База данных исследований по борьбе со старением

В лаборатории, возглавляемой Константином Храпко, особый интерес уделяется исследованию роли соматических мутаций мтДНК в человеческом старении. При этом исследуется количество мутаций мтДНК в отдельных клетках. С использованием такого подхода — определение количества мутаций мтДНК в отдельной клетке — было обнаружено что уровень делеций мтДНК в пигментированных нейронах у человека очень высок. Среди других направлений разрабатываемых в лаборатории: исследование рекомбинации мтДНК и исследование мтДНК с помощью метода микрочипов. Обычно принято считать, что мутации в мтДНК возникают в тех клетках, в которых эти мутации и нашли: то есть в данный момент. Однако показано, что клетки, несущие определенную мутацию в мтДНК склонны объединяться в кластеры. Клетки в этих кластерах являются как правило потомками одной клетки. Таким образом мутации в мтДНК возникают не в них, а в клетках-предшественниках, например в стволовых клетках или даже раньше в процессе развития. Мутации мтДНК в клетках-предшественниках могут быть одним из основных источников мутаций мтДНК в здоровой стареющей ткани.

Главное направление исследований в лаборатории Сандры Ли Хофман — ковалентная модификация белков липидами. Эта работа привела к открытию нового лизосомального фермента (пальмитоил-белковой тиоэстеразы — PPT, или CLN1), нарушение функционирования которого вызывает нейро-дегенеративное заболевание — детский неврональный цероид-липофусциноз (INCL). РТТ отщепляет длинноцепочечные жирные кислоты от цистеиновых остатков белков, что приводит к повышенной аккумуляции липофусцина. Ученые предположили, что при лечении INCL может быть полезен препарат цистеамин, используемый для терапии цистиноза (наследственной болезни, при которой нарушается транспорт цистина из лизосом, вследствие чего его кристаллы накапливаются в ретикулярных клетках костного мозга, печени, селезёнки и лимфатической системы, а также в клетках роговицы и конъюнктивы). Было проведено сравнение скорости превращения пальмитоил-СоА (субстрата PPT) и цистина при использовании цистеамина. В результате выяснилось, что тиолатный ион проявляет химическую активность в реакции расщепления. Таким образом, необходимы дальнейшие усовершенствования в разработке небольших молекул лекарственных веществ, используемых для лечения INCL. Кроме того, аминогруппа цистеамина, по-видимому, благоприятствует проникновению его молекулы в лизосомы. При этом на накопление субстратов PPT цистеамин влиял незначительно.

Профессор Холлосзи изучал 18 членов Общества ограничения калорий, которые в течение шести лет практикуют низкокалорийную диету (1100–1950 кал в день). 18 человек из контрольной группы ежедневно потребляли 1975–3550 кал в день, что более типично для американцев. Цели исследования — определить влияние ограничения калорийности на здоровье и процессы старения в организме человека. Показатели кровяного давления и уровня холестерина у американцев среднего возраста, соблюдавших низкокалорийную диету, были типичными для гораздо более молодых людей. Уровень С-реактивного белка — маркера воспаления, у испытуемых был в 12,5 раз меньше, чем у человека среднего возраста. Кроме того, группа профессора Холлосзи изучала долгосрочные последствия ограничения калорий или белка на концентрацию в сыворотке крови IGF-1 и IGFBP-3 у людей. В результате экспериментов было показано, что в отличие от грызунов, долгосрочное серьезное ограничение калорийности не уменьшает концентрацию в сыворотке крови IGF-1 и отношение IGF-1: IGFBP-3 у людей. Также выяснилось, что потребление белка является ключевым фактором, определяющим регуляцию IGF-1 у людей. Исследования показали, что ограничение калорий значительно снижает риск атеросклероза и диабета, а также уровень воспаления. Таким образом, возможно, сокращение потребления белка может стать важным компонентом противоопухолевых и противовозрастных диет.

Участие профессора Холландера и его группы в создании первой в мире биоинженерной трахеи состояло в приготовлении аутологичных хондроцитов. Монослойную культуру мезенхимальных стволовых клеток, взятых из костного мозга пациентки (BMSC), выращивали в хондрогенной среде, где клетки дифференцировались в хондроциты, а затем высевались на децеллюляризованный донорский каркас с помощью биореактора. Холландер с коллегами впервые показали, что хондрогенез взрослых стволовых клеток может индуцироваться синтетическим ингибитором рецептора ретиноевой кислоты — LE135, т. е. возможна фармакологическая регуляция хондрогенеза. Согласно гипотезе Холландера, для успешного встраивания хряща необходимо индуцировать миграцию безматричных хондроцитов между двумя тканевыми поверхностями. Была разработана система, состоящая из импланта хондроцит/коллагенового каркаса, расположенного между двумя хрящевыми дисками. Через 40 дней культивирования гистологический анализ показал однородность ткани на границе коллагенового каркаса. Таким образом, встраивание хряща может быть достигнуто с помощью описанного «сэндвича», что позволяет регулировать распределение хондроцитов между хрящевой тканью как реципиента, так и имплантируемого материала. Кроме того, созданная Холландером компания развивает клеточную терапию нарушенных хрящей мениска и проводит преклинические испытания техники восстановления менисков. Этот подход перспективен для ткане-инженерных имплантаций хрящей.

Обычный белок плазмы — плазменный компонент амилоида P (SAP) связывается с фибриллами всех типов амилоидных отложений и таким образом участвует в образовании амилоида. Это связано со специфическим кальций-зависимым связыванием с аминокислотными мотивами, которыми обладают все типы амилоидных фибрилл. Таким образом, SAP остается в составе амилоидных отложений в течение длительного времени, не изменяясь. У мышей и хомяков плазменные концентрации SAP напрямую связаны с амилоидогенезом. Филип Хокинс с коллегами предположили, что SAP может отвечать за невозможность удаления амилоидных отложений, приводя, таким образом, к повреждению ткани и развитию заболевания. Это приводит к значительному снижению уровня циркулирующего SAP. Это вещество представляет собой новый подход к лечению как системных, так и локальных амилоидозов, включая болезнь Альцгеймера и диабет типа 2. SAP очень устойчив к протеолизу, его связывание с амилоидными фибриллами защищает их от разрушения фагоцитами и протеолитическими ферментами. Для вмешательства в этот процесс был разработан препарат, являющийся конкурентным ингибитором связывания SAP с амилоидными фибриллами. Это вещество димеризует молекулы SAP, образуя поперечные сшивки, поэтому они легко выводятся через печень.

Ян Хоймейкерс изучает воздействия на репарацию ДНК и стабильность генома млекопитающих. В частности, он клонировал первый из многих человеческих генов репарации ДНК и обнаружил существенную эволюционную консервативность систем репарации ДНК вообще. Это обеспечило основание для разъяснения механизма репарации путем вырезания нуклеотидов (NER). Кроме того, он установил молекулярные основы множества человеческих NER синдромов. Его команда внесла большой вклад в изучение стабильности генома. Ян Хоймейкерс установил функцию ключевых факторов в NER, например, роль комплекса ERCC1/XPF эндонуклеазы, показал, что XPC комплекс — первичный фактор узнавания повреждения и обнаружил новый механизм регулирования NER повреждением ДНК.Некоторые мыши несут те же самые мутации, которые найдены у NER-пациентов, и имеют подобные фенотипы. Изучение этих мутантных мышей ценно для понимания воздействия повреждения и репарации ДНК на канцерогенез и мутагенез и обнаруживает сильную связь со старением. У условных мутантов было вызвано ускоренное старение определенных органов/тканей. С помощью анализа профиля экспрессии, был идентифицирован мощный «ответ выживания» у быстро стареющих мутантных мышей, перенаправляющий ресурсы от роста и пролиферации на защиту. Этот ответ обеспечивает довольно легкое старение, противодействует раку и может быть вызван постоянным повреждением ДНК. Эти результаты расширяют понимание молекулярных основ старения. В настоящее время в рамках этого проекта ведется идентификация биомаркеров и веществ, которые способны предотвратить многие связанные со старением болезни, включая рак.

Лаборатория молекулярной биологии компании BIOMOL под руководством Конрада Ховитца разрабатывает и производит исследования рекомбинантных ферментов, играющих роль в передаче сигнала на клетках млекопитающих, а так же разрабатывает системы для скрининга. В настоящий момент активно исследуются гистоновые деацетилазы, включая сиртуины, для которых Ховитц разработал несколько флуоресцентных субстратов и количественных систем. В лаборатории Конрада Ховитца исследовался класс компонентов, активирующих сиртуины. Они называются STAC (Sirtuin-activating compound) и являются активаторами Sir2/SIRT1 NAD±зависимых деацетилаз, увеличивающих продолжительность жизни многих видов животных, а так же способных откладывать по времени развитие заболеваний, ассоциированных со старением, таких как, например, рак, диабет, нейродегенеративные заболевания и др. STAC, получаемые из растений, такие как фисетин (fisetin) и резвератрол, имеют некоторые недостатки, например низкую стабильность и относительно низкую эффективность активации сиртуинов. Для разработки улучшенных STA в лаборатории были синтезированы производные стильбена (stilbene) с модификацией В кольца в 4-ом положении. Они обладали пониженной токсичностью по отношению в человеческим клеткам, высокой эффективностью активации SIRT1 и с высокой способностью увеличивать продолжительность жизни дрожжей Saccharomyces cerevisiae. Главный вывод этих исследований — возможно улучшать свойства натуральных компонентов — активаторов сиртуинов с помощью искусственных модификаций.

Причиной возрастного ухудшения тимопоэза и иммунных функций может быть изменяющийся с возрастом цинковый статус. Добавление цинка в пищу улучшает тимопоэз, что подтверждается увеличением числа тимоцитов. В исследовании, проведенном группой профессора Хо из Универ-ситета Орегона, улучшенная производительность тимуса была связана частично с уменьшением возрастного накопления незрелых CD4(-)CD8(-)CD44(+)CD25(-) тимоцитов, а также с уменьшением экспрессии фактора стволовых клеток — цитокина, подавляющего функции тимуса. В другой своей работе Э. Хо с сотрудниками показали, что самая малая нехватка цинка в рационе мужских особей крыс подвергла ткань простаты повышенному оксидативному стрессу и увеличенному количеству повреждений в ДНК клеток ткани этого органа. У крыс с дефицитом цинка была обнаружена повышенная экспрессия p53 и PARP, что и явилось причиной возникновения ДНК мутаций. Учёные сделали вывод о необходимости потребления необходимой дозы цинка для уменьшения риска заболевания раком простаты.

В ходе исследований группы Алана Хипкиса установлено, что карнозин (β-аланил L-гистидин) способен замедлить старение и стимулировать обновление клеток в культуре человеческих фибробластов. Механизмы, с помощью которых такая простая молекула способна вызывать такие эффекты, до конца не выяснены за исключением ее антиоксидантных свойств. Возможно, что посттрансляционная модификация белков в клетке включает в себя присоединение карбонильных остатков с помощью активных форм кислорода и гликирование. Кумулятивный эффект данных изменений проявляется в виде старения клеток на биохимическом уровне. Результаты исследования показывают, что в дополнение к профилактической роли карнозина, он может участвовать в инактивации или устранении «старых белков», возможно, путем непосредственной реакции с карбонильными группами белков. Для названия этой реакции исследователи предложили термин «карнозинилирование» («carnosinylation»). В настоящее время карнозин уже используется как антиоксидант и хелатирующий агент. Не исключено, что «карнозилированные» белки превращаются в инертный липофусцин, расщепляются и выбрасываются в межклеточное пространство.

Для «омоложения» популяции Т-клеток, которая более всего затрагивается старением, необходимо уничтожить плохо функционирующие клетки и освободить пространство для новых иммунных клеток. В исследованиях группы Хейнес, проводившихся на мышах было показано, что у старых мышей CD4+ наивные клетки нормально не функционируют и экспрессируют низкое количество молекулы CD40L. Ученые уничтожили все CD4 клетки с помощью антител к их маркеру. Через два месяца у старых мышей восстановилась популяция наивных Т-клеток. При этом все они прекрасно выполняли свои функции.