База данных исследований по борьбе со старением

Группе под руководством доктора Маркса удалось выявить целый ряд веществ, которые, целенаправленно действуя на деацетилазы гистонов, вызывают замедление роста, остановку дифференциации клеток, их апоптоз или гибель. В организме человека было открыто 18 HDAC, из которых 11 цинк-зависимые. Помимо гистонов цинк-зависимые HDAC могут деацетилировать ряд других белков, вовлеченных в регуляцию экспрессии генов, клеточную пролиферацию, апоптоз и клеточную гибель. Лаборатория Маркса разработала ингибитор цинк-зависимых HDACs — субероиланилид гидроксамовой кислоты (SAHA) (вориностат). Этот ингибитор эффективно подавляет рост и вызывает гибель клеток в культуре и подавляет рост опухолей в модельных организмах с малой токсичностью или вообще без нее. Лаборатория Пола Маркса изучает биологическую активность различных цинк-зависимых HDAC. Обнаружено, что уникальная цинк-зависимая деацетилаза гистонов HDAC6 имеет специфические субстраты, которые участвуют в апоптической клеточной гибели и миграции клеток. Лаборатория Пола Маркса занимается изучением роли деацетилаз гистонов (HDAC) и разработкой их ингибиторов, которые эффективны для остановки роста клеток и селективно вызывают смерть раковых клеток. В клинических испытаниях вориностат оказался эффективным в гематологии и солидных опухолях. В настоящее время группа доктора Маркса занимается разработкой селективных ингибиторов HDAC6 как перспективных методов для лечения рака и других заболеваний.

Цель исследований научной группы Джеффри Маргисона — изучить механизмы, с помощью которых химические вещества, вызывающих алкилирование агентов, проявляют биологический эффект в живых организмах. Эти виды агентов присутствуют в окружающей среде, но могут также быть произведены нормальными эндогенными клеточными процессами. Их биологические эффекты, включающие мутацию, злокачественное преобразование (канцерогенез) и смерть клетки, вызваны различными типами повреждения ДНК. Процессы репарации защищают ДНК от потенциально смертельных эффектов эндогенного повреждения. В организме человека эти процессы, видимо, защищают клетки от злокачественного преобразования, но, к сожалению, они могут также быть ответственны за сопротивление опухоли химиотерапии. Группа Джеффри Маргисона занимается разработкой стратегии улучшения эффективности терапии рака, с помощью влияния на конкретные процессы репарации ДНК. В результате был выявлен PaTrin-2, мощный ингибитор восстанавливающего ДНК белка, O6-алкилгуанин-ДНК-трансферазы. В лаборатории Маргисона также было идентифицировано семейство белков, связанных с алкилтрансферазами, которые были названы алкилтрансферазоподобными белками. Понимание процессов репарации ДНК может внести вклад и в предотвращение, и в лечение рака.

Группа доктора Мао занимается изучением белка MEF2 (myocyte enhancer factor 2), который является транскрипционным фактором, связывается с ДНК и необходим для выживания некоторых типов нейронов. Белок MEF2существует в четырех видах — А, В, С и D. Генетический полиморфизм по MEF2А является показателем риска болезни Альцгеймера. А высокое содержание в нейронах MEF2D — один из признаков болезни Паркинсона. Известно, что MEF2D является мишенью для аппарата шаперон-зависимой аутофагии. Особенностью метаболизма этого белка является зависимость его лизосомальной деградации от альфа-синуклеина, в том числе и дикого типа. Это приводит к накоплению MEF2D в клетке и к 40% снижению его функциональной активности (в избытке он плохо связывается с ДНК). Дополнительная экспрессия hsc70 снижает токсическое воздействие альфа-синуклеина и способствует транспорту MEF2D к лизосоме, что, в свою очередь, восстанавливает нормальное функционирование клетки. Таким образом, токсическое действие альфа-синуклеина может заключаться в блокировании аппарата шаперон-зависимой аутофагии на всех ее этапах. Выяснено, что мутантная форма альфа-синуклеина препятствует проникновению белка-мишени в лизосому, а альфа-синуклеин дикого типа — препятствует транспорту белка-мишени к лизосоме. Для эффективного лечения разных форм болезни Паркинсона и аналогичных нейродегенеративных расстройств необходимо точно выбрать мишень воздействия.

При сравнении биореакторов (систем для динамического культивирования клеток) разных типов — перфузионного и вращающегося (ротационного) — Сара Мантеро с коллегами показали преимущества ротационных конструкций. В модельных экспериментах по культивированию гладко-мышечных клеток аорты была подтверждена адекватность тубулярных вращающихся устройств для генерации ткани кровеносных сосудов. Под руководством Сары Мантеро был разработан двухкамерный ротационный биореактор, обладающий существенными преимуществами перед другими известными сложными биореакторными системами. Основными требованиями при создании этого биореактора были: способность проводить рост двух различных типов клеток до их созревания во всем объеме и поддерживать биомеханические и биологические свойства этих клеток. Выделенные аутологичные клетки дыхательного эпителия и мезенхимные стволовые клетки (дифференцирующиеся в хондроциты) были высеяны на соответствующие поверхности каркаса и культивировались на децеллюляризованном каркасе в биореакторе. Этот реактор был использован при создании биоинженерной трахеи для первой в мире клинической трансплантации, осуществленной в 2008 году в Барселонской клинике.

Группа Нобору Манабе изучает клеточные и молекулярные механизмы образования фиброзов на животных моделях. Лизилоксидаза — внеклеточный фермент, который играет ключевую роль в посттрансляционных модификациях коллагена и эластина. Лизил-оксидаза катализирует образование внутри- и межмолекулярных сшивок. Считается, что внеклеточный матрикс, пронизанный сшивками, очень устойчив к разрушающим ферментам. Поэтому ученые группы Нобору Манабе предполагают, что гиперэкспрессия лизил-оксидазы провоцирует дегенерацию фиброзной ткани. В исследовании использовали мышей с врожденным тубулоинтерстициальным фиброзом при гломерулонефрите. В результате выяснилось, что уровень лизил-оксидазы в почках мышей с наследственным хроническим фиброзом почек регулирует трансформирующий фактор роста бета1.

SOX5 — фактор транскрипции, вовлеченный в регуляцию развития эмбриона и дифференцировку клеток. Он контролирует последовательное образование отдельных кортикофугальных нейронных подтипов. Ученые группы Джэфри Маклиса обнаружили высокий уровень SOX5 мРНК в субцеребральных нейронах на эмбриональной и ранней постнатальной стадии. После рождения экспрессия SOX5 быстро уменьшается. Группа Джэфри Маклиса показала, что SOX5 контролирует последовательное появление отдельных кортикофугальных нейронов (т. е. тех нейронов, которые идут из коры больших полушарий головного мозга, они же эфферентные нейроны) с помощью предупреждения преждевременного появления тех, что должны появиться позже. Таким образом, становится более понятным молекулярный механизм, контролирующий развитие различных подтипов неокортикальных нейронов и ЦНС.

Научные интересы профессора Маккиарини охватывают широкий круг проблем, среди которых хирургическое лечение легких, пищевода и опухолей средостения. Методы тканевой инженерии уже позволили решить ряд сложных задач, возникающих при трансплантации органов дыхания, сегодня ведется эксперимен-тальная работа по сердечно-легочной трансплантации. Наиболее существенным достижением Паоло Маккьярини с коллегами является операция по трансплантации биоинженерной трахеи, созданной с использованием аутологичных стволовых клеток. В подготовке и осуществлении операции участвовали ученые из университетов Барселоны (Испания), Бристоля (Великобритания), Падуи и Милана (Италия). Все этапы этой операции отрабатывались в многочисленных экспериментах на моделях животных и в операциях по трансплантации небольших участков дыхательной ткани человеку. Результаты операции показали, что такой «биоинженерный» имплантант трахеи, обладая необходимыми для нормального функционирования дыхательного пути механическими свойствами, полностью исключает риск отторжения. Кроме того, на встроенном участке трахеи наблюдалось быстрое прорастание кровеносных сосудов (реваскуляризация). В течение года состояние пациентки остается хорошим. В настоящее время лаборатория Паоло Маккиарини продолжает совершенствовать биоинженерную технику операций на дыхательных путях и разрабатывает подходы к моделированию трансплантантов для сердца и легких.

В процессе перепрограммирования в клетке должен значительно измениться характер метилирования ДНК и гистонов, а также ацетилирования гистонов. Изучение этих процессов и поиск способов их контроля важно для всех практических приложений iPS. В лаборатории Алекса Майсснера используется модификация метода бисульфитного секвенирования, позволяющая с высоким разрешением изучать метилирование геномов. Здесь были получены важнейшие сведения об эпигенетических изменениях, происходящих при дифференцировке клеток. Эффективность перепрограммирования зависит от степени метилирования генома исходной клетки, что было доказано в опытах с пересадкой ядер. Оказалось, что нейрональные стволовые клетки гораздо эффективней в качестве доноров, чем дифференцированные нейроны. С помощью использования гипоморфного аллеля ДНК-метилтрансферазы 1 было показано, что гипометилирование дифференцированной клетки значительно повышает эффективность перепрограммирования, а значит и клонирования. В частично перепрограм-мированных клетках происходит реактивация генов, характерных для эмибриональных стволовых клеток и неполная репрессия генов, чья экспрессия характерна для дифференцированных клеток. В лаборатории Алекса Майсснера был найден способ идентификации iPS в культуре клеток по морфологическим критериям. Также было показано, что эффективность перепрограммирования можно повысить обработкой ингибиторами ДНК-метилтрансфераз.

Исследования группы профессора Мазоро показали, что животные, получавшие меньше пищи, имеют низкие концентрации инсулина в плазме и увеличенный ежедневный пик глюкокортикоидных гормонов стресса. Последний факт привел Мазоро к предложению новой теории о том, каким образом ограничение калорий продлевает жизнь: как умеренная форма стресса, это позволило бы животным более эффективно справляться с интенсивными нагрузками, такими, как тепловой или токсический стресс, и другими разрушительными агентами, которые вносят вклад в старение. Данные группы профессора Мазоро также показыли, что крысы, которых меньше кормили, жили дольше и использовали большее число калорий на грамм веса тела в течение их жизни, чем крысы, которых не ограничивали в пище. Исследования показали, что ограничение питания продлевало жизнь грызунам, также у них наблюдались эффекты антистарения в отношении разнообразных физиологических и патологических процессов. Таким образом, данные этих исследований не подтверждают концепцию, что ограничение продовольствия замедляет старение, снижая метаболизм.

Уменьшение количества карбонильных групп играет важную роль на начальных этапах метаболизма многих эндогенных соединений (биогенные альдегиды, стероиды, простагландины, продукты перекисного окисления липидов и др.), а также ксенобиотиков (фармакологические препараты, канцерогены, токсиканты и др.). Этот процесс связан с активностью в клетках определенных ферментов, в числе которых и коротко-цепочечные дегидрогеназы/редуктазы. Эдмунд Мазер и его коллеги занимаются исследованием карбонил-редуктаз различных организмов: бактерий, млекопитающих (мышь, крыса, кролик), а также человека. В частности, исследователи изучали возможную нейропротекторную роль карбонил-редуктаз. Некоторые заболевания нервной системы (например, болезнь Альцгеймера) связаны с процессом накопления аномальных белковых аддуктов с альдегидами. Это приводит к ингибированию роста клеток и индукции апоптоза. Подобные исследования на дрозофиле проводились профессором Стефаном Шньюли и его коллегами (Stephan Schneuwly). Предполагается, что карбонил-редуктаза может играть потенциальную физиологическую роль для защиты нейронов у человека от карбонильного стресса.