Биомедицина

Под руководством Синтии Лемер были проведены эксперименты по продолжительной иммунизации бета-амилоидным белком африканских зеленых мартышек Chlorocebus aethiops. У этих животных последовательность белка-предшественника бета-амилоидного белка сходна с человеческим вариантом, и при старении у этих обезьян также образуются внеклеточные амилоидные бляшки. Для объяснения положительного эффекта вакцинации было предложено несколько механизмов. 1. Антитела способны предотвращать агрегацию бета-амилоидного белка в фибриллы или разрушать уже сформированные структуры. 2. Антитела связываются с Fc-рецепторами на клетках микроглии мозга, вызывая фагоцитоз бета-амилоидного белка. 3. Антитела увеличивают выведение бета-амилоидного белка из мозга на периферию. Клинические испытания на людях были остановлены после развития у 6% пациентов, участвующих в исследованиях, менингоэнцефалита. Точные причины этого не установлены. Возможно, иммуноген распознается как ауто-антиген, что приводит к развитие аутоиммунного ответа у ряда пациентов. Исследования показали, что у иммунизированных обезьян происходит снижение уровня бета-амилоидного белка в ЦНС. Для решения этих проблем группа доктора Лемер работает над созданием гуманизированных антител и новых пептидных иммуногенов для иммунизации мышей и обезьян.

В лаборатории исследуется роль белка beclin 1 и аутофагии в супрессии развития опухолей и в увеличении продолжительности жизни. В перспективе: исследования роли аутофагии в антимикробной защите, в биологии рака, в регуляции клеточной смерти, в предотвращении старения и нейродегенеративных заболеваний. В лаборатории профессора Левин был открыт белок Beclin1 — основной активатор аутофагии. У нематод белок beclin-1 необходим для выживания при голодании. А у людей пониженная экспрессия белка beclin-1 в нервной системе приводит к повышенной вероятности болезни Альцгеймера. Beclin-1 содержит BH3 домен, который обеспечивает взаимодействие этого белка с антиапоптотическими гомологами белка Bcl-2. Таким образом, при образовании комплекса Beclin-1 /Bclингибируется аутофагия. Beclin1 играет центральную роль при образовании аутофагосом, а комплекс Bcl-2/Bcl-XLиграет важную роль как регулятор Beclin-1 зависимой аутофагии. Комплекс Bcl-2/Bcl-XL-beclin-1 — терапевтическая цель для активации аутофагии. При использовании веществ, разрушающих такой комплекс можно активировать аутофагию (например при лечении нейродегенеративных заболеваний) а при других заболеваниях желательно, напротив, ингибировать аутофагию, повышая устойчивость комплекса Bcl-2/Bcl-XL-beclin-1.

Лаборатория под руководством де Ланге открыла теломер-специфичный протеиновый комплекс, названный шелтерином (shelterin) и показала, что этот комплекс защищает двуцепочечные концы хромосом. Без шелтерина концы хромосом идентифицируются как двуцепочечные разрывы и эти «повреждения» репарируются. Проведенные в лаборатории Титии де Ланге работы по изучению белков TRF1 и TRF2 показали, что снижение уровня экспрессии теломер-связывающего белка TRF1, способно удлинять теломеры в теломераза-позитивных клеточных линиях при использовании интерферирующих РНК для ингибирования экспрессии белка TRF1 в культуре клеток. Этот подход может применяться для удлинения теломер, не используя повышенную экспрессию теломеразы. Однако данная работа ориентирована пока на клетки иммунной системы. В лаборатории также продолжается работа по изучению белков шелтерина. Ученые хотят выяснить, каким образом концы хромосом защищаются от «репарации». Ответ на этот вопрос прольёт свет на механизм ответа клетки на повреждения ДНК. Возможно, что с помощью данного механизма возможно увеличить продолжительность жизни клетки без риска неоплазии.

Группа профессора Лайтаулерса изучает причины нарушения функционирования митохондрий на молекулярном уровне. Конечной целью исследований является установление ключевых механизмов экспрессии митохондриальных генов через использование трансфекции. Пептидо-нуклеиновые кислоты (PNAs) представляют собой искусственно полученные полинуклеотиды, которые связываются с ДНК и РНК с высокой афинностью и специфичностью. Связываясь с мутантной ДНК митохондрий, PNA блокируют репликацию мутантной ДНК, не затрагивая репликацию ДНК дикого типа. Условием успешной генной терапии является захват и транспорт таких молекул внутрь клеток. В настоящее время эти механизмы остаются малоизученными. В лаборатории профессора Лайтаулерса при использовании конфокальной микроскопии был изучен захват пептидо-нуклеиновой кислоты, меченой биотином, культуральными клетками. Установлено, что после проникновения в клетку PNAs локализуются в цитозоле и ядре. При конъюгации PNAs с лидерным пептидом (пресиквенсом) субъединицы VIII цитохром оксидазы С человека, кодируемая ядерным геномом, показана способность пептидо-нуклеиновой кислоты, меченой биотином, проникать в изолированные митохондрии. Из-за трудностей, связанных с трансфекцией митохон- дрий, в настоящее время уже разработаны альтернативные подходы, применяемые в культуре клеток, для экспрессии митохондриальных генов в ядре клеток того же вида (аллотипическая экспрессия) и в ядре клеток другого вида (ксенотипическая экспрессия).

Известно, что при болезни Паркинсона в черной субстанции мозга ухудшается образование сосудов и снижается уровень фактора роста эндотелия сосудов (VEGF — это белок регулирующий рост сосудов). Однако не известно, оказывает ли процесс старения такой же эффект на стуктуры среднего мозга. Ученые из группы Хосе Луи Ла-бандейра использовали для эксперимента нетренированных крыс с возрастным снижением плотности микрососудов и уровня фактора роста эндотелия сосудов. Если животное старое, но в целом здоровое, то подобные изменения можно скорректировать с помощью физических упражнений. В то же время, такие возраст-зависимые изменения могут повысить уязвимость дофаминэргических нейронов и, как следствие, повысить риск развития болезни Паркинсона. Эффект восстановления плотности сосудов у здорового животного противоположен наблюдаемым и плохо обратимым изменениям при болезни Паркинсона. Другими словами, изменения при болезни Паркинсона — это не просто нарастающее, связанное с возрастом, ухудшение функций дофаминэргической системы. Понимание различий в механизмах нормального и патологического старения дает возможность влиять на процессы нормального старения, предупреждая возникновение нейродегенеративных болезней.

Болезнь Альцгеймера (БА) является наиболее известным заболеванием с формированием классических амилоидных отложений. Мутации ответственны за развитие заболевания в 2% случаев, тогда как причина развития спорадических форм не совсем понятна. Данные, полученные нейропатологами и генетиками, свидетельствуют, что при этом происходит потеря многофункционального рецептора LR11(нейронального рецептора аполипопротеина Е), также известного как SORLA и SORL1. Ранее было обнаружено, что мыши, мутантные по LR11 (c недостаточным синтезом этого рецептора), показывают тенденцию к повышению экспрессии бета-амилоида в головном мозге. В данном исследовании мыши с дефицитом LR11 были скрещены с трансгенными мышами, экспрессирующими человеческие гены, ответственные за развитие болезни Альцгеймера — пресенилин (presenilin-1) и белок-предшественник амилоида (APP). Джеймс Ла с коллегами показали, что дефицит LR11 значительно увеличивает уровень бета-амилоида и усугубляет раннюю патологию в этой модели болезни Альцгеймера у трансгенных мышей, вызывая ускорение в ее развитии, зависимое от дозы гена LR11. Потеря этого рецептора повышает скорость накопления продуктов метаболизма АPP. Авторы предположили, что рецептор LR11 регулирует процессинг и накопление бета-амилоида in vivo, а также то, что он важен для запуска патологического каскада реакций образования амилоида. Исследования на клеточном уровне позволяют предположить, что LR11 снижает образование бета-амилоидных отложений. Поэтому контроль над экспрессией рецептора LR11 может оказывать очень важное влияние на предрасположенность к развитию болезни Альцгеймера у человека.

В группе доктора Куэрво основное внимание уделяется белку LAMP-A. Этот белок является рецептором лизосом и способствует шаперон-зависимой аутофагии. С возрастом количество этого рецептора падает и, следовательно, эффективность шаперон-зависимой аутофагии снижается, а в цитоплазме клеток накапливается мусор — дефектные белки. В результате работ доктора Куэрво было показано, что введение 22-месячным мышам (этот возраст соответствует 80 годам для человека) рецептора LAMP2Aуменьшает количество дефектных белков в клетках и восстанавливает деятельность органов мышей. Таким образом, ученым удалось в буквальном смысле слова «омолодить» печень. Доктор Куэрво надеется, что ее открытие поможет создать препарат, который поможет справиться с уменьшением рецептора LAMP-2Aс возрастом и предотвратить или по крайней мере облегчить ход различных заболеваний, связанных со старением. Дальнейшей целью работы доктора Куэрво является создание лекарственных препаратов, которые помогут приостановить старение органов человека.

Ученые группы Курисавы Митоичи обнаружили, что механические свойства гидрогеля очень важны для клеточной пролиферации. Скорость пролиферации человеческих стволовых клеток мезенхимы возрастала с убыванием жесткости гидрогеля. Было установлено, что нейрогенез этих клеток зависит от жесткости гидрогеля при их культивировании в нем без каких бы то ни было биохимических сигналов. Клетки, которых культивировали три недели в гидрогеле с низкой жесткостью, экспрессировали больше нейронных маркеров, чем такая же культура, за тот же период времени, но в более жестком геле.

Нейрогенез клеток в гиппокампе взрослых особей играет важную роль после включения этих нейронов в функциональные сети. В ходе исследований, проведенных группой под руководством Риккардо Куппини, было обнаружено, что обучение взрослых крыс в водном лабиринте Мориса, также требовавшее серьезной физической нагрузки, стимулировало нейрогенез в зубчатой извилине гиппокампа и способствовало выживанию новых нейронов, даже при условии, что они еще не успели образовать синаптические контакты. Ученые пришли к заключению, что физическая нагрузка, контекстуально включенная в выполнение задания, подразумевающего исследовательское поведение животных, индуцирует синаптогенез в новых образовавшихся клетках гиппокам-па на ранних этапах их созревания. Вместе с тем, поиск способов стимуляции эффективного нейрогенеза у людей, стадающих нейродегенеративными заболеваниями — возможный путь повышения качества и длительности их жизни. Способность гиппокампа образовывать новые нейроны в ответ на обучение и комплексную нагрузку может быть положена в основу превентивной терапии нейродегенеративных нарушений у здоровых взрослых организмов.

Генистеин — изофлавоноид, входящий в состав сои, может иметь важное значение для профилактики распространения рака простаты. Предыдущие исследования показали, проинвазивный путь, известный как p38 митоген-активированная протеинкиназа (MAPK), стимулирует экспрессию матриксной металлопротеиназы-2 (MMP-2) и клеточную инвазию. MMP-2 была обнаружена в высоких концентрациях в ткани инвазивного рака простаты. Используя шесть линий клеток рака простаты, Ли Ксю (Li Xu) и Раймонд С. Берган (Raymond C. Bergan) установили, что генистеин связывается с активным сайтом белка, известного как митоген-активированная протеинкиназа-4 (MEK4). А сврхэкспрессия MEK4 увеличивает экспрессию MMP-2 и инвазию клеток всех линий. Ферментный анализ подтвердил ингибирование активности MEK4 генистеином. В рандомизированном исследовании 24-х пациентов с раком простаты у тех, кто подвергался воздействию генистеина, были обнаружены пониженные уровни MMP-2 в нормальных эпителиальных клетках предстательной железы. Таким образом, впервые было показано, что терапия генистеином связана со снижением уровня MMP-2 в нормальных клетках простаты, содержащих поражённые раком ткани.