База данных исследований по борьбе со старением

Баудевейн Бургеринг в сотрудничестве с Паулем Коффером открыл серин-треонин киназы ПКБ (PKB) как новую цель инсулиновых сигналов. С тех пор роль PKB / FOXO в передаче клеточных сигналов стала центральной темой его исследований. РКВ является целью воздействия PI-3 киназы и в качестве такого элемента целевым объектом Ras-опосредованной сигнализации. Однако большинство внеклеточных сигналов могут активировать этот путь независимо от Ras. РКВ киназа является основным посредником сигналов к выживанию, отвечающих за защиту клеток от смерти путем апоптоза. Кроме того, РКВ является посредником сигналов, индуцированных инсулином, которые регулируют клеточный метаболизм. Группой профессора Бургеринга было обнаружено, что киназы p70S6 и ГСК-3 фосфорилируются и регулируются РКВ. Недавно было установлено, что РКВ фосфорилирует и инактивирует транскрипционный фактор AFX, который, скорее всего, участвует в регуляции метаболических процессов. В ближайшем будущем группа профессора Бургеринга планирует продолжить поиск новых элементов, участвующих в РКВ-опосредованной сигнализации и выявить соответствующие гены, которые регулируются фактором транскрипции AFX. Также группа профессора Бургеринга:- обнаружила новый механизм регулирования FOXO посредством деубиквитинирующего фермента USP7/HAUSP (связанная с герпесом убиквитин-специфическая протеаза), который деубиквитинирует FOXO в ответ на окислительный стресс;- идентифицировала изомеразу Pin1 (белок, выделение которого часто повышается при раке) как новый отрицательный регулятор FOXO;- установила, что в качестве ключевого переключателя между различными АФК-чувствительными программами транскрипции выступает бета-катенин;- показала, что семейством транскрипционных факторов FOXO осуществляется прямой контроль экспрессии белка кавеолина-1. В настоящее время развивается идея, что сигнализация через РКВ / FOXO играет важную роль в процессе старения, и что неполное функционирование этой сигнализации вносит существенный вклад в развитие возрастных заболеваний, таких как рак и диабет. Развитие исследований в этом направлении позволит разработать методы контроля процессов деградации клеток и тканей при старении.

Ученые группы Ричарда Букалы изучают уровень накопления продуктов неэнзиматического гликозилирования у пациентов с различными возраст-зависимыми заболеваниями. В ходе исследования ученые определяли количество продуктов неэнзиматического гликозилирования у пациентов с обструктивным ночным апноэ (119 человек), не болеющих диабетом, среди больных диабетом второго типа (134 человека) и среди здоровых людей (234 человека — контрольная группа). В результате было обнаружено, что уровень продуктов неэнзиматического гликозилирования был увеличен в сыворотке крови пациентов с диагнозом апноэ в сравнении с контролем, но самым высоким уровень был среди больных сахарным диабетом второго типа. Интересно, что количество продуктов неэнзиматического гликозилирования коррелировало с длительностью ночных задержек, содержанием 8-изопростана в плазме (биохимический маркер оксидативного стресса), но не с уровнем глюкозы. Ученые также выяснили, что продукты неэнзиматического гликозилирования играют роль в воспалительных процессах, сосудистых патологиях, изменениях структуры стекловидного тела и нефропатиях, связанных с сахарным диабетом и процессами старения. Важность научной работы группы Ричарда заключается в детальном исследовании механизмов влияния продуктов неэнзиматического гликозилирования на иммунную систему, структуру сосудов, стекловидного тела, работу почек при старении и различных возрастных заболеваниях.

По мнению Энн Брюне, то, что фактор FOXO регулирует гены стрессоустойчивости и одновременно про-апоптотические гены — не парадокс. FOXO факторы могут организовать различные образцы экспрессии гена, в зависимости от интенсивности внешнего воздействия. Возможно, в мягких условиях они активизируют гены стрессоустойчивости, а когда интенсивность стимулов напряжения превышает некоторый порог — активизируют про-апоптотические гены. Также возможно, что FOXO факторы регулируют различные гены в различных типах клеток, вызывая апопотоз в некоторых из них (например, нейроны, лимфоциты) при стимуляции выживания в других. Важно, что индукция aпоптоза фактором FOXO может вызвать смерть поврежденных или неправильных клеток, поэтому способствует долговечности целого организма. Результаты исследований группы Энн Брюне показали, что: — фермент SIRT1 оказывает двойное воздействие на функции FOXO3: SIRT1 повышает способность FOXO3 вызывать у клетки устойчивость к окислительным стрессам, но препятствует способности FOXO3 вызывать гибель клеток. Таким образом, один из путей, которым белки семейства Sir2 могут продлить жизнь организма — это изолирование FOXO- зависимых ответов от апоптоза, не затрагивая связь этих ответов со стрессоустойчивостью. — FOXO факторы играют роль подавителя опухоли в разнообразных раковых образованиях. Эффективный контроль за деятельностью FOXO в ответ на стимулы окружающей среды может иметь решающее значение для предотвращения старения и возраст-зависимых заболеваний, включая рак, нейродегенеративные заболевания и диабет.

Хеликазы играют важную роль в поддержании стабильной структуры ДНК.Это стало очевидным, когда выяснилось, что некоторые синдромы, вызывающие преждевременное старение, возникают при отсутствии некоторых хеликаз. Так, например, синдром Вернера (Werner) характеризуется ускоренным старением, начиная с периода полового созревания. Продолжительность жизни людей с этим синдромом может достигать 30–40 лет, а смерть наступает при характерных для глубокой старости явлениях угасания функций либо от типичной возрастной патологии, включая рак, сердечную недостаточность, мозговые нарушения и другие заболевания. Синдром Блума (Bloom) возникает очень редко. Дети, страдающие этим заболеванием, рождаются очень маленькими и редко вырастают выше 1,5 метров. Они более подвержены инфекциям дыхательных путей и ушей, и у них выше риск заболевания определенными видами рака. При культивировании лимфоцитов и фибробластов таких больных обнаруживаются многочисленные хромосомные абберации. Так, например, RecQ хеликаза человека Wrn взаимодействует с ДНК-полимеразой и эндонуклеазой при эксцизионной репарации оснований. Исследования показали, что в клетках, в которых отсутствовал белок Wrn, продукты оксидативного стресса (8-оксо-2дезоксогуанин) накапливались быстрее. Ученые выяснили, что хеликаза RecQ необходима для создания «правильного» интермедиата при репликации ДНК. Хеликазы также способны взаимодействовать с белками репарации и влиять на их работу. Терапевтический контроль над уровнем хеликаз может стать одним из решений проблем старения и канцерогенеза.

Лаборатория Анне Брониковски изучает механизмы действия генов старения у рептилий, механизмы избегания рептилиями физиологического старения. Целью исследования широко распространенных видов змей сем. Colubridae было выяснение того, отражают ли физиологические параметры и уровень двигательной активности (последний коррелирует с выживаемостью у молодых змей) эволюцию продолжительности жизни у этих рептилий. При этом общий уровень метаболизма и эфективность работы митохондрий не зависели от продолжительности жизни. В последующих исследованиях было обнаружено, что врожденный иммунитет был выше у короткоживущего экотипа змей. При этом эти различия не объяснялись различиями в состоянии паразитной инвазии между экотипами. Кроме того, у обоих экотипов были обнаружены положительные корреляции между иммунитетом и размером тела/возрастом. Было обнаружено, что долгоживущие (> 15 лет) змеи обладают более высокой двигательной активностью и сниженной скоростью образования пероксида по сравнению с короткоживущими (< 10 лет).

Лаборатория Джереми Брокса изучает молекулярные основы идентичности в регенерации конечности от центра к периферии. Ведутся работы над позиционной идентичностью в регенерации конечностей, зависимостью от регенерации нервов, а также роль активации тромбина в увязке регенерации и повреждения тканей. Группа профессора Брокса идентифицировала молекулу первого белка поверхности клетки, который будет вовлечен в местные межклеточные взаимодействия, являющиеся посредником позиционной идентичности. Получены данные, которые поддерживают гипотезу, что тромбин является критическим сигналом, связывающим ранение с регенерацией, и предлагают новую перспективу в эволюционных и филогенетических вопросах регенерации.

Основная тема исследований группы Чарльза Бреннера — метаболизм никотинамид аденин динуклеоида (НАД) — молекулы, являющейся коэнзимом для реакций с переносом водорода и субстратом для НАД-зависимых сигнальных ферментов, таких как сиртуины и поли(АДФрибозо)полимеразы. Исследовательская группа под руководством Чарльза Бреннера обнаружила, что недавно открытый витамин — никотинамид рибозид (NR, nicotinamide riboside) — натуральный компонент, найденный в молоке, активирует антивозрастной продукт гена Sir2 дрожжей. Никотинамид рибозид является предшественником в метаболических превращениях молекулы НАД+. Активность сиртуинов зависит от уровня НАД+, поэтому они могут рассматриваться как связующее звено между статусом клеточного метаболизма и адаптивным транскрипционным ответом. В свою очередь, уровень НАД+ повышается при ограничении калорийности питания. Таким образом, можно проследить связь между положительным действием ограничения калорийности питания и сиртуинами. Исследования показали, что никотинамид рибозид способен повышать уровень НАД+ в клетке без введения ограничений в питании, что приводит к активации сиртуинов.

Роско Брэйди имел непосредственное отношение к выяснению причин многих лизосомных болезней накопления (болезни Гоше, болезни Фабри, болезни Ниманна-Пика, болезни Тея-Сакса), участвовал в разработке методов заместительной терапии и в настоящее время продолжает актив-ную работу над генной терапией заболеваний этого класса. Болезнь Гоше — наследственное заболевание, связанное с накоплением глюкоцереброзоида в различных тканях (затрагивает печень, селезенку, почки, легкие, мозг и костный мозг). Она является самой распространенной среди всех лизосомных болезней накопления. Причиной болезни Гоше является недостаточность фермента глюкоцереброзидазы. Болезнь Ниманна-Пика — наследственное заболевание, связанное с нарушением липидного метаболизма, проявляющегося в накоплении липидов в печени, селезенке, легких, мозге и костном мозге. Причиной болезни является недостаточность фермента, расщепляющего сфинго-миелин. Группой Роско Брэйди был определен ген, мутация которого ответственна за развитие болезни Ниманна-Пика С1. Болезнь Фабри вызывается недостаточностью альфа-Г4-галактозидазы, которое приводит к накоплению церамидов в клетках и органах. Группой Роско Брэйди были разработаны методы заместительной ферментной терапии для лечения болезней Гоше, Ниманна-Пика и Фабри. Сейчас ведется поиск методов генной терапии болезни Фабри.

Исследования мутантных мышей имеют неоценимое значение для понимания механизмов, лежащих в основе долголетия. Было показано, что гормон роста (ГР) и инсулин-подобный фактор роста (IGF) играют ключевую роль в таких физиологических процессах, которые вносят вклад в старение организма, в частности — метаболизме глюкозы, регулировании состава тканей тела и защите клеток. Исследования мутантных мышей с различными мутациями в генах регуляции ГР или IGF1 в разных лабораториях показали, что существуют различия и в направлении и в величине выраженности различий вплоть до изменения продолжительности жизни. Мыши нокаутные по рецептору гормона роста, например, имеют нарушения в функционировании рецепторов ГР, поэтому передача сигналов ГР отсутствует. У этих мышей наблюдается отсутствие усиления механизмов антиоксидатной защиты, наблюдаемое у других ГР мутантов, но тем не менее продолжительность их жизни значительно длиннее чем у мышей дикого типа. Учеными исследовался метаболизм глутатиона (GSH) и метионина (MET) с целью определения степени их изменения у этих мутантных мышей по сравнению с карликовой мышью Ames, у которой наблюдается отсроченное старение и увеличение продолжительности жизни почти на 70%. Компоненты глутатиона (GSH) и метионина (MET) отличались у мышей GHR KO по сравнению с контрольным диким типом мышей. Результаты этих экспериментов говорят о том, что эти метаболические пути могут быть частично ответственны за различия, наблюдаемые в устойчивости к стрессу и способности реагировать на стрессоры, что в долгосрочной перспективе, затрагивает здоровье и продолжительность жизни.

Основными факторами борьбы с гликилированием являются классические антиоксиданты такие, как витамин Е или N-ацетилцистеин. Среди молекул, которые способны противостоять AGE, выделяют такие нуклеофилы как пиридоксамин, тенилсетам, 2,3-диаминофеназон, OPB-9195, метформин и аминогуанидин. Механизм действия этих веществ заключается в ингибировании AGE через инактивацию интермедиатов. Добавление витамина Е в пищу снижает количество гликилированного гемоглобина, уровень перекисного окисления липидов и окисления липидов низкой плотности.