Биомедицина

Целью исследований научной группы Франклина Розенфельдта было изучение механизмов возраст-зависимого снижения устойчивости сердца к стрессам и поиск возможных путей борьбы с ними, а именно, возможность использования компонента дыхательной цепи с митохондриях — коэнзима Q (CoQ) и других антиоксидантов. В экспериментах на крысах Розенфельдт с коллегами показали, что в стареющем сердце снижается устойчивость к аэробному стрессу, вызываемому быстрым сокращением, однако CoQ обладает специфическим защитным действием в этой ситуации. В клинических исследованиях с участием 100 пациентов (средний возраст 68 лет) было показано, что прием CoQ в течение 2 недель перед проведением операции на сердце улучшает эффективность работы митохондрий в миокарде и состояние миокарда (как in vitro, так и in vivo). Затем в пилотном исследовании на 14 пациентах было изучено действие различных пищевых добавок (альфа-липоевая кислота, оротат магния и омега-3-жирные кислоты) при их введении в состав диеты, уже содержащей CoQ. У получавших их пациентов укорачивалось время пребывания в госпитале, улучшалось качество жизни после операции, и снижался окислительный стресс. Таким образом, авторы пришли к выводу, что снижающаяся при старении организма устойчивость к стрессу может восстанавливаться при добавлении определенных веществ в рацион питания.

Стивен Розенберг разработал метод использования IL -2 и иммунных клеток для иммунотерапии пациентов с меланомой. В 2002 году он показал на нескольких пациентах, что иммуннотерапия в сочетании с химиотерапией и высокими дозами IL-2 приводит к исчезновению опухоли. В 2006 году продемонстрировал, что рецептор Т-лимфоцитов может быть передан иммунным клеткам, и в сочетании с химиотерапией и высокими дозами IL-2 этот метод может успешно применяться при меланоме.

Большая группа американских ученых с участием Анабель Родригес проводила анализ концентрации андрогенов и оценку метаболического синдрома в различных возрастных группах у мужчин — 20–39 лет, 40–59 лет, 60-79лет и 80–94 года. Результаты показали, что частота встречаемости метаболического синдрома в этих возрастных группах составила соответственно 4, 21, 21 и 18%.Общая концентрация тестостерона и глобулинов связывания половых гормонов (SHBG) обратно пропорциональна вероятности развития метаболического синдрома в последующие 5,8 лет. А индекс свободного тестостерона и индекс массы тела положительно коррелирует с частотой проявления метаболического синдрома. Низкий общий уровень тестостерона и глобулинов связывания половых гормонов предсказывает высокий риск возникновения метаболического синдрома. Таким образом, возникновение метаболического синдрома связано не с возрастом, а, скорее, с понижением уровня андрогенов.

Ограничение калорий уменьшает сферу действия и прогрессирование спонтанных и индуцированных опухолей у лабораторных грызунов при увеличении средней и максимальной продолжительности жизни. Предполагается, что ограничение калорийности продлевает жизнь и уменьшает возрастные патологии путем уменьшения уровня повреждения ДНК и мутаций, которые накапливаются с возрастом. Неоднократно показано, что и рак, и иммунологические дефекты, которые значительно увеличиваются с возрастом и могут быть отсрочены с помощью ограничения калорийности, связаны с изменениями повреждений ДНК и/или репарации ДНК. Лаборатория Эрлана Ричардсона исследовала влияние ограничения калорийности на целостность генома и способность клеток к репарации ДНК. Большинство выполненных исследований указывает, что возрастное увеличение окислительного повреждения ДНК значительно уменьшается благодаря ограничению калорийности, повышающей репарацию ДНК. Геномные технологии и понимание определенных путей репарации позволили показать, что ограничение калорийности воздействует на главные пути репарации ДНК.

Лаборатория профессора Ричардсона изучает эпигенетические механизмы, регулирующие структуру хроматина и экспрессию генов в Т-лимфоцитах (Т-клетки) и влияние изменений в структуре хроматина на иммунитет и старение. Вмешательство в метилирование ДНК в Т-лимфоцитах способствует изменению структуры хроматина и имеет глубокое воздействие на CD4 + Т-клетки, в том числе вызывает повышенную секрецию провоспалительных цитокинов, макрофаговой активности и т. д. In vivo эти клетки вызывают такие аутоимунные заболевания как волчанка. Воспалительные и цитоксические CD4 + CD28- группы Т-клеток участвуют в разрыве атеросклеротической бляшки и инфаркте миокарда. Это патологическое подмножество развивается при репликативном стрессе и у больных с хроническими воспалительными заболеваниям, а также с возрастом. Ученые группы профессора Ричардсона предположили, что дефекты в сигнальных путях ERK и JNK ответственны за изменения экспрессии генов в человеческих CD4 + CD28-клетках за счет воздействия на метилирование ДНК. Вывод, сделанный на основе экспериментов, заключается в том, что пониженный ERK и JNK сигналлинг в CD4 + CD28- группе, возникающий вместе с репликативным стрессом, может привести к суперэксперсии генов, обычно подавленных за счет воздействия на Dnmts и, следовательно, изменению структуры хроматина. Ученые предположили, что деметилирование в неактивной Х-хромосоме вызывает предрасположенность женщин к волчанке, а изменения в метилировании ДНК в Т-клетках способствуют проявлению аутоимунных и сосудистых заболеваний у пожилых людей. Таким образом, JNK-киназы влияют на работу генов за счет воздействия на метилирование ДНК, и механизмы этих влияний изучены недостаточно.

Один из патологических процессов, сопровождающий болезнь Альцгеймера — образование в мозге скоплений бета-амилоида, так называемых амилоидных бляшек. Многочисленные исследования показали, что вокруг амилоидных бляшек происходит накопление клеток микроглии, иммунных клеток центральной нервной системы. Долгое время ученые считали, что эти клетки секретируют нейротоксические факторы и таким образом способствуют развитию нейродегенеративных процессов, характерных для болезни Альцгеймера. Поэтому для лечения использовали нестероидные противовоспалительные средства, тормозящие иммунную функцию микроглии. С другой стороны, существовала точка зрения, что микроглия обладает нейропротекторными свойствами и способствует уменьшению скоплений бета-амилоида в мозге. Ученые провели эксперименты с использованием трансгенных мышей с нарушениями, аналогичными тем, что наблюдаются у людей, страдающих болезнью Альцгеймера. Исследования показали, что клетки костного мозга могут свободно проходить гематоэнцефалический барьер и дифференцироваться в головном мозге в клетки микроглии. Причем, такие клетки, пришедшие из костного мозга, обладали более выраженными фагоцитарными свойствами, чем микроглия, образовавшаяся в мозге. В связи с этим, встал вопрос, каково происхождение клеток микроглии, окружающей амилоидные бляшки. В результате проведенных исследований ученые выяснили, что основная часть этих клеток образовалась в костном мозге. Таким образом, была показана ошибочность старой модели лечения болезни Альцгеймера с использованием противовоспалительных средств. Также открываются широкие возможности лечения и профилактики болезни Альцгеймера с использованием стволовых клеток костного мозга. При этом на ранних стадиях развития заболевания не будет необходимости даже делать инъекции клеток непосредственно в пораженные области, так как амилоидные бляшки сами привлекают стволовые клетки. Следующим этапом работы должны стать исследования на человеческих клетках и белках, проведенные in vitro. В случае успеха этих экспериментов, можно будет говорить о проведении клинических исследований. Амилоидные бляшки выделяют факторы, привлекающие стволовые клетки, в дальнейшем дифференцирующиеся в микроглию. В мозге эти клетки путем фагоцитоза способствуют уменьшению количества отложений бета-амилоида, ограничивая развитие болезни Альцгеймера.

Научная группа Банупракаша Редди изучала антигликирующее действия растительных водных вытяжек. Исследование показало, что из 17 водных вытяжек 5 оказывали ингибирующее действие на формирование продуктов усиленного гликирования белков in vitro. Вытяжки из этих растительных продуктов ингибировали AGE на 40–90% при концентрации 1.0 мг/мл. Полученные данные показали важность некоторых диетических компонентов в ингибировании или предотвращении гликирования белков. Возможно, что данные диетические агенты будут использованы в комплексной терапии для борьбы с гликированием белков in vivo при диабете и старении. Наибольшую ингибирующую эффективность показали водные вытяжки имбиря, тмина, корицы, черного перца и зеленого чая.

Цитомегаловирусы (CMV) относятся к семейству герпесвирусов, обладающих способностью находиться в инфицированных клетках долгое время бессимптомно и активироваться при общем ослаблении иммунитета. У большинства людей неповрежденный вирусный геном находится в клетке после первичной продуктивной вирусной инфекции, и определенные сигнальные механизмы способны вновь заставить вирус выйти из латентного состояния, то есть размножаться. В лаборатории Матиаса Реддехаса продемонстрировано, что CD8 клетки поддерживают состояние вирусной латентности, определяя реактивацию вирусных генов и элиминируя эти клетки. При этом, поскольку с возрастом количество специфических антител уменьшается, снижаются возможности иммунной системы противостоять другим патогенам. Возможное влияние реактивации CMV на иммунную систему при старении может заключаться в истощении пула специфических Т-клеток памяти за счет увеличения пула CMV-специфических CD8 клеток, поскольку клетки памяти постоянно сталкиваются с эпитопами CMV и активируются на них.

Группа ученых под руководством профессора Редделя открыла, что в раковых клетках помимо экспрессии теломеразы (hTERT) существует ещё один механизм поддержания длины теломерных участков, так называемое альтернативное удлинение теломер (Alternative Lengthening of Telomeres или ALT). Этот механизм, возможно, включает гомологичную рекомбинацию теломерных участков сестринских хроматид. Более того, установлено, что данному механизму сопутствуют промиелоцитные лейкемические тельца (promyelocytic leukemia (PML) bodies), которые включают теломер-связывающие белки (т. е. TRF1 и TRF2) и теломерную ДНК. Данные тельца присутствуют только в клеточных линиях и опухолях, где работает такой механизм. Есть некоторые данные, что такой же или подобный ему механизм работает в нормальных клетках. Детальное понимание механизма альтернативного удлинения теломер необходимо для разработки в будущем противораковых препаратов.

Известно, что «мягкое» действие малых количеств ингибиторов протеасом увеличивает устойчивость клеток к повреждениям в результате деятельности активных форм кислорода. Учеными группы Суреша Раттана была исследована роль фактора Nrf2 в этом процессе. Выяснилось, что стимуляция протеасомы малыми количествами MG-132 может быть сильно уменьшена с помощью малых интерферирующих РНК, направленных против Nrf2. В то же время в тех стареющих фибробластах, которые экспрессировали Nrf2, наблюдалась повышенная устойчивость к активным формам кислорода при действии ингибитора протеасом. Таким образом, управляя активностью Nrf2 с помощью небольших количеств ингибиторов протеасом, можно разработать эффективную и долговременную стратегию защиты от окислительного стресса. Группа Суреша Раттана изучала влияние небольшого стресса на уровень синтеза hsp в стареющих фибробластах в культуре. Для этого клетки несколько раз подвергали мягкому тепловому шоку. В результате базальные уровни белков hsp27, 70 и hsc70 в клетках значительно возросли на стадии последних пассажей. По мнению авторов, это свидетельствует об адаптивном ответе на общий внутриклеточный стресс, наблюдаемый при старении культуры. Кроме того, в клетках повышалась функциональная активность, например, активировалась протеасомная система, способность клеток к утилизации H2O2, устойчивость к этанолу, H2O2 и УФ-A излучению. Позже была обнаружена способность мягкого теплового стресса положительно влиять на заживление ран in vitro, а также на ангиогенез (процесс образования новых кровеносных сосудов).