Молекулярная биология

Доктор Гуаренте и его коллеги занимаются изучением роли гистоновой деацетилазы Sir2 в старении и продолжительности жизни. Показано, что делеция SIR2 укорачивает жизненный цикл, а дополнительная копия этого гена, наоборот, продлевает жизнь. Кроме того, активность гена Sir2 также отвечает за саленсинг, что в свою очередь связано с процессами старения. Ученые говорят о возможности контроля Sir2 с помощью NAD, так как Sir2 относится к NAD-зависимым деацетилазам. Эта регуляция определяет связь между потреблением калорий и скоростью старения, о которой говорят многие ученые, занимающиеся проблемами старения.

Голый землекоп — небольшой грызун, обитающий в Кении, Эфиопии и Сомали. Эти животные не болеют раком и живут в 10 раз дольше аналогичных видов (около 30 лет). Именно поэтому изучение уникальных свойств этого грызуна является важным для исследования механизмов старения, а также — противораковой защиты живых организмов. В 2009 году Вера Горбунова и Андрей Силуянов обнаружили у голых землекопов ген p16, который делает невозможным беспрепятственное деление клеток в их организме. Попытки вызвать мутагенез у животных приводили лишь к некоторому изменению клеточного роста, в то время как у обычных мышей от такого воздействия развивался рак. Кроме того, выяснилось, что фибробласты голого землекопа обладают повышенной чувствительностью к контактному торможению. Совместная лаборатория Веры Горбуновой и Андрея Силуянова проводит сравнительный анализ коротко- и долгоживущих видов грызунов; изучение противораковых механизмов у двух долгоживущих видов грызунов — голого землекопа и серой белки, а также у китов; изучение роли гомологов гена Sir2 (сиртуинов) в старении млекопитающих и восстановлении ДНК. В лаборатории Горбуновой и Силуянова с использованием клеток и тканей 18 видов грызунов с продолжительностью жизни от 4 до 30 лет — было показано, что репрессия теломеразной активности эволюционирует вместе с массой тела, а не с продолжительностью жизни. Подавленная теломеразная активность и репликативное старение появляются в процессе эволюции у видов с большими размерами тела как реакция на увеличение риска возникновения рака в результате роста количества клеток. Данное исследование стало первым экспериментальным подтверждением того, что давление отбора, возникающее в связи с угрозой рака, управляет эволюцией механизмов подавления опухолевого роста. Было также обнаружено, что у видов с небольшими размерами тела большая продолжительность жизни связана с появлением альтернативных механизмов, повышающих чувствительность клеток к условиям роста и замедляющих пролиферацию клеток в культуре. Предполагается, что гиперчувствительность клеток голого землекопа способствует исключительной опухолевой резистентности, наблюдаемой у этих животных. Долгосрочной целью исследований лаборатории является понимание механизмов, определяющих долголетие голого землекопа. В лаборатории Веры Горбуновой было изучено влияние клеточного цикла деления на ретротранспозицию в культивируемых клетках человека. В раковых клетках и первичной культуре фибробластов было отмечено ингибирование ретротранспозиции в фазах G1, S, G2, и M клеточного деления. Ретротранспозиция также ингибировалась в стареющих клетках первичной культуры фибробластов. Количество транскриптов L1 было значительно снижено в клетках, которые находились в состоянии неделения (arrested cells), указывая на то, что снижение уровня транскриптов L1 ограничивает ретротранспозицию в неделящихся клетках. Предполагается, что ингибирование ретротранспозиции в неделящихся клетках защищает соматические клетки от опасных мутаций, вызванных L1 элементами.

Лаборатория доктора Гилли изучает корреляцию укорочения теломер с воздействиями окружающей среды, включая физические и психологические факторы. Была исследована длина теломер у 686 (однояйцевые и разнояйцевые близнецы) ветеранов Второй мировой и Корейской войн в возрасте 73–85 лет. Длина теломер в лейкоцитах уменьшалась на 71 п.н. с каждым годом старения. Также была выявлена корреляция между сходными факторами окружающей среды и длиной теломер. Дополнительно было установлено, что у страдающих гипертензией и ишемической болезнью теломеры были значительно короче. Результаты показывают важность влияния факторов окружающей среды на длину теломер у пожилых людей. Оценка средней длины теломерных участков поможет понять основные механизмы динамики теломер человека в процессе развития, старения, а также с целью разработки методов лечения.

При сахарном диабете, а также с возрастом, наблюдается снижение экспрессии фермента лизил-оксидазы, что сопровождается увеличением уровня продуктов окисления лизина — аллизина (ALL) и конечного продукта окисления — 2-аминоадипиновой кислоты (2-ААА). При этом оказалось, что уровень обоих продуктов увеличивался у пациентов с возрастом и при прогрессирующем развитии катаракты. Однако у диабетиков в хрусталике происходило увеличение только одного из продуктов — аллизина. Группу доктора Гиблина заинтересовали механизмы возникновения таких различий. Хрусталики подопытных кроликов подвергали гипербарической оксигенации (насыщение кислородом под повышенным давлением). Далее с помощью массовой спектрометрии исследовали содержание ALL, 2-ААА. При оксигенации в ядрах хрусталика резко увеличивался только уровень ALL. Ученые предположили, что причина отсутствия роста 2-AAA — условия, при которых окисление лизина не осуществлялось до конечного продукта. Кроме того, образование маркеров окисления глюкозы и липидов при этом также не наблюдалось. Следовательно, при старении, как и при оксигенации, происходит каталитическое окисление лизина до дикарбонилов с участием ионов металлов, а не перекисное окисление до аскорбатов, на что указывало бы наличие 2-AAA.Это говорит о том, что применение хелатирующих агентов может способствовать замедлению старения хрусталика с возрастом.

Задача лаборатории — понимание механизмов биологии старения и долголетия на модели C.elegans. В то время как генетика развития является областью интенсивных исследований в течение многих лет, изучение роли генов в ограничении продолжительности жизни и процессе старения, начались сравнительно недавно. Идеальная модель — нематоды. Их геном полностью сиквенирован, а продолжительность жизни — 2–3 недели. Однако различные мутации C.elegans предоставляют еще больше возможностей для экспериментов по продлению жизни. Некоторые из них живут в пять раз дольше по сравнению с обычными представителями вида. Понимание механизмов старения у таких простых организмов может дать возможность приблизиться к пониманию аналогичных механизмов у человека, что, в свою очередь, сократит риск возникновения широкого спектра возраст-зависимых заболеваний.

Провоспалительный цитокин — фактор некроза опухоли альфа (TNFальфа) является одним из цитокинов, запускающих каскад NFкB-сигнального пути. Это приводит к экспрессии антиапоптотических/антинекрозных генов и в конечном итоге к выживанию клетки. Что важно, активация NFкB в раковой клетке позволяет ей уклониться от программируемой клеточной гибели. Стоит отметить, что роль NFкB при канцерогенезе двояка. В некоторых случаях он является одной из причин выживания и разрастания опухоли, однако известны примеры и обратного его воздействия. В частности, есть данные, что доксорубицин (антираковое средство при химиотерапии) запускает апоптоз раковых клеток толстой кишки именно через NFкB-путь. В настоящее время принято считать, что эффект конкретного средства зависит от типа рака и от его стадии. Это делает NFкB привлекательной мишенью для воздействия при лечении раковых заболеваний и требует дальнейших исследований для определения других потенциальных механизмов NFкB-опосредованной устойчивости раковых клеток к клеточным механизмам программируемой гибели и способам воздействия на эти механизмы.

Высокие уровни окислительного стресса и воспаления ассоциированы с сердечно-сосудистыми заболеваниями и связаны с конечными продуктами гликирования. Они взаимодействуют с различными рецепторами, включая RAGE1. В своем исследовании Хелен Влассара из Медицинской школы Гора Синай (Нью-Йорк), показала, что суперэкспрессия рецептора RAGE1 способствует удалению продуктов гликирования и блокирует окислительный стресс и воспаление. В результате повышается защита организма от артериальной гиперплазии и воспаления, вызванного травмой. Поэтому так важно найти способы фармакологическогой регуляции экспрессии рецептора RAGE1.

Цель исследования научной группы Клода Вишика — разработка ингибиторов связывания тау-белков для использования в лечении болезни Альцгеймера. В норме хорошо растворимый тау-белок присутствует в основном в нейронах, где он отвечает за стабилизацию микротрубочек. Неправильно свернутый гиперфосфорилированный тау-белок образует нерастворимые агрегаты — парноскрученные филаменты, характерные для многих нейродегенеративных заболеваний (таупатий). Соединения, способные предотвращать агрегацию тау-белка, называются TAI (Tau Aggregation Inhibitors). В 2002 году Клод Вишик и К. М. Сенг основали фармацевтическую компанию TauRx Therapeutics, занимающуюся разработкой TAI препаратов. Созданный в этой компании препарат Rember находится на третьей стадии клинических испытаний (2009 г.). Первым подобным соединением был метиленовый синий (фенотиазин), который блокирует связывание тау-белков друг с другом, но не влияет на связывание тау-белков с тубулином.

Группе профессора Визерса удалось продлить продолжительность жизни мышей на 20% и сократить число возрастных заболеваний, которыми страдают животные. Исследования включали блокировку ключевого молекулярного пути, имитируя воздействие на здоровье снижения потребления калорий. Ученые обнаружили изменения в процессе старения в штамме нокаут-мышей, которые не могли производить специфический белок, известный как S6 киназы 1 (S6K1). Этот белок участвует в реакции организма на изменения в количестве потребляемой пищи. Группа профессора Визерса показала, что удаление белка S6K1 у мышей вызывает эффект, аналогичный ограничению калорий. Блокирование действия белка S6K1 помогло предотвратить целый ряд возрастных патологий у самок мышей, которые жили дольше, их размеры были меньше, они вели более активную жизнь и в целом были здоровее, чем мыши из контрольной группы. Кроме того, у них не было обычного возрастного снижения чувствительности к инсулину, и поэтому они были защищены от диабета 2-го типа, а их Т-клетки оказались более «молодыми», что означает замедление темпов снижения иммунитета с возрастом. Самцы нокаут-мышей были меньше, чем в контрольной группе, имели меньшую устойчи-вость к инсулину и более здоровые Т-клетки. В среднем, у нокаут-мышей самки жили 950 дней, что на 160 дней больше, чем в контрольной группе — другими словами, их продолжительность жизни увеличилась на 20%. Дальнейшие исследования показали, что положительный эффект блокировки S6K1 был опосредован повышением активности другой молекулы, AMPK, которая регулирует уровни энергии внутри клеток. В частности, он активируется, когда уровень энергии клетки падает (например, при уменьшении потребления калорий). Таким образом, результаты показывают, что ограничение калорий действует через путь S6K1. Лекарства, которые активируют AMPK, уже используются для лечения диабета 2-го типа у человека.

Известно, что апоптоз клеток печени вместе с окислительным стрессом может стать ключевым компонентом в патогенезе неалкогольного стеатогепатита (NASH). Тем не менее, основные механизмы апоптотического ответа, связанного с окислительным стрессом, не были исследованы на NASH-моделях с высоким содержанием жиров. В исследовании, проведенном группой Ксян-Донг Ванга, Sprague-Dawley крыс в течение 6 недель кормили так, что они получали из жиров 35% энергии (CD-диета) или 71% энергии (HFD-диета). Были рассмотрены патологические повреждения, продукты перекисного окисления липидов и апоптоз гепатоцитов в печени. В ходе эксперимента выяснилось, что у группы крыс, которые получали HFD-диету (высокожировую) были ярко выражены гистологические признаки NASH, такие как стеатоз, воспаление и дегенерация гепатоцитов. Результаты исследований показали, что повышенный окислительный стресс и связанная с ним активация JNK, а также дисбаланс про-и анти-апоптотические белков Bcl-2 группы способствуют быстрому апоптозу гепатоцитов, что и ведет к патогенезу неалкогольного стеатогепатита.