Биомедицина

Для достижения результата, учёные использовали сочетание двух приёмов: они выключили определённые гены (Ras2, Tor1 и Sch9) в клетках и посадили их на низкокалорийную диету. Лонго и его коллеги выключили данные гены у дрожжей, добившись огромного роста срока жизни — до 10 недель, вместо «стандартной» одной недели. Исследователи также обнаружили, что для продления жизни дрожжей необходима серин-треониновая киназа Rim15.Авторы эксперимента объясняют эффект продления жизни так: обычно организм направляет энергию на рост и развитие, что, однако, приводит к появлению генетических ошибок. Выключение генов Ras2, Tor1 и Sch9 наряду с ограничением калорий, заставляет организм переключать свои усилия с роста (размножения клеток) на «консервацию» — защиту ДНК в клетках.

Одним из потенциальных способов снижения иммунного ответа организма, как при пересадке органов и тканей, так и при переливании крови, является вакцинация с использованием клеток, представляющих антиген (APC). Они несут на своей поверхности чуждый для организма антигенный комплекс вместе с главным комплексом гистосовместимости, что способствует увеличению иммунологической толерантности организма и снижает риск развития аутоиммунных заболеваний. Потенциальным кандидатом на роль АРС являются зрелые дендритные клетки (DC). Незрелые DC менее эффективны и могут вызывать избыточную иммунологическую толерантность. Использование лекарственных препаратов (дексаметазона или витамина D3) способно восстанавливать иммуногенность дендритных клеток. Кроме того, в ходе исследований группы Джованны Ломбардивыяснилось, что еще одним модулирующим толерогенность DC препаратом является аспирин. Под его воздействием ингибируется каскад NFkB сигнального пути и значительно изменяется продукция цитокинов, снижается экспрессия ко-стимуляторных молекул (CD40, CD80 и CD86) и возрастает экспрессия иммуноглобулин-подобного транскрипта 3 (ILT3), сохраняющаяся впоследствии и при созревании клетки. Таким образом, дендритные клетки, прошедшие предварительную обработку аспирином, модулирующим их NFkB сигнальный путь, пригодны для стимулирования производства организмом Т-клеток, толерантных к нужному антигену.

В лаборатории доктора Локандвала изучается роль окислительного стресса в сердечно-сосудистых заболеваниях. Ученые изучили воздействие физической нагрузки (с помощью специальной беговой дорожки) на маркеры окислительного стресса у старых крыс. Исследователи показали, что в результате физических упражнений у старых крыс повышается содержание транскрипционных факторов, индуцирующих экспрессию белков защиты от активных форм кислорода. Таким образом, ученые сделали вывод, что физические упражнения уменьшают последствия окислительного стресса при старении.

Основное направление в работе лаборатории профессора Михаеля Лисанти — изучение роли кавеолина-1 в нормальной и патогенной сигнализации при развитии опухолей. Работа лаборатории в течении последних десяти лет показывает, что кавеолин-1 функционирует в качестве «тормоза» во время проведения сигнала, что сродни другим супрессорам раковой опухоли. Ученые показали, что функциональная потеря одного-единственного гена достаточна, чтобы защищать от рака молочных желез. Кавеолин-3 локализован в мышечных клетках, в том числе и в миоэпителиальных клетках молочной железы. Изучался фетотип мышей CAV-3 (-/-) NULL, т. е. лишенных кавеолина-3. Его удаление вызывало состояние, похожее на начальные стадии лактации. Имплантировав опухолевые клетки, ученые продемонстрировали, что CAV-3 (-/-) мыши защищены от образования опухолей молочных желез, возможно, как раз за счет образований лактогенной среды. В текущих исследованиях планируется разработка новой терапии с помощью лактогенной среды для профилактики и лечения рака молочной железы человека.

Фундаментальным можно считать исследование лаборатории Линдквист, касающееся изучения роли Hfs1 в развитии рака. Для одного из экспериментов были взяты мыши дикого типа (Hsf1+/+) и мыши с инактивированным геном Hsf1 (Hsf1-/-). Затем обе мыши были подвержены действию мутагена, вызывающего кожные опухоли. Мыши Hsf1-/- оказались гораздо более устойчивы к этому воздействию, чем мыши Hsf1+/+.Также было показано, что посредством HSF1 усиливается пролиферативная активность клеток в ответ на различные онкогенные стимулы, регулируется трансляционный метаболизм и метаболизм глюкозы в клетке. Из результатов исследований становится понятно, что HSF1 выполняет противоположные функции в развитии сложных заболеваний. Он значительно усиливает онкогенез, но, в то же время, обеспечивает защиту от ишемической болезни сердца, нейродегенеративных заболеваний и различных физиологических процессов, затрагивающих продолжительность жизни и старение. Терапевтическая индукция HSF1-зависимого ответа на стресс, используя ингибиторы Hsp90 и целастролоиды, используется для лечения ишемической болезни сердца и нейродегенеративных заболеваний, таких как болезни Хантингтона и Паркинсона. Однако и этих побочных эффектов можно избежать, если подбирать соединения, не способные пройти через гематоэнцефалический барьер. Эти результаты имеют огромный потенциал для терапевтического применения активаторов и ингибиторов HSF1. Ингибирование активации HSF1 может обеспечить многоуровневую защиту от рака и стать незаменимым профилактическим средством, но может усилить вероятность развития нейродегенеративных заболеваний и старения.

Белки семейства Sir2 (сиртуины) представляют из себя эволюционно консервативные NAD(+) (никотин-амидадениндинуклеотид)-зависимые деацетилазы белков и АДФ-рибозилазы, играющие важную роль в стрессовых реакциях, транскрипции генов, клеточном метаболизме и долголетии. Новейшие исследования также позволяют предположить, что сиртуины являются нижележащими мишенями ограничения калорийности, которые играют свою роль в увеличении продолжительности жизни NAD(+)-зависимым образом. Ограничение потребления калорий повышает продолжительность жизни у многих видов и улучшает состояние при многочисленных возрастных заболеваниях, таких как различные типы диабета и рака. Работа группы Су-Джу Лин была сфокусирована на изучении сиртуинов и метаболизма NAD(+) на генетически податливой модельной системе, пекарских дрожжах Saccharomyces cerevisiae. Эти исследования выявили ключевые метаболические факторы долголетия в сигнальных процессах ограничения калорий и путях биосинтеза NAD(+), которые также могут вносить вклад в регуляцию активности сиртуинов. Многие компоненты этих путей являются консервативными как у дрожжей, так и у высших эукариот, включая человека. Понимание механизмов действия ограничения калорийности и регуляции сиртуинов предоставит возможность проникнуть в суть молекулярных основ возрастных метаболических заболеваний. Таким образом, эти открытия помогут пролить свет на механизмы, лежащие в основе метаболических возрастных заболеваний и, возможно, старения человека в целом.

Группа под руководством профессора Лилоглу занимается изучением нарушения механизмов метилирования ДНК в раковых клетках человека и возможной роли гипометилирования в процессах ретротранспозиционной нестабильности генома. LINE-1 и Alu — ретротранспозоны без длинных концевых повторов (non-LTR retrotransposons) — активно метилируются в опухолях человека. С помощью пиросеквенирования в лаборатории профессора Лилоглу были изучены уровни метилирования ретротранспозонов LINE-1 и Alu в 48 типах клеток карциномы. Было показано, что в этих клетках значительно снижен уровень метилирования данных последовательностей. Генетическую нестабильность тестировали с помощью флуоресцентных микросателитных маркеров, расположенных на раковых клетках легких. Было установлено, гипометилирование обоих элементов связано с повышенной нестабильностью генома. Таким образом, показана очевидная связь между гипометилированием мобильных элементов и генетической нестабильностью в клетках карциномы. В настоящее время деметилирующие агенты активно проходят клинические испытания, а более глубокое понимание процессов реактивации ретротранспозонов поможет сделать прорыв в лечении рака.

Лаборатория Роджера Лижнена изучает роль фибринолитической систем (плазминоген/плазмин) и системы матриксных металлопротеиназ (MMPs) в повреждении сосудов, атеросклерозе и ожирении. In vitro дифференцирование нормальных или генетически измененных эмбриональных стволовых клеток — перспективная модель для изучения ранних стадий развития адипоцитов и идентификации регуляторных генов, включенных в ассоциации мультипотентных стволовых клеток мезенхимы. Это необходимо для понимания основ происхождения адипобластов (клеток, которые превращаются в зрелые адипоциты) и достижения терапевтических результатов в борьбе с ожирением. Жировая ткань оплетена густой сетью капилляров и сосудов, а значит, возможна регуляция через ангиогенез — процесс образования новых кровеносных сосудов в ткани. В лаборатории Роджера Лижнена была показана значительная роль протеолитической системы во взаимосвязи жировой ткани с ангиогенезом. Регулирование этого процесса ведет к изменениям в развитии жировой ткани.

Гиппокамп тесно связан с функцией памяти и биохоимическими изменениями в процессе старения. В некоторых структурах гиппокампа в ранние постнатальные сроки (1, 3 месяца после рождения) был обнаружен белок кальбиндин D-28k, связывающий ионы кальция. Ученые провели исследование возрастзависимых имуннореактивных изменений кальбиндина в гиппокампальных областях CA1 и CA2 у песчанок и выяснили, что его наличие заметно возрастает к третьему месяцу после рождения, после чего — уменьшается. Концентрация кальбиндина возрастала в зубчатой извилине гиппокампа, граннулярных клетках, мшистых волокнах. Через 24 месяца после рождения количество кальбиндин имуннореактивных нейронов (+) было минимальным. Было высказано предположение о зависимости концентрации этого белка в нейронах мозга и активности развития кишечника песчанок, достигающего своего максимального диаметра к третьему месяцу после рождения. Данные о возраст-зависимых изменениях кальбиндина в нейронах могут быть соотнесены с возможностью контроля за его концентрацией и функциями во взрослом организме с целью его омоложения.

Ученые группы Гюнтера Леппердингера изучали способности к дифференцировке и пролиферативной активности мезенхимальных стволовых клеток (МСК) костного мозга в зависимости от возраста мыши, а также возможное участие ниши МСК во влиянии на свойства этих клеток. Мезенхимальные стволовые клетки выделяли из мышей трех различных линий — короткоживущей (SAMP6 — 9,7 месяца), среднеживущей — (SAMR1 — 16,3 месяца) и долгоживущей (C57BL/6 — 28 месяцев). Ученые исследовали колониеобразующие единицы костного мозга и выяснили, что эти клетки обладали сходными характеристиками in vitro вне зависимости от продолжительности жизни организма. В то время как данные по генетическому анализу in situпоказали различия в экспрессии множества генов в нишах мезенхимальных стволовых клеток, изменение эксперссии генов различалось практически в два раза. Таким образом, было доказано, что мезенхимальные стволовые клетки не изменяют своих характеристик с возрастом, но испытывают сильное влияние стареющего микроокружения (ниши).