База данных исследований по борьбе со старением

Проводимые под руководством доктора Данна исследования сосредоточены на комплексном изучении молекулярных основ аутофагии с использованием методов генетики, клеточной и молекулярной биологии для установления роли отдельных белков. Некоторые полученные доктором Данном результаты представляются достаточно интересными для понимания функционирования аппарата шаперон-зависимой аутофагии. Одним из белков, чье количество в клетке контролируется шаперон-зависимой аутофагией, является альдолаза В. Это гликолитический фермент, в норме находящийся в цитоплазме клетки. Известно, что в условиях голодания этот белок активно транспортируется в лизосомы, где подвергается расщеплению. Такой путь утилизации альдолазы В может быть подавлен 3-метиладени-ном — ингибитором аутофагии. В самой альдолазе В выявлено три мотива (фрагмента), способных стать мишенью для узнавания сигнального пентапептида hsc70: Q12KKEL, Q58FREL, и IKLDQ111. При замене остатков глутамина в указанных последовательностях на остатки аспарагина обнаруживается, что в случае первых двух мутантов ускорение деградации альдолазы В сохранялось на естественном уровне, тогда как в случае третьего мутанта происходило полное подавление деградации альдолазы. Данный пример говорит о том, что, во-первых, мы можем оценить относительную значимость разных аминокислотных остатков для узнавания сигнального пентапептида hsc70, и во-вторых, некоторые участки могут присутствовать в последовательности белка более чем однократно, хоть и не все могут быть функционально активны. Регуляторные механизмы, определяющие функционирование белкового аппарата шаперон-зависимой аутофагии, демонстрируют достаточную степень вариабельности в зависимости от структурной организации вовлеченных молекул. Это позволяет с большей эффективностью реагировать на внешние воздействия и изменения.внутриклеточного гомеостаза.

Работа группы доктора Дайса направлена на изучение шаперон-зависимой аутофагии с учетом всех возможных вовлеченных в нее компонентов и субстратов. В настоящее время считается, что ключевым компонентом аппарата шаперон-зависимой аутофагии (ШЗА) является LAMP2A. Наибольшее количество патологий, связанных с ШЗА, обусловлено снижением его функциональной активности либо из-за его недостатка либо из-за блокирования его активности каким-либо другим фактором. Под контролем ШЗА находится достаточно разнородный набор цитозольных белков. Нарушения функциональной активности ШЗА в процессе старения в клетках печени и в фибробластах объясняется заметным снижением количества LAMP2A в мембране лизосомы. Приняо считать, что причиной этого является изменение свойств лизосомальной мембраны с возрастом. В норме внутри лизосомы содержится достаточное количество молекул LAMP2A, способных повторно связываться с мембраной и участвовать в ШЗА. Потеря этой способности, по-видимому, обусловлена связыванием большей части пула этого белка другими белками в их окисленной форме. Знание модели специфической системы деградации белков в клетке позволяет судить о способе контроля ШЗА над внутриклеточным гомеостазом и адекватно реагировать на изменения внешних условий. На основании коррекции работы этой системы возможно лечение многих возникающих с возрастом заболеваний.

Астроциты управляют ростом нейронов и синапсов с помощью нейроактивных белков и пептидов, также они регулируют состав внеклеточного матрикса. Исследования группы Марины Гюзетти показали, что стимуляция мускариновых рецепторов астроцитов индуцирует прорастание нейронов в культуре клеток гиппокампа, а этанол тормозит этот процесс. Известно, что астроциты производят факторы, стимулирующие или ингибирующие нейрогенез. Однако, механизм, контролирующий производство этих факторов, недостаточно изучен. Астроциты экспрессируют мускариновые рецепторы, активация которых вызывает мощную внутриклеточную сигнализацию. Работа группы Марины Гюззетти посвящена исследованию вопроса: смодулирует ли стимуляция мускариновых рецепторов астроцитов нейрогенез в гиппокампе. Крысиные нейроны гиппокампа культурировались вместе с крысиными контикальными астроцитами, предварительно обработанными холинэргическим агонистом — карбахолином. Действие карбахолина на астроциты приводило к активации М3 мускариновых рецепторов, что увеличило экспрессию внеклеточных матричных белков фибронектина и ламинина-1 в этих клетках. Этот эффект был опосредован, во-первых, возрастанием уровней ламинин-1 и фибронектиновых мРНК и во-вторых, повышающей регуляцией продукции и выброса ингибитора протеолитической деградации внеклеточного матрикса. Ингибирование фибронектиновой активности сильно уменьшает эффект карбахолина — удлинение всех нейронов, вместе с тем ингибирование активности ламинина-1 уменьшает удлинение только меньшинства нейронов. Ингибитор активатора фибриногена также вызвал удлинение нейронов через прямое влияние на них. Обобщив результаты этой работы, можно сделать вывод о том, что холинэргическая стимуляция астроцитов индуцирует производство факторов, усиливающих нейрогенез.

В 90-е годы ХХ века Фред Гейдж с коллегами получил доказательства нейрогенеза в мозге взрослого человека, его группе также принадлежат открытия ряда механизмов дифференцировки нервных клеток. Ученые этой группы показали, что на выживаемость новых нейронов в мозге критически влияет сигнализация от окружающих клеток. При угнетении глутаматных рецепторов (посредников передачи сигнала) новых нейронов, наблюдается их гибель. Эта же группа ученых открыла, что вклад в формирование индивидуальных особенностей нейронов могут вносить случайные перемещения мобильных генетических элементов, или «прыгающих генов». Исследователи изучали поведение мобильных генетических элементов LINE-1 (L1) в клетках экспериментальных животных. Большинство L1 утратило способность к перемещениям, но некоторое количество генов, перемещается по геному. Скачки LINE-1 в нейронах оказались приуроченными к местам расположения активных генов. Было высказано предположение о том, что эти мобильные элементы могут напрямую влиять на работу генов и вносить вклад в создание функционального разнообразия нервных клеток. В настоящее время, одним из наиболее важных направлений исследований группы является разработка способов «репрограмирования» собственных соматических клеток организма в плюрипотентные стволовые, без использования виральных агентов. Эти снижает риск иммунного отторжения, более того, эти клетки применимы для исследования сложных болезней с наследуемыми и случайными мутациями. Стратегии эписомального перепрограммирования представляют собой безопасный способ производства человеческих плюрипотентных клеток (induced pluripotent stem cells or iPSCs) для клинических целей и фундаментальных исследований.

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.

Коллагеновые волокна являются основной структурной поддержкой соединительной ткани. Их избыток или слишком малая активность коллагеназ приводит к увеличению плотности волокон и к формированию менее гибкой ткани. Наоборот, чрезмерная активность коллагеназ приведет к неуправляемой фрагментации коллагена, что сделает ткань более аморфной. Непосредственно ионы Mg2+ не взаимодействуют ни с молекулами коллагена, ни с TIMP-белками, поэтому важно было изучить эффект Mg2+ на активность коллагеназ. Ученые группы Ольги Громовой предположили, что дефицит Mg2+ должен приводить к повышению активности ММП (в частности, коллагеназ). В ходе исследования было выяснено, что вне зависимости от причин возникновения аномалии в структуре соединительной ткани ее состояние улучшается, если активности коллагеназ и эластаз, а так же биосинтетических ферментов глюкозаминогликанов (гиалуронансинтетаз, гиалуронидаз, β-галактозидаз) будут сбалансированы. По всей видимости, этот баланс достигается непосредственным эффектом воздействия адекватных доз ионов магния. Напротив, при дефиците Mg2+ синтез белков в соединительной ткани замедляется, активность ММП увеличивается, и внеклеточная матрица прогрессивно деградирует, так как структурная поддержка ткани (в частности, коллагеновые волокна) разрушается быстрее, чем синтезируется.

Установлено, что APOBEC3G (A3G) и родственные деоксицитидин дезаминазы представляют собой противоретровирусные факторы защиты. A3G экспрессируется как ферментативно активный с низкой молекулярной массой (НММ), так и ферментативно неактивный с высокой молекулярной массой (ВММ). В покоящихся CD4+ T клетках экспресссируется только A3G НММ. При активации Т клеток происходит накопление A3G ВММ и образование комплекса с массой от 5 до 15-MДa, чьи функции в настоящее время неизвестны. С помощью аффинной очистки, сотрудникам лаборатории Грина удалось выявить гранулы, транспортирующие РНК и рибонуклеиновые комплексы, которые являются атрибутом A3G ВММ. Анализ молекул РНК в данных комплексах показал, что они — Alu и малые Y РНК, которые представляют собой неавтономные мобильные элементы в клетках человека. Показано, что A3G значительно ингибируют L1-зависимую ретротранспозицию маркированных ретроэлементов Alu. И это происходит не через ингибирование L1, а через связывание Alu РНК в цитоплазматические комплексы отдельно от ядерной ферментативной системы L1. Результаты исследований говорят о том, что ретроэлементы Alu и hY являются естественными мишенями A3G, и показывают, как различные формы белка A3G защищают клетки от экзогенных ретровирусов и эндогенных ретроэлементов.

При синдроме Дауна развиваются некоторые нейропатологические признаки, характерные и для болезни Альцгеймера, включая спад когнитивных способностей и потерю холинергических маркеров в переднем мозге. Этот дефицит можно воспроизвести на мышах, с частичной трейсомией по 16 паре хромосом, что соотносится с генетическим сегментом человеческой пары хромосом No 21. Было выдвинуто предположение, что нейродегенерация зон переднего мозга человека с подобным нарушением генетического материала происходит вследствие окислительного стресса. Гипотезу подтвердили на мышах (Ts65Dn). Было выяснено, что окислительный стресс у взрослой мыши может быть приостановлен с помощью антиоксиданта — витамина E. Его применение также улучшает пространственную память, что, по всей видимости связано с ослаблением холинергической патологии нейронов в переднем мозге. На модели мышей была продемонстрирована принципиально безопасная и эффективная возможность коррекции нейродегенеративных состояний с ухудшением памяти с помощью витамина E.

При ряде возрастных заболеваний в иммунной системе накапливаются высоко специализированные CD28 эффекторные Т-клетки. Они занимают много места, не оставляя пространства для других Т-лимфоцитов. С накоплением избытка CD28(-) Т-клеток связывают снижение эффективности работы иммунной системы и ухудшение способности вырабатывать иммунологическую память в ответ на вакцинацию у старых особей. Поэтому можно предположить, что уничтожение CD28 Т-клеток может улучшить состояние стареющей иммунной системы и в какой-то степени «омолодить» ее. Перед учеными встал вопрос — не приведет ли уничтожение CD28 Т-клеток к «забыванию» иммунной системой ряда антигенов? На примере Т-клеток, «помнящих» эпитоп цитомегаловируса NLVPMVATV, исследователи показали, что Т-лимфоциты, помнящие этот антиген, присутствуют как во «вредной» популяции CD8(+)CD28(-) Т-эффекторов, так и в популяции молодых клеток памяти CD8(+)CD28(+). Соответственно, при встрече с антигеном клетки памяти могут рекрутироваться из популяции молодых клеток. Исследователи показали, что популяция CD28 клеток не содержит уникальных клонотипов, следовательно, можно разработать метод избирательной элиминации CD28 клеток, не опасаясь лишить иммунную систему памяти на ряд антигенов. И это поможет значительно улучшить состояние иммунной системы стареющих особей.

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.