Биомедицина

При лечении заболеваний сердца особое внимание уделяется методикам использования стволовых клеток для восстановления поврежденных тканей и органов. Однако при всей своей привлекательности применение этих методик имеет ряд ограничений. Основным из них является крайне неполное понимание механизмов пролиферации стволовых клеток. Ученые группы Даниела Мелдрума предположили, что присутствие фактора некроза опухоли альфа (TNF-alpha), эндотоксинов (LPS) либо гипоксия увеличивают производство и секрецию стволовыми клетками мезенхимы человека (VEGF), фактора роста фибробластов 2 (FGF2), инсулиноподобного фактора роста 1 (IGF-1) или фактора роста гепатоцитов (HGF). Как оказалось, ключевым фактором, задействованным в ответе стволовых клеток на внешние раздражители, является NFкB. Именно при его ингибировании происходит падение уровня этих факторов в клетке до 50%.Фармакологическая активация NFkB в стволовых клетках перед их трансплантацией пациенту может быть весьма полезна для усиления их паракринного эффекта за счет стимуляции продукции факторов роста и пролиферации клеток.

С возрастом увеличивается риск развития меланомы и рака кожи других типов. Лаборатория Эстелы Медрано занимается изучением регуляции старения и рака меланоцитов человека. Работа ведется по двум проектам. Первый направлен на изучение роли гистоновой ацетилтрасферазы p300/CBP и гистоновой деацетилазы HDAC1. В рамках другого проекта работа ведется по изучению роли белка SKI в. прогрессии меланомы. Эксперименты с использованием специфических белков, ремоделирующих хроматин, доказывают, что такой метод может привести к развитию новых терапевтических подходов к лечению рака.

Одной из многих причин, приводящих к прогрессии и развитию болезни Альцгеймера, является увеличение количества активных форм кислорода в нейронах. В исследованиях иранских ученых под руководством Надера Махсуди использовалась линия нервных клеток NT2 и хитозан. В ходе исследований было показано, что смерть клеток, индуцированная пероксидом, может быть остановлена с помощью хитозана. Исследователи показали, что хитозан осуществляет свои нейропротекторные функции, влияя на ряд факторов: Hsp-70, гамма-GCS и Nrf2. Хитозан не только защищает нейроны от клеточной смерти, но и уменьшает образование амилоидных бляшек. Таким образом, хитозан и его производные могут иметь потенциальную ценность, как нейропротекторные агенты.

Одним из объектов исследований группы профессора Мартина является белок-адаптор FE65 (APBB1), специфически связывающий внутриклеточную часть трансмембранного белка-предшественника бета-амилоида (АРР). Сам АРР способен протеолитически расщепляться по многим сайтам. Его расщепление с образованием альфа-расщепленного АРР эктодомена (sAPPа) и последующая его секреция является ключевым моментом для развития болезни Альцгеймера. В лаборатории Джорджа Мартина было показано, что основная изоформа FE65 (97-kDaFE65, p97FE65) может быть конвертирована при эндопротеолизе в 65-kDa обрезанный по N-концу С-концевой фрагмент (p65FE65). Район разрезания расположен сразу после кластера кислых аминокислотных остатков, но перед тремя основными доменами, ответственными за белок-белковые взаимодействия. Подобное расщепление очень часто встречается в клетках приматов и очень редко в клетках грызунов. В результате p65FE65 приобретает чрезвычайно высокое сродство к АРР (более чем в 40 раз выше чем p97FE65) и подавляет секрецию sAPPа (до 90%).Это может стать новой потенциальной мишенью при лечении болезни Альцгеймера. Основная изоформа белка-адаптера FE65 (p65FE65) является внутриклеточным медиатором в сигнальном каскаде, регулирующем секрецию белка-предшественника бета-амилоида у приматов.

Работая в области структурной биологии, группа исследователей под руководством доктора Марморштейна показала, что компонент обычного витамина В3, известного как ниацин — никотина-мид, способен связываться со специфическим сайтом на молекуле сиртуина Sir2 и ингибировать его активность. По сути, любое такое вещество «ингибирует ингибиторный эффект» никотинамида, из чего и получается активация белка. Ронен Марморштейн считает, что никотинамид-связывающий сайт, который обнаружили исследователи, является уникальным для сиртуинов, поэтому вещества, мишенью которых будет данный сайт, будут проявлять высокую специфичность. В связи с этим снижается риск нежелательных побочных эффектов. Это наблюдение предполагает, что вещества, которые предотвращают связывание компонента витамина В3, могут проявлять свое действие как активаторы сиртуинов.

Группе под руководством доктора Маркса удалось выявить целый ряд веществ, которые, целенаправленно действуя на деацетилазы гистонов, вызывают замедление роста, остановку дифференциации клеток, их апоптоз или гибель. В организме человека было открыто 18 HDAC, из которых 11 цинк-зависимые. Помимо гистонов цинк-зависимые HDAC могут деацетилировать ряд других белков, вовлеченных в регуляцию экспрессии генов, клеточную пролиферацию, апоптоз и клеточную гибель. Лаборатория Маркса разработала ингибитор цинк-зависимых HDACs — субероиланилид гидроксамовой кислоты (SAHA) (вориностат). Этот ингибитор эффективно подавляет рост и вызывает гибель клеток в культуре и подавляет рост опухолей в модельных организмах с малой токсичностью или вообще без нее. Лаборатория Пола Маркса изучает биологическую активность различных цинк-зависимых HDAC. Обнаружено, что уникальная цинк-зависимая деацетилаза гистонов HDAC6 имеет специфические субстраты, которые участвуют в апоптической клеточной гибели и миграции клеток. Лаборатория Пола Маркса занимается изучением роли деацетилаз гистонов (HDAC) и разработкой их ингибиторов, которые эффективны для остановки роста клеток и селективно вызывают смерть раковых клеток. В клинических испытаниях вориностат оказался эффективным в гематологии и солидных опухолях. В настоящее время группа доктора Маркса занимается разработкой селективных ингибиторов HDAC6 как перспективных методов для лечения рака и других заболеваний.

Цель исследований научной группы Джеффри Маргисона — изучить механизмы, с помощью которых химические вещества, вызывающих алкилирование агентов, проявляют биологический эффект в живых организмах. Эти виды агентов присутствуют в окружающей среде, но могут также быть произведены нормальными эндогенными клеточными процессами. Их биологические эффекты, включающие мутацию, злокачественное преобразование (канцерогенез) и смерть клетки, вызваны различными типами повреждения ДНК. Процессы репарации защищают ДНК от потенциально смертельных эффектов эндогенного повреждения. В организме человека эти процессы, видимо, защищают клетки от злокачественного преобразования, но, к сожалению, они могут также быть ответственны за сопротивление опухоли химиотерапии. Группа Джеффри Маргисона занимается разработкой стратегии улучшения эффективности терапии рака, с помощью влияния на конкретные процессы репарации ДНК. В результате был выявлен PaTrin-2, мощный ингибитор восстанавливающего ДНК белка, O6-алкилгуанин-ДНК-трансферазы. В лаборатории Маргисона также было идентифицировано семейство белков, связанных с алкилтрансферазами, которые были названы алкилтрансферазоподобными белками. Понимание процессов репарации ДНК может внести вклад и в предотвращение, и в лечение рака.

Группа доктора Мао занимается изучением белка MEF2 (myocyte enhancer factor 2), который является транскрипционным фактором, связывается с ДНК и необходим для выживания некоторых типов нейронов. Белок MEF2существует в четырех видах — А, В, С и D. Генетический полиморфизм по MEF2А является показателем риска болезни Альцгеймера. А высокое содержание в нейронах MEF2D — один из признаков болезни Паркинсона. Известно, что MEF2D является мишенью для аппарата шаперон-зависимой аутофагии. Особенностью метаболизма этого белка является зависимость его лизосомальной деградации от альфа-синуклеина, в том числе и дикого типа. Это приводит к накоплению MEF2D в клетке и к 40% снижению его функциональной активности (в избытке он плохо связывается с ДНК). Дополнительная экспрессия hsc70 снижает токсическое воздействие альфа-синуклеина и способствует транспорту MEF2D к лизосоме, что, в свою очередь, восстанавливает нормальное функционирование клетки. Таким образом, токсическое действие альфа-синуклеина может заключаться в блокировании аппарата шаперон-зависимой аутофагии на всех ее этапах. Выяснено, что мутантная форма альфа-синуклеина препятствует проникновению белка-мишени в лизосому, а альфа-синуклеин дикого типа — препятствует транспорту белка-мишени к лизосоме. Для эффективного лечения разных форм болезни Паркинсона и аналогичных нейродегенеративных расстройств необходимо точно выбрать мишень воздействия.

При сравнении биореакторов (систем для динамического культивирования клеток) разных типов — перфузионного и вращающегося (ротационного) — Сара Мантеро с коллегами показали преимущества ротационных конструкций. В модельных экспериментах по культивированию гладко-мышечных клеток аорты была подтверждена адекватность тубулярных вращающихся устройств для генерации ткани кровеносных сосудов. Под руководством Сары Мантеро был разработан двухкамерный ротационный биореактор, обладающий существенными преимуществами перед другими известными сложными биореакторными системами. Основными требованиями при создании этого биореактора были: способность проводить рост двух различных типов клеток до их созревания во всем объеме и поддерживать биомеханические и биологические свойства этих клеток. Выделенные аутологичные клетки дыхательного эпителия и мезенхимные стволовые клетки (дифференцирующиеся в хондроциты) были высеяны на соответствующие поверхности каркаса и культивировались на децеллюляризованном каркасе в биореакторе. Этот реактор был использован при создании биоинженерной трахеи для первой в мире клинической трансплантации, осуществленной в 2008 году в Барселонской клинике.

Группа Нобору Манабе изучает клеточные и молекулярные механизмы образования фиброзов на животных моделях. Лизилоксидаза — внеклеточный фермент, который играет ключевую роль в посттрансляционных модификациях коллагена и эластина. Лизил-оксидаза катализирует образование внутри- и межмолекулярных сшивок. Считается, что внеклеточный матрикс, пронизанный сшивками, очень устойчив к разрушающим ферментам. Поэтому ученые группы Нобору Манабе предполагают, что гиперэкспрессия лизил-оксидазы провоцирует дегенерацию фиброзной ткани. В исследовании использовали мышей с врожденным тубулоинтерстициальным фиброзом при гломерулонефрите. В результате выяснилось, что уровень лизил-оксидазы в почках мышей с наследственным хроническим фиброзом почек регулирует трансформирующий фактор роста бета1.