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.

Научные интересы Кристиана Мюнца — изучение иммунного контроля постоянных вирусных инфекций, в основном, вируса Эпштейна-Барра (EBV), терапия аутоиммунных заболеваний. Естественные киллеры (NK) традиционно рассматривались как клетки, которые быстро убивают трансформированные и зараженные клетки, без предварительной активации. Это обеспечивает первую линию защиты до начала адаптивного иммунного ответа против развития инфекции и опухоли. Однако стало ясно, что NK взаимодействуют с различными компонентами иммунной системы, и поэтому имеют возможность функционировать как регулирующие клетки. Исследование иммунорегуляторных свойств NK позволило бы пролить свет на NK-опосредованный адаптивный и врожденный иммунитет, отслеживать NK-клетки в качестве маркеров при аутоиммунных болезнях и, возможно, разработать новые методы лечения.

Доктор Мэтсон исследует участие белка р53 и его мишеней (в частности, теломераз) в развитии нейродегенеративных заболеваний и сигнального пути апоптоза. Теломераза — это фермент, добавляющий особые повторяющиеся последовательности ДНК на концы хромосом в эукариотических клетках. Участки на концах хромосом называются теломерами, они не содержат кодирующей информации и укорачиваются при каждом делении клетки. Работа теломеразы — это своего рода компенсирующий механизм укорочения теломер и защиты хромосомы от повреждения. Теломераза состоит из каталитической субъединицы TERT, компонента РНК и ряда белков, ассоциированных с теломерами или теломеразами. Было показано, что белок TERT подавляет развитие апоптоза нейронов на ранних этапах клеточной гибели еще до развития дисфункции митохондрий и активации каспаз (белков, запускающих апоптоз). Ключевую роль в этом антиапоптотическом действии теломераз играет изменение активности онкосупрессора р53. Продукция p53 резко возрастает в ответ на различного рода повреждения — инсульты, повреждения ДНК, оксидативный стресс, перегрузку клетки кальцием и индуцирует синтез проапоптических белков. Более того, р53 может направленно вызывать апоптоз, действуя на уровне митохондрий в синапсах. еще до развития дисфункции митохондрий и активации каспаз (белков, запускающих апоптоз). Ключевую роль в этом антиапоптотическом действии теломераз играет изменение активности онкосупрессора р53. Продукция p53 резко возрастает в ответ на различного рода повреждения — инсульты, повреждения ДНК, оксидативный стресс, перегрузку клетки кальцием и индуцирует синтез проапоптических белков. Более того, р53 может направленно вызывать апоптоз, действуя на уровне митохондрий в синапсах.

Лаборатория Энтони Дж. Муслина занимается исследованиями сигнальной трансдукцией в сердце. Однако роль отдельных сигнальных белков в патогенезе сердечно-сосудистых патологий все еще не ясна. В исследовании группы Энтони Дж. Муслина изучалась роль MAPKs ERK (внеклеточная сигнал-регулируемая киназа), JNK (C-Jun N-терминальная киназа) и p38 МАРК в гипертрофии сердца, сердечной реконструкции после инфаркта миокарда, атеросклероза и сосудистого рестеноза. Существует несколько локальных медиаторов, таких как норадреналин, цитокины, ростовые факторы FGF1, которые после инфаркта миокарда активируют рецепторы трасмембранного и внутриклеточного каскада МАРК.Исследования показали, что активация MKKK-MKK3/6-p38α МАРК и ASK1-MKK4/7-JNK1/2 каскадов способствует патологическим перестройкам в сердце, таким как апоптоз кардиомиоцитов, торможение митоза кардиомиоцитов, воспаление и фиброз. Внутриклеточные МАРК (митоген активированной протеинкиназы) сигнальных каскадов, вероятно, играют важную роль в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний. Таким образом, разработка терапии, ингибирующей эти каскады, является перспективным направлением в лечении сердечно-сосудистых заболеваний.

Исследования генов долголетия, проводившиеся до сих пор, часто приводили к неоднозначным результатам из-за маленького числа долгожителей и проблем с поиском подходящей контрольной группы сравнения. Поэтому ученые разных стран объединились в исследовательский консорциум под названием «Когорты для изучения болезней сердца и старения в геномной эпидемиологии» (Cohorts for Heart and Aging Research in Genomic Epidemiology, CHARGE). Исследователям удалось объединить данные геномных исследований пяти крупных проспективных когортных исследований США и Европы, включая знаменитое Фрамингхэмское исследование. Размер полученной выборки позволил грамотно спланировать эксперименты по широкомасштабному сканированию генома в поиске ассоциаций генов с различными болезнями старения, а также с долголетием. До сих пор исследования по поиску генов долголетия основывались на сравнении долгожителей со сравнительно молодым контролем, относящимся к другому поколению, что вызывало сложности с трактовкой полученных результатов и создавало предпосылки для появления артефактов. Наличие генетического материала, полученного задолго до проведения геномного анализа, решает данную проблему. Участниками консорциума является несколько десятков ученых. Исследованием генов долголетия занимаются Джоанна Мурабито (медицинская школа Бостонского университета), Майкл Провинс (Университет Вашингтона в Сент-Луисе) и Элад Зив (университет Калифорнии в Сан-Франциско). В общей сложности были собраны данные о геноме 38000 человек. Ученые уже приступили к поиску генов, ответственных за дожитие до девяноста и более лет, проводя сравнение геномов долгожителей и лиц из того же когортного исследования, проживших менее 80 лет.

В лаборатории Поупа Моузли было проведено исследование регуляторной роли транскрипционного фактора HSF1. Ученые поставили цель — выяснить, какие механизмы стоят за индуцированной тепловым шоком экспрессии трансмембранного белка окклудина в культуре клеток Caco-2.Показано, что у больных, перенесших тепловой удар, содержание эндотоксинов в крови примерно в 1000 раз больше, чем у здоровых людей. Активация HSF1 вызывает усиленную экспрессию окклудина, которая полностью блокируется ингибитором HSF1 кверцетином. Нацеленная на HSF1 трансфекция siRNA вызвала тот же эффект. Таким образом, регулируя активность HSF1, можно будет быстро и эффективно бороться с гипертермией.

Фермент метионин-сульфоксид-редуктаза, А (MsrA) является главным компонентом механизма восстановления метионин-сульфоксидных модификаций белков в организме. Джейкоб Московитц и его коллеги предположили, что эти модификации белков могут предшествовать формированию белок-карбонильных производных. С целью выяснения биологической роли MsrA в метаболизме исследователи изучали нокаутированные по данному гену линии дрожжей и мышей. Выяснилось, что в клетках дрожжей активность фермента снижалась с возрастом культуры, что, очевидно, и приводило к накоплению карбонилированных белков. Аналогичные результаты были получены при исследовании функций MsrA у мышей. По сравнению с мышами дикого типа, мутанты были более чувствительными к окислительному стрессу, имели меньшую продолжительность жизни, а также накапливали большее количество карбонилированных белков при окислительном стрессе. Кроме того, у мутантных мышей наблюдались неврологические нарушения в виде атаксии. Снижение активности MsrA наблюдается также в мозге у людей, страдающих болезнью Альцгеймера, и это также приводит к накоплению карбонилированных белков. Дальнейшее исследование этой ферментной системы может быть перспективным для поиска путей воздействия на процесс карбонилирования белков. Таким образом, метионин-сульфоксид-редуктаза, А, вероятно, играет важную роль в процессе старения и неврологических нарушениях у человека.

Группа Алексея Москалева ведет исследования в области радиационной генетики и геронтологии. Группа Москалева изучала адаптивный ответ (изменение продолжительности жизни) у Dosophila melanogater на воздействие низкими дозами радиации. Эксперименты проводились на одной из линий мух дикого типа (Canton S) и на мутантных линиях — с мутациями в генах фактора теплового шока Hsf и генах белков теплового шока. Учеными было показано, что у линий дрозофилы с мутациями в генах Hsp и Hsf, радиационный стресс не оказывает стимулирующего действия на продолжительность жизни (не вызывает адаптивный ответ). Результаты исследований свидетельствует о том, что индукция белков теплового шока — один из первичных защитных механизмов в условиях стресса.

Значительный вклад в изучение стволовых клеток, их способности самовоспроизводиться и участвовать в регенерации тканей внесла лаборатория Шона Моррисона, ученые которой подробно описали симметричное и асимметричное деление стволовых клеток. При симметричном делении стволовая клетка себя копирует, производя при этом своего идентичного двойника. При асимметричном делении стволовая клетка даёт начало нескольким прогениторным клеткам, которые в свою очередь производят клетки определённой ткани, с уже предопределённой программой дифференцировки в клетки определённого типа. Механизмами того или иного деления можно управлять в культуре клеток in vitro, что открывает большие возможности использования их в целях регенерации тканей и клеточной терапии.

Профессор Моримото известен исследованиями по регуляции стресс ответа с участием белков теплового шока у животных и изучением функций молекулярных шаперонов в репарации повреждений белков. Он первым клонировал ген белка теплового шока человека в 1985 году. Одним из последних достижений группы профессора Моримото стало определение роли позитивной и негативной регуляции гена SIRT1(сиртуин 1). Транскрипционный фактор теплового шока HSF1 (Heat shock factor 1) необходим для защиты клетки от стресса, связанного с повреждением белков, сменой их конформации и старением. Учеными было обнаружено, что при ацетилировании этого фактора снижается его способность к связыванию с ДНК. Тогда как деацетилаза SIRT1 (фактор долголетия) поддерживает связывание HSF1 с промотором гена hsp70 путем сохранения деацетилированного состояния HSF1. Таким образом, открывается перспектива направленного влияния на продолжи-тельность жизни через регуляцию метаболизма этих белков. Устойчивость к стрессам и стабильность метаболизма тесно связаны с белковым гомеостазом и возрастом. У C. elegans эта устойчивость обеспечивается транскрипционными факторами HSF1 и FOXO DAF-16, которые предотвращают повреждения от неправильно уложенных белков и cпособствуют продлению жизни клеток. С помощью использования данных масспектрометрии и сравнительного белкового моделирования ученые группы профессора Моримото обнаружили, что ацетилирование HSF1 уменьшает афинность его связывания с различными промоторными последовательностями ДНК из-за нейтрализации положительного заряда серина ацетильной группой. Активность транскрипционного фактора HSF1 оказалась зависимой от SIRT1 — деацетилазы, гомолога Sir-2, находящейся под метаболическим контролем. Она также регулирует и другие транскрипционные факторы: FOXO, p53, nuclear factor-B. Таким образом, регулировать активность HSF1 можно с помощью деацетилазы SIRT1. Достичь этого можно в том числе и за счет специальной диеты.