Молекулярная биология

Исследователи ведут поиск способов разработки фармакологиче-ских препаратов, использование которых даст возможность отделять молекулы белков и сахаров для разрушения перекрестных связей. Возможно, что в перспективе белок сможет восстанавливаться и возвращаться к своему нормальному состоянию, что отменит негативные эффекты гликации. Создание таких лекарств позволит уменьшить количество конечных продуктов гликирования в тканях.

Работа лаборатории Торена Финкела сосредоточена на изучении роли активных форм кислорода (АФК) как внутриклеточных сигнальных молекул. Свободные радикалы, как известно, участвуют в развитии ряда патологических состояний, от старения до атеросклероза. Однако мало известно о том, как в клетках происходит регуляция синтеза АФК, таких как супероксид и пероксид водорода. Недавно было обнаружено, что перенос активированного гена ras в первичные фибробласты при помощи ретровирусов значительно ускоряет старение клеток. Финкел с коллегами использовали эту in vitroсистему для выявления медиаторов опосредованного Ras старения. Они показали, что экспрессия гена ras вызывает возрастание продукции внутриклеточных и, в особенности, митохондриальных АФК. Финкел с соавторами показали также, что при помещении клеток в среду с низким содержанием кислорода (т. е. среду, в которой угнетается образование АФК — например, 1%) ras не способен вызывать повышение уровня ингибитора циклин-зависимых киназ p21 и активировать программу запуска старения. При нормальных условиях (20% кислорода) нейтрализаторы супероксида не оказывают влияния на вызываемое ras старение, однако оно предотвращается при добавлении нейтрализаторов пероксида водорода. В других экспериментах Финкел с соавторами показали, что воздействие гомоцистеина на культивируемые эндотелиальные клетки значительно увеличивает скорость старения. При исследовании длины теломер они обнаружили, что гомоцистеин в два раза увеличивает потерю длины теломерами в популяции клеток. Однако эти эффекты снимаются при добавлении нейтрализатора пероксида — каталазы. Хроническая обработка клеток гомоцистеином повышает экспрессию двух мембранных молекул, участвующих в развитии сосудистых болезней, при этом уровень их экспрессии коррелирует со степенью эндотелиального старения. Кроме того, было обнаружено, что способность гена ras вызывать остановку роста клеток и старение, частично ингибируется совместной экспрессией гена rac1. Эти результаты свидетельствуют, что в нормальных диплоидных клетках белок ras регулирует синтез оксидантных молекул, а повышение уровня внутриклеточного H2O2представляет собой критический сигнал для запуска репликативного старения. Таким образом, гомоцистеин ускоряет кле-точное старение окислительно-зависимым способом. Кроме того, можно заключить, что хронический окислительный стресс в сосудах может ускорять старение и что старение эндотелиальных клеток может предшествовать развитию атеросклероза.

В лаборатории Джона Тауэра показано, что снижение чувствительности организма к окислительному стрессу приводит к увеличению про-должительности жизни. Зависимость накопления свобод-ных радикалов от старения хорошо продемонстрирована и на модельных организмах. В лаборатории Джона Тауэра исследовали на чипах полногеномную экспрессию генов Drosophila melanogaster при окислительном стрессе и при старении. Оказалось, что в обоих случаях происходит повышение экспрессии белков теплового шока, генов иммунного ответа и антиоксидантных генов. Кроме того, в ряде лабораторий, в том числе и Тауэра, было показано, что, искусственно повысив экспрессию ряда генов, участвующих в антиоксидантном ответе, можно повысить продолжительность жизни организма. Введение старым животным специального вещества-ловушки свободных радикалов приводило к нормализации некоторых биохимических параметров до уровня состояния молодых животных.

Хорошо изученный белок цистатин С, ингибитор протеаз, играет значительную роль в развитии заболевания, приводящего к повторным инсультам (Цистатин С амилоидной ангиопатии человека).В том числе, к ним относится димерная форма, образующаяся в результате соединения двух молекул цистатина и их обмена участками цепей между собой. В результате этого процесса происходит формирование особо устойчивых олигомеров, что является важным этапом формирования амилоидных фибрилл. Исследования доктора Стэнифорс проливают свет на механизм превращения нормальных форм белка в патогенные комплексы. Понимание последовательных стадий превращения необходимо для регуляции этого процесса на разных уровнях. Кроме того, как показывают исследования, некоторые промежуточные продукты этого превращения более токсичны для организма, чем конечные. В ходе исследования группа Рози Стэнифорс выявила несколько изоформ этого белка, которые могут инициировать процесс сборки амилоидных фибрилл. Таким образом, проведенные исследования открывают широкие возможности для разработки новых методов лечения амилоидозов.

С момента расшифровки роли малых РНК в практически всех жизненных клеточных процессах, многие ведущие лаборатории направили свою научную деятельность на изучение микроРНК в функционировании стволовых клеток. Важной находкой лаборатории Слэка стало идентификация целого ряда микроРНК, экспрессия которых является «маркерной» для стволовых клеток. Прорывной можно считать работу, в которой лаборатория Слэка описывает микроРНК lin-4 и ген её регуляции — транскрипционный факторlin-14. Эта микроРНК ответственна за продолжительность жизни червя C. elegans. Оказалось, что эта зависимость наблюдается и у человека. Ингибирование микроРНК lin-4 приводит к повышенной экспресси белка lin-14, что укорачивает продолжительность жизни клеток нематоды и убыстряет старение тканей. И наоборот, повышение экспрессии lin-4 влечёт за собой снижение экспрессии белка lin-14 и, как следствие, увеличивается продолжительность жизни.

HSF1 считается главным фактором ответа на стресс, в то время как HSF2, по большей части, отвечает за клеточное развитие. Изучение этих двух транскрипционных факторов теплового шока является абсолютным приоритетом в работе лаборатории Леа Систонен. В ходе одного из исследований ученые обнаружили, что во время теплового стресса факторы HSF1 и HSF2 одновременно находятся на одном и том же участке ДНК.Изначально считалось, что для активации этих факторов необходимо образование гомотримеров, как результат связывания их HR-A/B доменов. Однако, данные гомологичного моделирования, а затем и экспериментальные данные, показали возможность формирования гетеротримеров. Таким образом, стрессовый шок влечет за собой формирование гетеротримеров HSF1 и HSF2 и их последующее взаимодействие с ДНК. Стоит отметить, что в зависимости от характера внешнего или внутреннего стимула формируются разные гетеротримеры. При ответе на тепловой стресс в основном формируются гетеротримеры, состоящие из 2 молекул HSF1 и 1 молекулы HSF2. При клеточном развитии, наоборот, образуются комплексы из 2 молекул HSF2 и 1 молекулы HSF1. Эта фундаментальная работа дала совершенно новое представление о молекулярных механиз-мах работы семейства транскрипционных факторов действия семейства HSFs.

AGE (конечные продукты гликирования) способны повреждать клетки различными способами: нарушения функций белков за счет модификации, сшивки белков, индукция образования свободных радикалов, активация иммунного ответа. Накопление AGE продемонстрировано на примере разных тканей у людей, больных диабетом. Более того, исследователи из лаборатории доктора Монниера (Кливленд, США) показали, что накопление AGE может быть использовано как маркер ранней гибели мышей. В то же время обнаружено, что AGE способны накапливаться и у здоровых, но стареющих людей.

Одним из направлений работы лаборатории Мамору Сато является изучение взаимосвязи старения клеток и патогенеза ишемической болезни. Ученые ищут механизмы, которые могли бы противостоять развитию патологических процессов в тканях сердца. Укорочение теломер в предшественниках эпителиальных клеток, которое может быть ключевым фактором старения эпителия, очень чувствительно к окислительному стрессу. Результаты последних исследований показывают, что интенсивная терапия по снижению липидов в крови у больных ишемической болезнью оказывает защитное действие против окислительного стресса. Это облегчает течение коронарной болезни и предотвращает укорочение теломерных концов. После проведения терапии были обнаружены более значительнее изменения в липидных профилях, чем в контрольной группе. У пациентов, получавших терапию, окислительный стресс был выше, но длина теломер не изменилась, а в контрольной группе — окислительный стресс был ниже, но теломеры уменьшались. Возможно, интенсивная терапия по снижению липидов может быть применена и для борьбы с укорочением теломер.

При болезни Хантингтона в цитоплазме нейронов накапливается белок хантингтин. Ученые под руководством доктора Саркара ингибировали репрессор аутофагии — белок TOR с помощью рапамицина и лития. Исследования ве-лись на дрозофилах. При ингибировании фактора TOR у плодовых мушек активировался процесс аутофагии, защищавший их нервную систему от дегенерации. Этот способ лечения нейродегенеративных заболеваний вероятно может быть применен и в отношении человека: активация аутофагии с помощью репрессоров белка TOR поможет запустить процесс макроаутофагии в стареющей нервной системе и справиться или облегчить течение нейродегенеративных заболеваний.

AL-амилоидоз (амилоид при этом состоит из легких цепей иммуноглобулинов) — наиболее распространенный системный амилоидоз. Для пациентов с множественной миеломой высокие дозы препарата мелфалан, а также аутологичная трансплатация стволовых клеток являются терапией первой линии, так как обеспечивают высокий гематологический ответ и более высокую выживаемость по сравнению с обычной химиотерапией. Высокие результаты, полученные при лечении миеломы, натолкнули на мысль о возможности использования этого подхода для борьбы с AL-амилоидозом. Учеными группы профессора Санчоравалы было обнаружено, что этот подход приводит к ремиссии у больных AL-амилоидозом, увеличивая выживаемость пациентов.