Молекулярная биология

Группа Блу исследовала механизмы апоптоза мышечных клеток, которые наблюдаются при развитии саркопении, на модели крыс линии F344/N x BN. Известны апоптотические сигнальные механизмы, которые осуществляются за счет высвобождения митохондриальных факторов при участии различных каспаз, белков Bax, Bcl-2 и др. Целью исследователей было проверить, играют ли они решающую роль при дегенерации разных типов мышечных волокон (быстро и медленно сокращающихся), сопровождающейся фрагментацией ДНК, возникающей с возрастом. Изучали также, принимает ли участие белок калпайн в возраст-зависимых протеолитичеких процессах. Для этого исследовали уровень протеолитической деградации мышечного белка α-фодрина. Выяснилось, что с возрастом у всех типов мышц уровень калпайн-зависимого протеолиза возрастал, а уровень протеолиза, осуществляемого каспазами возрастал только у медленно сокращающегося типа мышц (soleus) у очень пожилых крыс. Основные научные интересы лаборатории Эрика Блу — исследование молекулярных механизмов, связанных с сократительными сигналами в скелетной и гладкой мускулатуре, их изменение с возрастом и возможность их регулировки с помощью упражнений. Результаты исследований говорят о том, что в разных типах мышечных волокон механизм их возраст-зависимой дегенерации различается, и это необходимо учи-тывать при лечении разных типов мышечных атрофий. Характер этих различий требует дальнейших исследований для адекватного подбора лекарств и терапии.

Доктор Бласко изучает строение, регуляцию и функцию теломер, укорочение которых связано с сокращением жизнеспособности клеток, а укорочение и последующая стабилизация длины — с раковой трансформацией клетки. Раковые клетки, как правило, имеют повышенные уровни теломеразной активности, что позволяет им непрерывно поддерживать высокий пролиферативный потенциал и способность опухолей к быстрой экспансии в здоровые ткани и метастазированию. Конститутивная экспрессия ревертазного домена теломеразы (домен TERT — telomerase reverse transcriptase), имеющего активность обратной транскриптазы, в мышах с генетически индуцированной устойчивостью к раку за счет усиления экспрессии супрессоров опухоли р53, р16 и р19ARF приводила к задержке старения и удлинению средней продолжительности жизни. В лаборатории Марии Бласко было недавно установлено, что теломерные участки хромосом часто транскрибируются при участии РНК-полимеразы II, продуцируя некодирующие РНК (TERRA или TelRNA), состоящие из повторов UUAGGG. Накопление TERRA в возрастных клетках связано с укорочением теломер, что делает их информативными биомаркерами клеточного старения. TERRA являются негативными регуляторами теломеразы. Полученные результаты свидетельствуют об эффекте антистарения конститутивной экспрессии теломеразы у млекопитающих. В карциномах человека отмечены низкие уровни TERRA, что отмечает их потенциальную защитную роль против рака путем ограничения зависимого от теломераз удлинения теломер в раковых клетках.

Среди многочисленных функциональных и возрастных изменений, старение сопровождается увеличением воспалительных процессов в нервной системе, так же как и дисфункцией иммунной системы. Долго существовавшее мнение о том, что старение вызывает нейродегенеративные заболевания, сейчас может быть пересмотрено с позиций того, что старение — это основной фактор риска для развития таких заболеваний как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, Хаттингтона. Есть много возрастных изменений, затрагивающих мозг, ухудшающих его функции и повышающих «непрочность» системы и ее уязвимость. Ромми фон Бернхарди рассматривает старение и предвоспалительное окружение, как факторы, модулирующие фенотип микроглии и ее реактивность в развитии нейродегенеративных процессов. Другими словами, связанные с возрастом изменения микроглии, включающие цитотоксичность в противовес функциям защиты нейронов, могут запускать развитие нейродегенеративных заболеваний. Рассмотрение микроглии, как индуктора возможных нерогенеративных заболеваний может послужить основой для развития новых терапевтических подходов к этим нарушениям.

Образование продуктов ускоренного гликилирования белков провоцируется гипергликемией, которая ведет к осложнению диабета. Такие продукты как N-ε-карбоксиметил лизин и пентозидин формируются как результат гликилирования и автоокисления. Противостоять гликилированию могут ингибиторы, которые благодаря нуклеофильной природе взаимодействуют в карбонильными интермедиатами и нейтрализуют их. В качестве критерия оценки ингибирования использовали концентрацию вещества, способного ингибировать на уровне 50% автокисление аскорбиновой кислоты в фосфатном буфере, которое катализируется ионами меди. В качестве ингибиторов окислительного стресса успешно использовали аминогуанидин, пиридоксамин, карнозин, феназинедиамин, OPB-9195 и тенилзетам. Ученые пришли к выводу, что миллимолярные концентрации ингибиторов в исследованиях in vitro действуют как хелатирующие агенты или ингибиторы окисления, а при терапевтических концентрациях данные вещества способны создавать защиту от последствий диабета и старения, что может быть учтено при разработке медицинских препаратов. Наиболее эффективно поперечные связи между продуктами гликилирования устранялись феноцилтиозолином и продуктами его гидролиза.

Алагебриум (или ALT-711) является первым препаратом тиазолинового ряда, который вызывает разрывы поперечных сшивок между белками и борется с изменениями при старении и атеросклерозе. Группа Джоржа Бакриса, изучавшая влияние препарата на людей, сделала вывод, что он безопасен и хорошо переносится пациентами. В настоящее время алагебриум проходит клинические испытания для борьбы с сердечно-сосудистой патологией при старении. Алагебриум стимулировал артериальную пластичность у пожилых людей и улучшал состояние сердца при диастолической недостаточности.

Транскрипционные факторы Foxo регулируют клеточный цикл, выживаемость клетки и пути репарации ДНК. Научная группа Карен Арден показала, что дефицит Foxo3 приводит к увеличенной экспансии популяций Т клеток после вирусной инфекции. Такая мощная экспансия не свойственна Т клеткам. Напротив, она была вызвана способностью дендритных клеток с дефицитом Foxo3 поддерживать жизнеспособность Т клеток за счет выработки большего количества интерлейкина 6. Стимуляция дендритных клеток, опосредованная блокирующей молекулой CTLA-4, вызвала скопление Foxo3 в ядрах дендритных клеток. Это в свою очередь замедлило выработку интерлейкина 6 и фактора некроза опухоли. Таким образом, Foxo3 ограничивает выработку важнейших воспалительных цитокинов дендритными клетками и контролирует выживаемость Т клеток.

Показано, что добавление таурина в пищу помогает противостоять окислительному стрессу, диабетической нефропатии и ретинопатии. Ученые группы Карани Венкатараман Анурада предположили, что таурин также снижает уровень перекисного окисления липидов и гликозилирования в эритроцитах. Исследование показало что таурин статистически значимо снижал уровень гликилирования гемоглобина и образование продуктов перекисного окисления липидов в эритроцитах, обработанных глюкозой. Таким образом, ученые пришли к выводу, что таурин является важным компо-нентом, который регулирует физиологические функции эритроцитов, что может быть использовано против гликилирования в комплексной терапии при диабете.

Основная тема исследований профессора Анисимова — изучение процессов старения и взаимосвязь их с опухолевыми процессами в организме, профилактика, лечение. Антидиабетические бигуаниды обладают способностью снижать уровень глюкозы в тканях, снижать концентрацию холестерина в крови, триглицеридов, инсулина, уменьшать массу тела. Эти свойства и дали основания использовать эти вещества в качестве геропротекторов. Имеются данные об антиокислительном действии антидиабетических бигуанидов и их прямом действии на митохондрии. Одним из направлений исследований Владимира Анисимова стало изучение бигуанидов в качестве геропротекторов. В клинических наблюдениях было установлено, что применение метформина и других бигуанидов снижает более чем на треть общую смертность, смертность от инфарктов миокарда и от осложнений сахарного диабета, улучшает выживаемость онкологических больных и снижает риск рака молочной железы у больных сахарным диабетом 2-го типа.

Одна из научных задач лаборатории доктора Алликметса — разработка методов лечения болезни Старгардта (STG1) — дистрофии жёлтого пятна, вызываемая мутацией в гене ABCA4 (ABCR). При этой болезни липофусцин накапливается в пигментном эпителии сетчатки. Ученые группы доктора Алликметса попытались выяснить, будет ли доставка нормального человеческого гена ABCA4d в сетчатку мышей с нокаутной мутацией в гене Abca4 -/-способствовать коррекции фенотипа болезни Старгардта, что должно проявляться как уменьшение накопления липофусцина в сетчатке. На основе вируса инфекционной анемии лошадей (EIAV) были сконструированы лентивирусные векторы, экспрессирующие или человеческий ген ABCA4 или репортерный ген LacZ, находящиеся под контролем конститутивного (CMV) или фоторецептор-специфического (Rho) промотеров. Векторы вводились мышам под сетчатку в количестве 1 мкрмоля. Контрольной группе мышей вводился физиологический раствор без вектора. Обработанные вектором больные животные за год накопили по 8–12 пкмоль липофусцина на глаз, что сравнимо с показателями здоровых животных. Мыши из контрольной группы имели в 3–5 раз большее количество липофусцина в сетчатке. В ходе работы было показано, что даже единственная инъекция вектора значительно уменьшала накопление липофусцина в сетчатке больных мышей по сравнению с животными контрольных групп. Возможно предположить, что лентивирусная генная терапия является потенциально эффективным средством для лечения заболеваний, ассоциированных с дефектами гена ABCA4.