Биомедицина

Плавающие мобильные элементы типа Mariner (MLEs) — широко распространенные транспозоны в геноме эукариот, включая человека. Для транспозиции in vitro требуется транспозаза, а если транспозиция происходит in vivo, то дополнительное влияние оказывают физико-химические факторы. Транспозиция Mos1, впервые открытая у Drosophila mauritiana, способна протекать in vitro при длине транспозона от 80 до 120 п.н. Однако, в работах лаборатории Карин Оже Гуиллу было показано, что высокая температура негативно регулирует транспозицию Mos1, в результате которой вырезанные продукты для транспозиции не способны реинтегрировать. Было также установлено, что сверхспирализация сайта встраивания транспозона, возможно, необходима для эффективности этого процесса. Перспективное направление изучения свойств Mos1 — использование его в качестве вектора для переноса генов.

Одно из направлений исследований группы Питера О`Брайена — поиск механизма, благодаря которому карбонил-удаляющие препараты препятствуют токсичности глиоксаля. Диабет является одним из заболеваний, которое связано с накоплением карбонилированных белков в тканях. Предполагается, что препараты, содержащие тиоловые или амино-функциональные группы, способны к удалению карбонильных групп путем захвата дикарбонилов глиоксаля и метилглиоксаля с образованием нетоксичных соединений. Группа Питера О`Брайена оценила цитопротекторное действие некоторых фармакологических препаратов и витаминов группы В при карбонильном и окислительном стрессах, имеющих место при диабете. Также было показано, что количество конечных продуктов усиленного гликозилирования в тканях и связанные с ними патологии уменьшаются благодаря применению витаминов B1/B6. Установлено, что тиамин (В1) лучше предотвращает гибель клеток, вызванную карбонильным стрессом и митохондриальными токсинами, тогда как В6 более эффективен в от-ношении окислительного стресса и перекисного окисления липидов. В более ранних работах, выполненных на крысах, было продемонстрировано, что дефицит тиамина приводит к увеличению карбонильных соеди-нений. Также Питером О`Брайеном с коллегами проведено исследование оценки цитопротекторных свойств экстрак-ов грецкого и лесного орехов. По выраженности защитных свойств от перекиси водорода, вызывающей гибель клеток, исследователи расположили экстракты в следующем порядке: метаноловый экстракт грецкого ореха > водный экстракт грецкого ореха > липофильный экстракт грец-кого ореха > водный экстракт лесного ореха > метаноловый экстракт лесного ореха. В результате было показано, что аминогуанидин, пеницилламин и цистеин в концентрациях, эквимолярных концентрации глиоксаля, предотвращают карбонилирование белков.

Уровень бета-амилоида в мозгу курящих пациентов с болезнью Альцгеймера достоверно ниже, чем у некурящих больных. Аналогичные данные были получены при изучении эффектов никотина на трансгенных мышах с повышенным уровнем предшественника амилоида. Для выяснения механизма, с помощью которого никотин регулирует процессинг предшественника амилоида (АPP), ученые группы Агнеты Норнберг измерили его уровень и уровень бета-амилоида в линиях клеток, экспрессирующих различные подтипы никотиновых рецепторов или не экспрессирующих их. Результаты исследований показали, что для специфических изменений в процессинге APP необходимо связывание вещества с сайтом связывания агонистов, а не активация рецептора. При этом блокатор открытых каналов мекамиламин снимал никотин-зависимое повышение уровня APP. Кроме того, в клетках, не экспрессирующих никотиновые рецепторы, изменения процессинга APP не наблюдалось, что свидетельствует о том, что описанные эффекты опосредованны воздействием на рецептор, а не прямым действием никотина на клетку. Полученные результаты могут быть использованы в разработке новых препаратов, снижающих уровень амилоида, путем воздействия на никотиновые рецепторы ацетилхолина.

Исследования научной группы Марка Нобла привели к открытию нового регуляторного механизма, посредством которого небольшое повышение в окислительном стату-се организма приводит к усилению разрушения рецепторов на поверхности клеток, которые необходимы для деления и выживания клеток-предшественников. Этот механизм был назван redox/Fyn/c-Cbl- механизмом. Он описывает общие принципы действия токсинов разной химической природы и объединяет биологию клеток-предшественников, токсикологию, редокс-биологию и анализ сигнальных реакций в организме. В поиске баланса между регенерацией и дифференцировкой клеток группа Марка Нобла обнаружила, что внутриклеточный редокс-статус является основным модулятором этого баланса в клетках-предшественниках астроцитов олигодендроцитов типа 2 (О-2А). При изучении О-2А прогениторных клеток из различных регионов мозга было обнаружено, что свойства этих клеток специфичны для каждого региона. При немедленном анализе клеток, выделенных из коры, обнаруживалось, что они обладали сниженными редокс-статусом по сравнению с клетками из зрительного нерва. У клеток из зрительной хиазмы способность к обновлению была промежуточной между клетками коры и зрительного нерва: эти клетки были более «восстановлены», чем клетки зрительного нерва, но более «окислены», чем клетки-предшественники O-2A из коры. Внутриклеточный редокс-статус недавно выделенных клеток-предшественников позволяет различать клетки с разной способностью к самообновлению, которые затем можно программировать в противоположных направлениях, добавляя проантиоксиданты.

Основные нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, характеризуются патологическим накоплением одного или более полипептидов внутри или снаружи нейронов. Важной задачей является исследование регуляции протеолитического процессинга и контролирования экспорта белков в аксоны и синапсы. Это два ключевых аспекта, определяющих судьбу нормальных и патогенных белков. Группой Ральфа Никсона обнаружено, что самой ранней патологической реакцией нейрона при болезни Альцгеймера является дисфункция эндосомно-лизосомной системы, а именно изменения эндоцитоза и нарушение транспорта протеаз в эндосомы. В модельных экспериментах было показано, что ранние эндосомы являются основными продуцентами токсичного бета-амилоидного пептида, что говорит об их вкладе в накопление бета-амилоида при спорадической форме болезни Альцгеймера. Методами генной инженерии и на моделях клеточных культур были выявлены последствия влияния дисфункции эндосомно-лизосомной и кальпаиновой системы на процессинг белков, связанных с болезнью Альцгеймера, рецептор-опосредованную передачу сигнала и механизмы гибели нейронов. На мышах было показано, что в случае болезни Альцгеймера ингибиторы кальпаина улучшают память и синаптическую передачу.

Джереми Николсон специализируется на применении физико-химических методов анализа для изучении метаболизма млекопитающих при низкокалорийной диете. Исследования, проведенные Джереми Николсоном совместно с Nestle Purina Research center, показали, чтоограничение калорий продлевает жизнь собакам, уменьшает риск диабета и метаболических нарушений. Возможно, это происходит из-за изменения в поведении микробов в кишечнике. По мнению профессора Николсона, нормализация микрофлоры кишечника, в частности, с помощью низкокалорийной диеты, снижает риск ожирения и заболевания диабетом. Микроорганизмы производят биологически активные вещества, которые могут влиять на процесс заболевания, снижать скорость метаболизма энергии организма хозяина. Группа Джереми Николсона также изучала метаболизм при долгосрочном ограничении калорий у нечеловекообразных приматов. Результаты исследований показали ослабление возрастных изменений метаболизма липопротеина и энергии при ограничении калорийности. Ученые предполагают, что ключевой механизм ограничения калорийности заключается в активизации транскрипционных изменений генов в тканях, которые регулируются рецепторами, активизированными в свою очередь пролифераторами пероксисом. Опыты, проведенные на 24 лабрадор-ретриверах, показали, что собаки, получавшие низкокалорийную диету, прожили в среднем на 1,8 года дольше, чем контрольная группа. Метаболический фенотип, найденный в этом исследовании, может использоваться для определения молекулярного профиля связанных с ограничением калорийности особенностей, способствующих здоровью и долговечности в симбиотических сверхорганизмах и человеке.

В лаборатории доктора Николич-Зугича основное внимание уделяется двум направлениям: исследование биологии цитотоксических Т-лимфоцитов и их роли в нормальном организме, при старении и при инфекциях, а также изучение старения иммунной системы и разработка методов коррекции этого процесса. В лаборатории Николич-Зугича изучается ограничение калорий как способ улучшения функционирования Т-клеток при иммунном ответе у долгоживущих животных. Исследования на долгоживущих приматах показали, что при калорической рестрикции у них повышается количество наивных Т-клеток и увеличивается разнообразие их рецепторов. Кроме того, судя по тому, что уменьшается продукция воспалительных цитокинов, снижается и количество старых Т-клеток памяти. Таким образом, калорическая рестрикция может «омолодить» стареющую иммунную систему приматов, приводя к уменьшению количества Т-клеток памяти в общем пуле.

Воспалительный процесс рассматривается как один из обязательных атрибутов при развитии раковых заболеваний. Исследования влияния интерлейкина-β (interleukin-1β, IL-1β) на α-субъединицу гипоксия-индуцируемого фактора HIF-1α, показали, что IL-1β регулирует HIF-1α в степени, способной привести к развитию физиологической воспалительной реакции в онкологическую реакцию. При этом происходит активация HIF-1-зависимого фактора роста сосудистого эпителия VEGF, находящегося под контролем NFkB. Таким образом IL-1β опосредует синтез NFkB-зависимой циклооксигеназы-2 (cyclooxygenase-2, COX-2), которая, в свою очередь, приводит к образованию простагландина Е2 (prostaglandin E2), доза-зависимого индуктора HIF-1α. Завершением этого каскада является развитие VEGF, необходимого для развития опухоли и метастаз. Из этого следует, что связь HIF-1альфа с NFkB- сигнальным путем является еще одним из факторов, ведущих к переходу физиологической воспалительной реакции в онкогенез.

Интересно, что при старении число антител может не меняться, в то время как изменения происходят на качественном уровне. В лаборатории доктора Нама показано, что при использовании вакцины на основе фрагментов Streptococcus pneumoniae для 6 серотипов из 7 был отмеченодинаковый уровень антител у пациентов молодого и пожилого возраста. В то же время опсонофагоцитарный тест показал, что активность антител, выделенных от пожилых пациентов хуже, чем у молодых. При этом увеличивается число неспецифических антител. Возможным объяснением уменьшения числа специфических антител могут быть нарушения в процессе синтеза В-клетками антител с увеличенным сродством к антигену во время иммунного ответа (affinity maturation). При изучении иммуногенности гриппозной вакцины было обнаружено, что возраст-зависимое уменьшение числа специфических антител сопровождается увеличением числа антител к двухцепочечной ДНК — это индикатор аутоиммунных поликлональных В-клеток. Наличие перекрестно реагирующих антител у пожилых людей показано также и для пневмококковой вакцины, что также приводит к снижению иммуногенности за счет уменьшения числа специфических антител. При старении продуцируется меньше антител, специфичных для активации патогеном или вакциной.

Кавеолин-1 (Cav1) регулирует многие раковые процессы, включая трансформацию клеток, рост опухоли, клеточную миграцию и метастазирование, а так же множественную лекарственную устойчивость и ангиогенез. Однако, существует как позитивное, так и негативное влияние кавеолина-1 на различные аспекты опухолевой прогрессии. Кавеолин-1, с одной стороны, может функционировать как супрессор опухоли, а с другой — является и прогностическим фактором в различных человеческих раковых клетках. Многолетние исследования показывают, что функции Cav1 взаимозависимы на стадии опухоли и экспрессии молекулярных эффекторов, которые влияют на его роль в опухолевой прогрессии.