле-ние стволовых клеток, глиогенез или нейрогенез, и тангенциальная миграция вновь сформированных нейронов в обонятельную луковицу. Основной целью исследования стало изучение молекулярных механизмов, происходящих с возрастом в субвен-трикулярной зоне (SVZ) и обонятельной луковице (OB) у мышей. Исследования группы Самуэля Вай-са показали, что взрослые мыши (24 месяца) имели меньше новых обонятельных интернейронов, чем более молодые особи (2 месяца). Но в целом количество обонятельных интернейронов у взрослых особей было больше. Иммуногистохимический анализ и вестерн блот (Western blot) показали избирательное уменьшение уровня экспрессии рецептора фактора роста в субвентрикулярной зоне взрослой мыши. Это приводило к ухудшению нейрогенеза и уменьшению образования новых обонятельных интернейронов. Следующим этапом необходимо провести исследования на приматах — для выяснения механизмов, влияющих на нейрогенез человека.

Основная тема научных исследований Рошель Буффенштейн — изучение голого землекопа — животного с пренебрежимым старением. Исследования включают в себя оценку возраст зависимых изменений в физиологии голых землекопов и их основных органах. В данный момент Буффенштейн и ее коллеги фокусируются на связанных с возрастом изменениях в мозге, костях, структуре и функциональных особенностях сердечной мышцы. Также они, используя молекулярные и биохимические технологии, тестируют на модели этих долгоживущих грызунов различные теории старения — теорию окислительного стресса, теорию, связанную с конеч-ными продуктами гликирования белков и теломерную теорию. Однако чувствительность клеток к стрессу эндоплазматического ретикулума указывает на то, что изменения, происходящие вследствие денатурирования белков, могут влиять на выживаемость клетки и скорость старения. Рошель Буффенштейн установила, что фибробласты (клетки соединительной ткани) голого землекопа устойчивы к воздействию кадмия, метилметан-сульфоната, температурного стресса и среды с низким содержанием глюкозы.

Роско Брэйди имел непосредственное отношение к выяснению причин многих лизосомных болезней накопления (болезни Гоше, болезни Фабри, болезни Ниманна-Пика, болезни Тея-Сакса), участвовал в разработке методов заместительной терапии и в настоящее время продолжает актив-ную работу над генной терапией заболеваний этого класса. Болезнь Гоше — наследственное заболевание, связанное с накоплением глюкоцереброзоида в различных тканях (затрагивает печень, селезенку, почки, легкие, мозг и костный мозг). Она является самой распространенной среди всех лизосомных болезней накопления. Причиной болезни Гоше является недостаточность фермента глюкоцереброзидазы. Болезнь Ниманна-Пика — наследственное заболевание, связанное с нарушением липидного метаболизма, проявляющегося в накоплении липидов в печени, селезенке, легких, мозге и костном мозге. Причиной болезни является недостаточность фермента, расщепляющего сфинго-миелин. Группой Роско Брэйди был определен ген, мутация которого ответственна за развитие болезни Ниманна-Пика С1. Болезнь Фабри вызывается недостаточностью альфа-Г4-галактозидазы, которое приводит к накоплению церамидов в клетках и органах. Группой Роско Брэйди были разработаны методы заместительной ферментной терапии для лечения болезней Гоше, Ниманна-Пика и Фабри. Сейчас ведется поиск методов генной терапии болезни Фабри.