Молекулярная биология

В лаборатории Поупа Моузли было проведено исследование регуляторной роли транскрипционного фактора HSF1. Ученые поставили цель — выяснить, какие механизмы стоят за индуцированной тепловым шоком экспрессии трансмембранного белка окклудина в культуре клеток Caco-2.Показано, что у больных, перенесших тепловой удар, содержание эндотоксинов в крови примерно в 1000 раз больше, чем у здоровых людей. Активация HSF1 вызывает усиленную экспрессию окклудина, которая полностью блокируется ингибитором HSF1 кверцетином. Нацеленная на HSF1 трансфекция siRNA вызвала тот же эффект. Таким образом, регулируя активность HSF1, можно будет быстро и эффективно бороться с гипертермией.

Фермент метионин-сульфоксид-редуктаза, А (MsrA) является главным компонентом механизма восстановления метионин-сульфоксидных модификаций белков в организме. Джейкоб Московитц и его коллеги предположили, что эти модификации белков могут предшествовать формированию белок-карбонильных производных. С целью выяснения биологической роли MsrA в метаболизме исследователи изучали нокаутированные по данному гену линии дрожжей и мышей. Выяснилось, что в клетках дрожжей активность фермента снижалась с возрастом культуры, что, очевидно, и приводило к накоплению карбонилированных белков. Аналогичные результаты были получены при исследовании функций MsrA у мышей. По сравнению с мышами дикого типа, мутанты были более чувствительными к окислительному стрессу, имели меньшую продолжительность жизни, а также накапливали большее количество карбонилированных белков при окислительном стрессе. Кроме того, у мутантных мышей наблюдались неврологические нарушения в виде атаксии. Снижение активности MsrA наблюдается также в мозге у людей, страдающих болезнью Альцгеймера, и это также приводит к накоплению карбонилированных белков. Дальнейшее исследование этой ферментной системы может быть перспективным для поиска путей воздействия на процесс карбонилирования белков. Таким образом, метионин-сульфоксид-редуктаза, А, вероятно, играет важную роль в процессе старения и неврологических нарушениях у человека.

Профессор Моримото известен исследованиями по регуляции стресс ответа с участием белков теплового шока у животных и изучением функций молекулярных шаперонов в репарации повреждений белков. Он первым клонировал ген белка теплового шока человека в 1985 году. Одним из последних достижений группы профессора Моримото стало определение роли позитивной и негативной регуляции гена SIRT1(сиртуин 1). Транскрипционный фактор теплового шока HSF1 (Heat shock factor 1) необходим для защиты клетки от стресса, связанного с повреждением белков, сменой их конформации и старением. Учеными было обнаружено, что при ацетилировании этого фактора снижается его способность к связыванию с ДНК. Тогда как деацетилаза SIRT1 (фактор долголетия) поддерживает связывание HSF1 с промотором гена hsp70 путем сохранения деацетилированного состояния HSF1. Таким образом, открывается перспектива направленного влияния на продолжи-тельность жизни через регуляцию метаболизма этих белков. Устойчивость к стрессам и стабильность метаболизма тесно связаны с белковым гомеостазом и возрастом. У C. elegans эта устойчивость обеспечивается транскрипционными факторами HSF1 и FOXO DAF-16, которые предотвращают повреждения от неправильно уложенных белков и cпособствуют продлению жизни клеток. С помощью использования данных масспектрометрии и сравнительного белкового моделирования ученые группы профессора Моримото обнаружили, что ацетилирование HSF1 уменьшает афинность его связывания с различными промоторными последовательностями ДНК из-за нейтрализации положительного заряда серина ацетильной группой. Активность транскрипционного фактора HSF1 оказалась зависимой от SIRT1 — деацетилазы, гомолога Sir-2, находящейся под метаболическим контролем. Она также регулирует и другие транскрипционные факторы: FOXO, p53, nuclear factor-B. Таким образом, регулировать активность HSF1 можно с помощью деацетилазы SIRT1. Достичь этого можно в том числе и за счет специальной диеты.

Сложность применения дендритных клеток (ДК) в клинической практике состоит в том, чтобы идентифицировать соответствующий вид ДК для определенной терапии. Однако, последние исследования указывают на то, что и эта проблема может быть решена. Ученые предлагают изменить ДК так, чтобы они могли экспрессир-вать «иммуносупрессивные» молекулы. Это могло бы ингибировать антиген-специфичный ответ Т-клеток или запускать апоптоз антиген-специфичных Т-клеточных клонов. Такие изменения могли бы быть очень эффективны, к тому же, они почти не имеют побочных эффектов. Ученые предлагают несколько стратегий применения ДК в иммунотерапии при ау-тоиммунных болезнях или аллотрансплантации: — использование определенных популяций ДК;- генетическая модификация ДК; — использование ДК на различных стадиях созревания.

В лаборатории Кевина Морано изучаются возможности селективной регуляции активности транскрипционного фактора HSF1. Известно, что тритерпен целастрол, выделенный из китайского лекар-ственного растения, имеет большой спектр фармакологических эффектов и является потенциальным активатором HSF1. Результаты исследований группы Морано показали, что целастрол активирует HSF1 у Saccharomyces cerevisiae (пекарские дрожжи) с тем же успехом, как он это делал в клетках млекопитающих. Группой Морано также показано, что помимо повышения экспрессии генов ответа на тепловой шок, целастрол индуцирует активную транскрипцию генов, ответственных за метаболизм ксенобиотиков. Он активирует регулирующий их транскрипционный фактор Yap1 посредством модификации его С-концевого домена. Атака производится по остаткам цистеина. Таким образом, целастрол активирует массу транскрипционных факторов с антистрессовой функцией. В лаборатории Морано считают, что исполь-зование целастрола и ему подобных молекул поможет бороться с различными болезнями, включая рак, сердечно-сосудистые заболе-вания и нарушения свертывания белков.

Известно, что гистоновые деацетилазы, такие как Sir2 и Rpd3 участвуют в удлинение жизненного цикла у дрожжей и C.elegans. Ингибитор деацетилаз — фенил бутират значительно увеличивает жизненный цикл у дрозофилы, не уменьшая при этом двигательную активность, устойчивость к стрессу и способность к размножению. Даже небольшое по времени воздействие оказывается эффективным. Изменения в паттерне экспрессии генов включали индукцию или репрессию ряда генов, вовлеченных в контроль над продолжительностью жизни, из-за ацетилирования гистонов. Группа Киунг-Тай Мина доказала, что изменения в паттерне экспрессии генов, может быть важным фактором, определяющим продолжительность жизненного цикла.

Исследовательская группа Мивечи выяснила, что HSF1 играет ключевую роль в развитии раковых опухолей у мышей, дефектных по гену p53. Та-ким образом, HSF1 не продлевает свободную от опухолей жизнь, а наоборот способствует развитию целого ряда раковых новообразований у мышей p53(-/-). Эти животные на 70% расположены к образованию лимфом. Напротив, мыши p53(-/-)hsf1(-/-) образуют лимфомы с вероятностью меньше 8%, но склонны к образованию карцином яичников и сарком мягких тканей. Эти данные говорят о том, что повышение p53-независимой клеточной смерти совместно с цитокинным эффектом и подавлением воспали-ельных факторов в мышах hsf1(-/-), дает возможность селективной су-прессии лимфом. Результаты этих исследований могут найти практическое применение в предотвращении и лечении раковых опухолей.

Одним из наиболее распространенных белков теплового шока является Hsp90 (его концентрация может до-стигать 1–2% суммарного содержания белка в клетке). Транскрипционный фактор HSF1 в своей неактивной мономерной форме связан с Hsp90. Показано, что ингибирование Hsp90 ведет не к деградации HSF1, а наоборот к его активации. Исследования лаборатории Местрила показали, что такие ингибиторы Hsp90, как гелданамицин и херблимицин, А (больше известные в качестве ингибиторов тирозин-киназы), индуцируют усиленную экспрессию белков теплового шока (за счет активации HSF1) в ответ на направленное ишемическое реперфузионное воздействие. Показано, что противогрибковый антибиотик растительного происхождения радицикол связывает Hsp90 в 50 раз эффективней, чем гелданамицин и херблимицин А. Экспериментальные данные подтвердили, что радицикол также вызывает стрессовый ответ в кардиомиоцитах. Значительным преимуществом радициколом перед гелданамицином и херблимицином, А является его меньшая цитотоксичность. Это делает возможным использование нетоксичных производных радицикола, как терапевтических агентов для лечения ишемической болезни сердца.

При лечении заболеваний сердца особое внимание уделяется методикам использования стволовых клеток для восстановления поврежденных тканей и органов. Однако при всей своей привлекательности применение этих методик имеет ряд ограничений. Основным из них является крайне неполное понимание механизмов пролиферации стволовых клеток. Ученые группы Даниела Мелдрума предположили, что присутствие фактора некроза опухоли альфа (TNF-alpha), эндотоксинов (LPS) либо гипоксия увеличивают производство и секрецию стволовыми клетками мезенхимы человека (VEGF), фактора роста фибробластов 2 (FGF2), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1) или фактора роста гепатоцитов (HGF). Как оказалось, ключевым фактором, задействованным в ответе стволовых клеток на внешние раздражители, является NFкB. Именно при его ингибировании происходит падение уровня этих факторов в клетке до 50%.Фармакологическая активация NFkB в стволовых клетках перед их трансплантацией пациенту может быть весьма полезна для усиления их паракринного эффекта за счет стимуляции продукции факторов роста и пролиферации клеток.

С возрастом увеличивается риск развития меланомы и рака кожи других типов. Лаборатория Эстелы Медрано занимается изучением регуляции старения и рака меланоцитов человека. Работа ведется по двум проектам. Первый направлен на изучение роли гистоновой ацетилтрасферазы p300/CBP и гистоновой деацетилазы HDAC1. В рамках другого проекта работа ведется по изучению роли белка SKI в. прогрессии меланомы. Эксперименты с использованием специфических белков, ремоделирующих хроматин, доказывают, что такой метод может привести к развитию новых терапевтических подходов к лечению рака.