База данных исследований по борьбе со старением

Лаборатория Денгшун Ванга изучает механизмы, лежащие в основе нейродегенеративных заболеваний, в т. ч. болезни Альцгеймера. Характерными показателями болезни Альцгеймера являются амилоидные бляшки и нейрофибриллярные включения, которые приводят к гибели нейронов и прогрессирующим когнитивным ухудшениям. Недавно стало известно, что появление амилоидных бляшек и скрученных нейрофиламентов — результат образования поперечных сши-вок между различными белками. Исследователи показали, что трансглутаминаза сшивает и тау-белки, которые в норме регулируют образование филаментов в цитоплазме клеток. При образовании сшивок всего по нескольким глутаминовым остаткам, молекулы тау-белка образуют агрегаты, которые деформируют нормальную структуру нейрофиламентов. Более того, трансглутаминаза катализирует образование сшивок собственно между белками нейрофиламентов. При наследственной форме болезни агрегаты амилоидного белка могут служить долговременными стимуляторами трансглутаминаз и способствовать прогрессированию заболевания уже без исходных факторов. По последним сведениям, фер-мент трансглутаминаза, участвующий в образовании сшивок, приводит к такой агрегации белков при болезни Альгеймера. Такие факторы, как травма, воспаление, ишемия или стресс повышают уровень и активность трансглутаминазы, что может привести к развитию спонтанной болезни Альцгеймера.

Одна из работ этой лаборатории посвящена фактору транскрипции STAT3, который играет важную роль во многих физиологических процессах. Он также является ключевым белком в программе самообновления эмбриональных стволовых клеток и незаменим на стадиях раннего эмбриогенеза млекопитающих, поскольку развитие многих органов требует активации STAT3. Используя разные вектора, экспрессирующие ген флуоресцентного белка или люциферазы, учёным удалось показать, что для нормального функционирования эмбриональных клеток необходима низкая активность STAT3, а во время дифференцировки она, наоборот, должна повыситься. Учёные выдвигают предположение, что, вызывая экспрессию STAT3 (например, при помощи малых РНК) можно определять судьбу эмбриональных стволовых клеток.

Основная тема исследований Самуэля Вайса — изучение стволовых клеток центральной нервной системы млекопитающих. Было показано, что обонятельные интернейроны принимают участие в обонятельном распозновании, но с возрастом, пролиферативная активность нейрогенных клеток в субвентрикулярной зоне уменьшается. Субвентрикулярная зона представляет собой нишу нейрогенных стволовых клеток и состоит из 4–5 слоев. В этой узкой зоне происходит обновле-ние стволовых клеток, глиогенез или нейрогенез, и тангенциальная миграция вновь сформированных нейронов в обонятельную луковицу. Основной целью исследования стало изучение молекулярных механизмов, происходящих с возрастом в субвен-трикулярной зоне (SVZ) и обонятельной луковице (OB) у мышей. Исследования группы Самуэля Вай-са показали, что взрослые мыши (24 месяца) имели меньше новых обонятельных интернейронов, чем более молодые особи (2 месяца). Но в целом количество обонятельных интернейронов у взрослых особей было больше. Иммуногистохимический анализ и вестерн блот (Western blot) показали избирательное уменьшение уровня экспрессии рецептора фактора роста в субвентрикулярной зоне взрослой мыши. Это приводило к ухудшению нейрогенеза и уменьшению образования новых обонятельных интернейронов. Следующим этапом необходимо провести исследования на приматах — для выяснения механизмов, влияющих на нейрогенез человека.

Исследования лаборатории Яна Вая посвящены геномной нестабильности и механизмам, которые могут приводить к старению и развитию опухолей. Двухцепочечные разрывы ДНК представляют серьезную опасность для жизни клеток и способны накапливаться в течение жизни. В лаборатории Яна Вая изучаются механизмы индукции мутаций. Для исследования используются линии трансгенных мышей и дрозофил, в клетках которых содержатся плазмиды, несущие бактериальный ген lac Z. Эти плазмиды могут быть снова выделены из эукариотических клеток для измерения числа мутаций, произошедших в них при создании условий генотоксического стресса. С помощью трансгенных мышей (несущих ген LacZ) удалось изучить спектр мутаций в различных органах. В печени частота мутаций возрастала при старении (к 34-м месяцам). В мозге увеличение числа мутаций наблюдалось лишь в возрасте 4–6 месяцев и затем прекращалось. Молекулярный анализ показал, что эти мутации связаны с реарранжировкой генов. В мозге частота мутаций меньше и не возрастает с возрастом. Большое число повреждений ДНК накапливается при старении и является тканеспецифичным. Перестройки генома, токсичные для клетки мутации и колебания в уровне экспрессии генов приводят к неправильной экспрессии генов. Вмешательства в генетическую стабильность с помощью различных факторов (в том числе активных форм кислорода) поможет серьезно изучить проблему двухцепочечных разрывов ДНК, влияющих на процесс старения клеток.

Одним из сопутствующих признаков болезни Паркинсона является модификация убиквитин-С-концевой гидролазы L1 (UCH-L1). При ее карбонилировании развивается спорадическая форма заболевания, а при мутации I93M — наследственная. Ученые выяснили, что и нормальный и мутантный фермент UCH-L1 способен взаимодействовать с белками аппарата шаперон-зависимой аутофагии, причем как с LAMP-2A, так и с hsc70. При этом мутация I93M значительно усиливает такое взаимодействие. Это ведет к замедлению шаперон-зависимой аутофагии. Как следствие — в клетках происходит избыточное накопление альфа-синуклеина и развивается болезнь Паркинсона. Помимо этого, в клетке происходит накопление GAPDH, одного из ферментов, участвующего в активации апоптоза. Возникновение и развитие болезни Паркинсона протекает по одной и той же схеме, но исходная причина возникновения болезни может оказаться принципиально различной. Более того, вызывающие болезнь факторы могут взаимно дополнять и усиливать действие друг друга, вызывая обострение болезни.

Область научных интересов включает изучение роли поли-ADP-рибозилирования в репарации ДНК и старении и нейротоксичности прионовых белков. В 1992 году Бюкле в соавторстве с К. Грубе описал положительную корреляцию между активностью поли-ADP-рибозилирования (PARP1), индуцированного одноцепочечными разрывами ДНК, в периферических моноцитах и продолжительностью жизни у млекопитающих. В периферических моноцитах человека активность PARP-1 в 5 раз превышала активность PARP-1 в крысиных моноцитах за счет самоактивации путем рибозилирования фермента, уровень которого в 2 раза превышал содержание рибозилированной PARP-1 в клетках крысы. С возрастом активность PARP падает и у человека, и у крыс. С другой стороны, активность PARP в иммортализованных лимфоцитах, взятых у французских долгожителей в возрасте 100 и более превышала таковую в клетках представителей контрольной группы (возраст от 20 до 70 лет). Таким образом, высокая (и тщательно контролируемая) активность PARP может способствовать продлению жизни через супрессию геномной нестабильности и онкогенеза.

Известно, что дисфункция митохондрий, окислительный стресс, неправильное сворачивание белков, их агрегация и дисфункция протеасомной системы участвуют в развитии болезни Паркинсона. Шаперон hsp70 снижает уровень белков с неправильной конформацией, замедляет их агрегацию и защищает клетки от окислительного стресса. Кроме того, он обладает антиапоптотической активностью и способен блокировать токсичность альфа-синуклеина в модели болезни. Поэтому Бюелер с коллегами исследовали возможность применения hsp70 для генной терапии модели болезни Паркинсона у мышей (вызванной с помощью нейротоксичного вещества MPTP). С помощью аденоассоциированного вируса ген hsp70 был перенесен в дофаминергические нейроны. В результате было обнаружено значительное снижение гибели нейронов и прекратилось снижение уровня дофамина. Ученые пришли к выводу, что повышение активности шаперонов может быть использовано для лечения идиопатических форм болезни Паркинсона.

Популяция зрелых стволовых клеток в некоторых органах тела проявляет снижение регенеративных способностей с возрастом. Была показана возможность получения плюрипотентных стволовых клеток при перепрограммировании клеток пациента. Такие клетки, способные давать начало всем трём зародышевым листам, идентичны пациенту. Трансплантация орган/тканеспецифических стволовых клеток или терминально дифференцированных соматических клеток позволит улучшить функционирование повреждённых органов или тканей. Еще немного подкорректировав протоколы и условия культивирования, ученые смогут направленно дифференцировать гистосовместимые стволовые клетки в любой требуемый клеточный тип.

В лаборатории Эндрю Бэдли изучают, как вирусные белки могут модифицировать иммунный ответ клеток, а также возможности управления апоптозом клеток для терапии человеческих заболеваний. Лаборатория профессора Бэдли изучала процесс апоптоза нейтрофилов (это фагоциты, которые образуются в костном мозге).После того, как нейтрофилы попадают в очаг возбуждения, они быстро становятся сенесцентными, после этого возвращаются в костный мозг и подвергаются там апоптозу. Возвращением сенесцентных нейтрофилов в костный мозг управляет фактор, происходящий из клеток стромы (SDF-1), путем взаимодействия с CXCR4 — молекулой, которую экспрессируют сенесцентные нейтрофилы. Если по каким-либо причинам сенесцентные нейтрофилы не подвергаются апоптозу, они могут стать причиной различных аутоиммунных заболеваний. Выяснилось, что апоптоз сенесцентных нейтрофилов индуцировал рекомбинантный TRAIL. Ученые делают вывод, что теоретически рекомбинантный TRAIL может применяться для избирательного уничтожения стареющих нейтрофилов.

Основная тема научных исследований Рошель Буффенштейн — изучение голого землекопа — животного с пренебрежимым старением. Исследования включают в себя оценку возраст зависимых изменений в физиологии голых землекопов и их основных органах. В данный момент Буффенштейн и ее коллеги фокусируются на связанных с возрастом изменениях в мозге, костях, структуре и функциональных особенностях сердечной мышцы. Также они, используя молекулярные и биохимические технологии, тестируют на модели этих долгоживущих грызунов различные теории старения — теорию окислительного стресса, теорию, связанную с конеч-ными продуктами гликирования белков и теломерную теорию. Однако чувствительность клеток к стрессу эндоплазматического ретикулума указывает на то, что изменения, происходящие вследствие денатурирования белков, могут влиять на выживаемость клетки и скорость старения. Рошель Буффенштейн установила, что фибробласты (клетки соединительной ткани) голого землекопа устойчивы к воздействию кадмия, метилметан-сульфоната, температурного стресса и среды с низким содержанием глюкозы.