Биомедицина

Существуют некоторые эпигенетические отличия iPS от эмбриональных стволовых клеток, что, впрочем, не влияет на стабильность генома. iPS, по-видимому, можно считать особым видом плюрипотентных клеток. На основе iPS удалось получить клетки самых разных тканей. Эти работы имеют важнейшее значение с точки зрения регенеративной медицины. Возможно, в дальнейшем iPS смогут быть использованы для лечения множества, в том числе возрастных заболеваний, связанных как с дегенерацией, так и с дисфункцией определенных типов клеток. Кэтрин Плат участвовала в работах по получению кардиомиоцитов, гладкомышечных клеткок, клеткок эндотелия, гемопоэтических клеток, половых клеток и двигательных нейронов.

Группа Марии Фигейредо-Перейра исследовала роль нарушений активности протеасом при развитии старческих нейро-дегенеративных заболеваний. В частности, предметом изучения было нарушение убиквитин-протеасомного пути на модели старения Drosophila melanogaster. Оказалось, что у старых особей (43–47 дней) основной формой протеасом является менее активная 20S, в то время как у молодых особей (1–32 дней) — 26S. Кроме того, у старых особей снижался общий уровень АТФ более чем на 50%, в то время как сборка 26S протеасомы является АТФ-зависимой. Это также подтверждает снижение двигательной активности у старых особей. Кроме этого, воздействие ингибитором протеасом PSI на молодых мух не влияло на продолжительность их жизни, в отличие от старых. Генетические механизмы, являющиеся причиной данных событий — предмет дальнейших исследований. Эти исследования показывают, что нарушение белкового обмена и накопление ошибочных белков, которое наблюдается в старости, обусловлено, в частности, снижением уровня сборки 26S протеасомы. Важную роль в этих процессах играет понижение уровня АТФ в клетке.

Один из основных признаков старения — изменение мембран клеток миокарда. Функция митохондрий чрезвычайно важна для образования энергии и обеспечения жизнедеятельности миокарда. Однако с возрастом она снижается, при этом снижается порог захвата кальция. Относительная непереносимость кальция, образование супероксида и снижение способности к нейтрализации АФК — важные факторы старения, связанные с функцией митохондрий, которые предрасполагают к ишемической болезни сердца. Возраст-зависимые изменения мембраны митохондрий включают повышение содержания холестерина, фосфатидилхолина и омега-6-ненасыщенных жирных кислот (ЖК) и снижение содержания омега-3-ненасыщенных ЖК и кардиолипина. Однако некоторые неблагоприятные возрастные изменения могут успешно компенсироваться диетой, богатой омега-3-ненасыщенными ЖК, вызывая повышение устойчивости к ишемии. Научной группой Сальваторе Пепе было показано, что добавление рыбьего жира в пищу крыс способно нейтрализовать разрушительные про-аритмические эффекты неэффективного использования кислорода, возникающие при употреблении насыщенных жиров. 3% рыбьего жира от общего количества поступающих в организм жиров способно снижать потребность в кислороде даже при постоянном приеме насыщенных жирных кислот.

В исследованиях доктора Паула-Барбосы сравнивалась эффективность применения красного вина и портвейна, также богатого флавонолами, для снижения уровня липофусцина в клетках головного мозга. К удивлению исследователей, после 6 месяцев добавления в рацион крыс портвейна было обнаружено увеличение содержание липофусцина по сравнению с контролем и животными, получавшими 20% этанол с добавлением флавонолов красного вина. При этом его уровень был таким же, как и у крыс, употреблявших только 20% спирт. Пониженная антиоксидантная активность портвейна может быть связана с видом и количеством содержащихся в нём флавонолов, а также с содержанием в нём сахаров. Известно, что применение флаванолов, входящих в состав красного вина, предотвращает накопление липофусцина в нейронах животных, употребляющих алкоголь.

Научной группой Эмита Патэля было показано, что терапия стволовыми клетками улучшает сердечную функцию и структуру миокарда у больных с тяжелой сердечной недостаточностью. В исследование вошли 20 человек с фракцией выброса левого желудочка (ФВЛЖ) ниже 35% и классом сердечной недостаточности (СН) III–IV по NYHA, которые готовились к операции коронарного шунтирования. Десяти участникам была в случайном порядке назначена терапия стволовыми клетками. У них был взят биоптат костного мозга, из которого выделены гемопоэтические столовые клетки CD34+ и CD45-. Во время шунтирования стволовые клетки иньецировались в 25–30 точек. Для локализации ишемических зон миокарда и инъекций стволовых клеток проводились предоперационные ЭхоКГ, SPECT-томография и катетеризация полостей сердца. Остальным 10 пациентам выполнялось только шунтирование. В каждой группе было 8 мужчин и 2 женщины, среднее число шунтов — 1. Все шунты оставались проходимыми в течение как минимум 6 месяцев. По сравнению с контролем, в группе терапии стволовыми клетками ФВЛЖ улучшилась при повторной оценке через 1, 3 и 6 месяцев. Кроме того, в образцах миокарда, взятых до и после операции, определялся коннексин 43 — белковый маркер клеточных соединений, концентрация которого при сердечной недостаточности, как правило, снижена. Через 6 месяцев уровень коннексина был намного выше в группе терапии стволовыми клетками, чем в контрольной группе. Очевидно, что пересадка стволовых клеток значительно улучшает функцию сердца у пациентов, перенесших шунтирование. Необходимо подтвердить эти результаты, определить оптимальное время инъекции, и изучить ее эффект на клеточном уровне.

Кавеолин играет большую роль в связывании холестерина и развитии атеросклероза. Кавеолин-1 представляет собой ре-гуляторный белок артериальной стенки, однако его роль в развитии человеческого атеросклероза была неизвестна. В лаборатории профессор Жерарда Пастеркампа изучалась связь между уровнем кавеолина и образованием артеросклеротических бляшек. Пониженное содержание кавеолина-1 наблюдалось в бляшках, полученных от больных с историей развития инфаркта миокарда и осложнений. Содержание выше среднего уровня наблюдалось при отсутствии новых сосудистых заболеваний в течение 30 дней после операции и тенденции к снижению числа сердечно-сосудистых осложнений после последующих мер. Эти клинические данные были подтверждены исследованиями на линии мышей с выключенным геном CAV-1. Данное исследование показывает, что кавеолин-1 может считаться новым потенциальным стабилизирующим фактором человеческого атеросклероза. Таким образом, с учетом большого числа обследованных пациентов, можно считать, что исследования кавеолина-1 — это перспективное направление для разработки методов лечения и профилактики атеросклероза.

Главная цель исследований лаборатории Линды Партридж, которая является одним из самых крупных специалистов в мире по генетике старения, — обнаружение и изучение генов и механизмов, которые определяют скорость этого процесса. При поддержке других лабораторий Партридж и ее коллеги пытаются изучить эволюционные аспекты старения. Большая часть работ проводится на дрозофилах и подкрепляется сравнительными исследованиями на C.elegans и мышах. Работа фокусируется также на изучении влияния ограничения питания и стрессоустойчивости. По результатам, снижение активности молекулярного сигнального пути жировых тканей может способствовать увеличению продолжительности жизни на 50 и более процентов. Мутации генов, отвечающих за белковые компоненты каналов, через которые поступают питательные вещества в организм, способствовали увеличению продолжительности жизни животных, на которых проводились эксперименты. Так как данные каналы существуют у всех представителей животного мира, исследования направленные на дальнейшее их изучение могут дать ключ к механизму понимания и практического осуществления продления жизни человека. Другие эксперименты лаборатории показали, что на долголетие в значительной степени влияет баланс аминокислот в пище. Сейчас они детальнее изучают этот вопрос. Недавние исследования этой группы показали, что изменение нескольких генов у круглых червей, дрозофил и мышей может способствовать значительному увеличению продолжительности их жизни, замедляя развитие многих заболеваний, связанных со старением.

При инфицировании производных от моноцитов дендритных клеток (moDC) парамиксовирусом Simian Virus 5 (SV5) наблюдается заметный цитопатический эффект и апоптоз. При этом полностью тормозится процесс созревания клеток. Использование толл-подобных рецепторов TLR-4 и TLR-6 уменьшало цитопатические эффекты и апоптоз клеток, но не изменяло уровень вирусных белков в клетке и продукцию вируса. Однако в присутствие ингибитора NFkB созревание клеток и уменьшение уровня апоптотических явлений блокировалось. Это свидетельствует о ключевой роли NFkB-сигнального пути в онтогенезе клетки. Подобные случаи были описаны и для некоторых других вирусов (например, вирус Ласса). Внутриклеточные механизмы, зависимые от NFkB-сигнального пути, могут быть использованы для создания вакцин в случае некоторых вирусных заболеваний. Остановка созревания клеток при вирусной инфекции, в частности Т-клеток, приводит к общему ослаблению иммунного ответа организма. Восстановление антигенной активности уже пораженных вирусом клеток иммунной системы за счет модуляции внутриклеточных сигнальных путей представляют значительный интерес для современной медицины.

Профессором Парк из Медицинского колледжа Сеульского национального университета была предложена новая концепция восстановления функций на основе возвращения чувствительности стареющих клеток к ряду веществ, включая факторы роста. Было показано, что фенотип старения, с которым ассоциируется гипореактивность и морфологические изменения, хорошо восстанавливается путем модуляции нескольких мембрано-связанных молекул, называемых привратниками, среди которых кавеолин — одна из основных молекул. Кавеолин является важнейшим компонентом кавеолы, ответственным за регуляцию передачи сигнала, эндоцитоз и перестройку цитоскелетов. Концентрация кавеолина строго связана с клеточной трансформацией при его истощении и с фенотипом старения при повышенной экспрессии. Поэтому простое снижение статуса кавеолина в стареющих клетках ведет к восстановлению чувствительности к стимулам, запускающим деление, и даже к восстановлению формы клеток. Таким образом, молекулы-привратники, представленные кавеолином, могут играть решающую роль в определении фенотипов старения. Результаты исследований свидетельствуют о том, что в борьбе со старением наряду с принципом замещения может применяться принцип восстановления для коррекции состояния стареющих клеток и организмов.

Группа доктора Парка выявила взаимосвязи уровня определенных адипоцитокинов с метаболическим синдромом у женщин в постменопаузе. Значимые различия концентрации в плазме крови были выявлены только для ТНФ-альфа, который оказывает модулирующее воздействие на углеводный, липидный обмен и влияет на многие другие факторы, вовлеченные в патогенез инсулинорезистентности. Доказана ключевая роль этого цитокина в генезе инсулинорезистентности, особенно в отношении развития ожирения, связанного с развитием диабета 2 типа. Содержание в сыворотке ТНФ-альфа может быть полезным биомаркером для диагностики метаболического синдрома у женщин в постменопаузе и потенциальной мишенью для геропротекторной терапии.