База данных исследований по борьбе со старением

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.

Долгое время считалось, что микроглия выполняет важную роль исключительно для обеспечения жизнедеятельности нейронов — борется с потенциально опасными инфекциями, по сути, выполняет защитную функцию. Однако данные последних лет, говорят о том, что ухудшение состояния самих клеток микроглии определяет умственные способности людей в возрасте и может стать причиной нейродегенеративных заболеваний. В лаборатории Вольфганга Джейка Стрэита была изучена роль активации микроглии и проведено сравнение ее с состояниями, характеризующими старение и вырождение этих клеток. Одна из возможных причин вырождения клеток микроглии — окислительные процессы в клетке и накопление (амилоида). В свою очередь поиск путей удаления амилоида из клеток микроглии может способствовать эффективному выполнению клетками своих функций и старению без нейродегенеративных изменений.

Клетки микроглии способны удалять окисленные белки из внеклеточного окружения и расщеплять конечные продукты гликозилирования, накапливающиеся в процессе старения. Для изучения старения клеток микроглии была разработана методика культур первичных микроглиальных клеток из взрослых организмов. На таких культурах было показано, что метаболизм старых микроглиальных клеток отличается от такового в клетках новорожденных: нарушено обновление белков, снижена активность протеасомы (однако содержание протеаз не меняется), повышается количество белков, расположенных на поверхности клетки, увеличивается базальный уровень выделения NO.Также у состарившихся клеток микроглии снижается способность удалять нерастворимые белковые агрегаты, накапливающиеся в процессе старения. Преинкубация клеток с витамином Е существенно улучшает их активность. Изучение старения мезенхимальных клеток важно для создания и усовершенствования методов аутологичной терапии, поскольку именно пожилые люди более подвержены дегенеративным заболеваниям. Группой Александры Стольцинг было показано, что с возрастом, с одной стороны, происходит не только уменьшение числа прогениторных мезенхимальных клеток, но и ухудшение их «качества»: повышается концентрация кисленных белков и липидов, снижается активность антиоксидантных ферментов, способности к пролиферации и дифференцировке. Культивирование мезенхимальных клеток лучше вести при пониженной температуре. В таких условиях в клетках снижается количество активных форм кислорода, NO, карбонила и липофусцина, повышается активность супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы, концентрация проапоптотических факторов (HSP-60) снижается, а противоапоптотических факторов (HSP-27, HSP-70, HSP-90) — повышается. Мезенхимальные клетки перспективны с точки зрения кле-точной терапии дегенеративных заболеваний. Таким образом, пониженная температура культивирования мезенхимальных клеток влияет на их антиоксидантные свойства.

При серьезных, необратимых нарушениях в желудочно-кишечном тракте в качестве перспективного подхода может выступать тканевая инженерия кишечника. Этот подход предполагает замену дисфункциональных или недостающих кишечных тканей имплантом, который имитирует физиологические функции кишки. Разные группы исследователей развили методы сбора групп стволовых клеток кишечника эмбриональных или новорожденных животных, которые могут быть привиты на естественные или синтетические материалы-переносчики. Сегодня эта методология относительно стандартизирована, и это позволяет произвести новую кишечную ткань, которая напоминает натуральный кишечник во многих морфологических особенностях и функциональных характеристиках. Созданные таким образом кишечники уже позволили улучшить или даже излечить клинические синдромы недостаточной абсорбции в исследованиях, использующих грызунов. Позже были созданы новые кишечные тканей больших млекопитающих. Исследования профессора Стелцнера сосредоточены на терапии стволовыми клетками в слизистой оболочке кишечника, включая использование биоинженерных подложек, чтобы поддержать рост клеток, пересаженных пациентам, у которых часть кишечного тракта была удалена хирургическим путем. Трансплантация органелл кишечных стволовых клеток генерирует функциональную слизистую оболочку кишечника и используется в терапевтических целях для улучшения усвоения питательных веществ и лечения нарушения абсорбции желчных кислот у крыс. Исследователи группы доктора Стелцнера предположили, что кишечные органеллы могут быть собраны и пересажены, чтобы генерировать кишечную слизистую оболочку в большом модельном животном — собаке. В результате экспериментов, в группе, где кишечные органеллы были собраны из плодов и трансплантированы 10-месячным материнским животным, рост слизистой оболочки был выявлен в 11 из 12 подложках из полигликолевой кислоты после аллотрансплантации органелл плода. Новая слизистая оболочка похожа на нормальную собачью слизистую по структуре и составу. Трансплантация органелл кишечных стволовых клеток может быть использована для создания новой слизистой оболочки у собак. Эти внушительные успехи — важные шаги к клиническому применению технологии кишечной тканевой инженерии на людях. Это первое успешное исследование по созданию новой слизистой оболочки кишечника с помощью пересадки органелл кишечных стволовых клеток большому модельному животному.

Профессор Прамод К. Сривастава был одним из первых исследователей роли белков теплового шока в функционировании иммунной системы. Белки теплого шока отвечают за образование и правильный фолдинг большинства пептидов внутри клеток. Ассоциирование белков теплового шока с пептидами является критичным моментом во взаимодействии белков MHC I класса с эпитопами. Было показано, что комплексы HSP-пептид, выделенные из раковых клеток, представляют из себя репертуар специфических для опухолевых клеток эпитопов, которые в настоящее время проходят активное тестирование на предмет использования их в качестве иммунотерапии при заболевании различными формами рака. На основании этих исследований профессор Сривастава создал компанию Antigenics, которая занимается дизайном вакцин на основе hsp, полученных из опухолей пациентов. Так, недавно были завершены два независимых клинических испытания, которые с успехом продемонстрировали высокий потенциал использования комплексов HSP-пептид в качестве иммунизирующей сыворотки для раковых пациентов.

Основная тема исследований лаборатории Ома Сриваставы — изучение роли сшивок и агрегации фрагментов белка кристаллина при старении и развитии катаракты. Кристаллин — общее название семейства белков, входящих в состав хрусталика и роговицы глаза человека и других млекопитающих. Криталлин состоит из нескольких индивидуальных белков: αА- и αВ- кристаллины — белки-шапероны, поддерживающие структуру белков хрусталика и, следовательно, его прозрачность; γ-кристаллин — структурный белок хрусталика. Цель исследования заключалась в том, чтобы определить in vitro сшивки гамма-D-кристаллиновых фрагментов между собой и с альфа-, бета- и гамма-кристаллинами. Также ученые попытались выяснить существование ковалентных мультимеров полипептидов in vivo, и посттрансляционных модификаций трех изоформ полипептида. Результаты исследований показали, что фрагменты кристаллина сшиваются ковалентно, но без участия дисульфидных мостиков. Сшивки возникают, как между гамма-D-фрагментами, так и с альфа-, бета и гамма-кристаллинами. К посттрансляционным модификациям полипептида кристаллина относится окисление триптофана и метионина. Значит, гамма-D-кристаллиновый фрагмент способен сшивать другие фрагменты и способствует окислению метиониновых о триптофановых остатков. В ходе исследования ученые также обнаружили 2 типа мультимеров, появляющихся в молодом возрасте и продолжающих накапливаться с возрастом. Первый тип состоит из восьми различных кристаллинов (альфа, А, альфа В и т. д.). Второй тип кроме кристаллинов содержит белки филенсин и факинин. Фрагменты кристаллинов подвергаются посттрансляционным модификациям. При развитии катаракты обнаружено более интенсивное накопление мультимеров, чем у здоровых людей. У пациентов с диагнозом катаракта обнаружены нерастворимые фрагменты кристаллинов — бетаA3/A1 и бетаB1. Дальнейшее изучение различных типов белка кристаллина и его модификаций в хрусталике глаза необходимо для разработки методов лечения катаракты.

Для старых животных ограничение калорийности считалось менее эффективным средством постепенного замедления или предотвращения возрастных изменений в экспрессии генов. Однако профессор Спиндлер с коллегами обнаружили, что мыши, которым ограничили калории в конце среднего возраста, почти сразу испытали преимущества этой диеты. Ограничение калорийности, начатое в конце жизни, позволило увеличить срок жизни мышей на шесть месяцев, и обусловило задержку смерти от рака, возможно, за счет снижения темпов роста опухоли. При восстановлении обычного режима питания животные быстро вернулись на свои предыдущие модели экспрессии генов. Поскольку рак печени является наиболее распространенной причиной смерти этих мышей, результаты указывают на причинно-следственную связь между количеством потребляемых калорий, темпами старения и моделью экспрессии генов печени. Ни одно из предыдущих исследований на млекопитающих не связывало так тесно эти явления. Группа профессор Спиндлера также провела исследования экспрессии генов на мышах с нарушениями передачи сигнала инсулин-подобного фактора роста-1 (IGF). Эти мыши либо получали диету с ограничением калорийности (ОК), либо питались свободно. Эксперименты показали, что ОК и IGF аддитивно действуют на экспрессию группы генов, связанных с повышенной долговечностью. Это гены, связанные с увеличением чувствительности к инсулину, глюкагону и катехоламинам, глюконеогенезу, обороту белка, бета-окислению липидов, апоптозу, метаболизму ксенобиотиков и окислителей; уменьшению пролиферации клеток, синтеза липидов и холестерина, а также экспрессии шаперонов. В исследовании, проведенном Спиндлером, изучалось изменение паттерна экспрессии тех или иных генов, в ответ на различные вещества, претендующие на роль миметиков ограничения калорийности. В частности — исследовались мелатонин, альфа-липоевая кислота, аминогуанидин, коэнзим-Q и метформин. Исследование производилось с помощью ДНК-микрочипов (DNA microarray). Подопытные мыши получали упомянутые миметики ограничения калорийности в течение 8 недель. Кроме того, группа профессора Спиндлера исследовала влияние низкокалорийной диеты на сердце мыши. У мышей, переведенных на низко-калорийную диету в конце жизни, работала та же модель экспрессии генов печени, как и у мышей, которым калорийность питания ограничили в раннем возрасте. Эти исследования определили целевую группу новых генов, которые могут быть мишенью терапевтических средств, оказывающих влияние на старение, а также препаратов для лечения связанного со старением ожирения.

Гипоактивность является фактором старения, а скорость укорочения теломер — показателем старения, поэтому сотрудники лаборатории под руководством Спектора проверили гипотезу, что физическая активность вне рабочего времени (за 12 месяцев) связана с длиной теломер в лейкоцитах здоровых людей. Было исследовано 2401 белокожих близнецов, из них 2152 женщины, и 249 — мужчины. Ученые установили, что длина теломер была прямо связана с физической активностью после поправок на возраст, пол, вес, курение, социоэкономический статус и физическую активность на работе. Теломеры у наиболее активных была на 200 п.н. длиннее, чем у наименее активных. Таким образом, сидячий образ жизни в совокупности с курением, избыточным весом и социоэкономическим статусом влияет на длину теломер и продолжительность жизни. Кроме того, ученые исследовали 1122 женщин европеоидной расы в возрасте 18–76 лет и выяснили, что длина теломер стабильно уменьша-лась с возрастом с частотой 27 пар нуклеотидов (п.н.) в год. Теломеры женщин, страдающих ожирением, были на 240 п.н. короче, чем у стройных. Была установлена следую-щая зависимость, что одна пачка сигарет в год укорачивала теломеры дополнительно на 5 п.н. Таким образом для предотвращения старения клеток важно поддерживать организм в тонусе с помощью физических упражнений и вести здоровый образ жизни.

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.

Ген белка муколипин-1 был клонирован в 2000 году в лаборатории доктора Слаугенгаупт. Впоследствии было показано, что этот белок играет большую роль в перемещении кальция через лизосомальную мембрану. С мутацией в гене этого белка связано одно из расстройств работы лизосом — муколипидоз IV типа (MLIV), приводящее к потере TRPML1 из мембраны лизосомы и в конечном итоге к гибели клетки. Данные экспериментов показали, что TRPML1, TRPML2 и TRPML3, вместе составляющие субсемейство муколипинов, могут образовывать агрегаты на поверхности лизосомы, способные аккумулировать на себе значительное количество шаперонов СМА. В лаборатории было проведено сравнение фибробластов людей с синдромом муколипидоза IV типа (MLIV) и без него. Оказалось, что в лизомальной мембране фибробластов MLIV снижено количество LAMP2A, что естественным образом ведет к снижению функции СМА и накоплению в клетке белков с нарушенной третичной структурой и окисленных белков. Аппарат шаперон-зависимой аутофагии находится в тесной взаимосвязи с остальными системами клетки и эффективность его функционирования может модулироваться другими, еще неучтенными, факторами.