Биомедицина

Коллагеновые волокна являются основной структурной поддержкой соединительной ткани. Их избыток или слишком малая активность коллагеназ приводит к увеличению плотности волокон и к формированию менее гибкой ткани. Наоборот, чрезмерная активность коллагеназ приведет к неуправляемой фрагментации коллагена, что сделает ткань более аморфной. Непосредственно ионы Mg2+ не взаимодействуют ни с молекулами коллагена, ни с TIMP-белками, поэтому важно было изучить эффект Mg2+ на активность коллагеназ. Ученые группы Ольги Громовой предположили, что дефицит Mg2+ должен приводить к повышению активности ММП (в частности, коллагеназ). В ходе исследования было выяснено, что вне зависимости от причин возникновения аномалии в структуре соединительной ткани ее состояние улучшается, если активности коллагеназ и эластаз, а так же биосинтетических ферментов глюкозаминогликанов (гиалуронансинтетаз, гиалуронидаз, β-галактозидаз) будут сбалансированы. По всей видимости, этот баланс достигается непосредственным эффектом воздействия адекватных доз ионов магния. Напротив, при дефиците Mg2+ синтез белков в соединительной ткани замедляется, активность ММП увеличивается, и внеклеточная матрица прогрессивно деградирует, так как структурная поддержка ткани (в частности, коллагеновые волокна) разрушается быстрее, чем синтезируется.

Установлено, что APOBEC3G (A3G) и родственные деоксицитидин дезаминазы представляют собой противоретровирусные факторы защиты. A3G экспрессируется как ферментативно активный с низкой молекулярной массой (НММ), так и ферментативно неактивный с высокой молекулярной массой (ВММ). В покоящихся CD4+ T клетках экспресссируется только A3G НММ. При активации Т клеток происходит накопление A3G ВММ и образование комплекса с массой от 5 до 15-MДa, чьи функции в настоящее время неизвестны. С помощью аффинной очистки, сотрудникам лаборатории Грина удалось выявить гранулы, транспортирующие РНК и рибонуклеиновые комплексы, которые являются атрибутом A3G ВММ. Анализ молекул РНК в данных комплексах показал, что они — Alu и малые Y РНК, которые представляют собой неавтономные мобильные элементы в клетках человека. Показано, что A3G значительно ингибируют L1-зависимую ретротранспозицию маркированных ретроэлементов Alu. И это происходит не через ингибирование L1, а через связывание Alu РНК в цитоплазматические комплексы отдельно от ядерной ферментативной системы L1. Результаты исследований говорят о том, что ретроэлементы Alu и hY являются естественными мишенями A3G, и показывают, как различные формы белка A3G защищают клетки от экзогенных ретровирусов и эндогенных ретроэлементов.

При синдроме Дауна развиваются некоторые нейропатологические признаки, характерные и для болезни Альцгеймера, включая спад когнитивных способностей и потерю холинергических маркеров в переднем мозге. Этот дефицит можно воспроизвести на мышах, с частичной трейсомией по 16 паре хромосом, что соотносится с генетическим сегментом человеческой пары хромосом No 21. Было выдвинуто предположение, что нейродегенерация зон переднего мозга человека с подобным нарушением генетического материала происходит вследствие окислительного стресса. Гипотезу подтвердили на мышах (Ts65Dn). Было выяснено, что окислительный стресс у взрослой мыши может быть приостановлен с помощью антиоксиданта — витамина E. Его применение также улучшает пространственную память, что, по всей видимости связано с ослаблением холинергической патологии нейронов в переднем мозге. На модели мышей была продемонстрирована принципиально безопасная и эффективная возможность коррекции нейродегенеративных состояний с ухудшением памяти с помощью витамина E.

При ряде возрастных заболеваний в иммунной системе накапливаются высоко специализированные CD28 эффекторные Т-клетки. Они занимают много места, не оставляя пространства для других Т-лимфоцитов. С накоплением избытка CD28(-) Т-клеток связывают снижение эффективности работы иммунной системы и ухудшение способности вырабатывать иммунологическую память в ответ на вакцинацию у старых особей. Поэтому можно предположить, что уничтожение CD28 Т-клеток может улучшить состояние стареющей иммунной системы и в какой-то степени «омолодить» ее. Перед учеными встал вопрос — не приведет ли уничтожение CD28 Т-клеток к «забыванию» иммунной системой ряда антигенов? На примере Т-клеток, «помнящих» эпитоп цитомегаловируса NLVPMVATV, исследователи показали, что Т-лимфоциты, помнящие этот антиген, присутствуют как во «вредной» популяции CD8(+)CD28(-) Т-эффекторов, так и в популяции молодых клеток памяти CD8(+)CD28(+). Соответственно, при встрече с антигеном клетки памяти могут рекрутироваться из популяции молодых клеток. Исследователи показали, что популяция CD28 клеток не содержит уникальных клонотипов, следовательно, можно разработать метод избирательной элиминации CD28 клеток, не опасаясь лишить иммунную систему памяти на ряд антигенов. И это поможет значительно улучшить состояние иммунной системы стареющих особей.

Голый землекоп — небольшой грызун, обитающий в Кении, Эфиопии и Сомали. Эти животные не болеют раком и живут в 10 раз дольше аналогичных видов (около 30 лет). Именно поэтому изучение уникальных свойств этого грызуна является важным для исследования механизмов старения, а также — противораковой защиты живых организмов. В 2009 году Вера Горбунова и Андрей Силуянов обнаружили у голых землекопов ген p16, который делает невозможным беспрепятственное деление клеток в их организме. Попытки вызвать мутагенез у животных приводили лишь к некоторому изменению клеточного роста, в то время как у обычных мышей от такого воздействия развивался рак. Кроме того, выяснилось, что фибробласты голого землекопа обладают повышенной чувствительностью к контактному торможению. Совместная лаборатория Веры Горбуновой и Андрея Силуянова проводит сравнительный анализ коротко- и долгоживущих видов грызунов; изучение противораковых механизмов у двух долгоживущих видов грызунов — голого землекопа и серой белки, а также у китов; изучение роли гомологов гена Sir2 (сиртуинов) в старении млекопитающих и восстановлении ДНК. В лаборатории Горбуновой и Силуянова с использованием клеток и тканей 18 видов грызунов с продолжительностью жизни от 4 до 30 лет — было показано, что репрессия теломеразной активности эволюционирует вместе с массой тела, а не с продолжительностью жизни. Подавленная теломеразная активность и репликативное старение появляются в процессе эволюции у видов с большими размерами тела как реакция на увеличение риска возникновения рака в результате роста количества клеток. Данное исследование стало первым экспериментальным подтверждением того, что давление отбора, возникающее в связи с угрозой рака, управляет эволюцией механизмов подавления опухолевого роста. Было также обнаружено, что у видов с небольшими размерами тела большая продолжительность жизни связана с появлением альтернативных механизмов, повышающих чувствительность клеток к условиям роста и замедляющих пролиферацию клеток в культуре. Предполагается, что гиперчувствительность клеток голого землекопа способствует исключительной опухолевой резистентности, наблюдаемой у этих животных. Долгосрочной целью исследований лаборатории является понимание механизмов, определяющих долголетие голого землекопа. В лаборатории Веры Горбуновой было изучено влияние клеточного цикла деления на ретротранспозицию в культивируемых клетках человека. В раковых клетках и первичной культуре фибробластов было отмечено ингибирование ретротранспозиции в фазах G1, S, G2, и M клеточного деления. Ретротранспозиция также ингибировалась в стареющих клетках первичной культуры фибробластов. Количество транскриптов L1 было значительно снижено в клетках, которые находились в состоянии неделения (arrested cells), указывая на то, что снижение уровня транскриптов L1 ограничивает ретротранспозицию в неделящихся клетках. Предполагается, что ингибирование ретротранспозиции в неделящихся клетках защищает соматические клетки от опасных мутаций, вызванных L1 элементами.

В лаборатории доктора Гоноса была разработана бессмертная клеточная линия фибробластов, полученная из эмбрионов крыс. Клеточная линия начинает проявлять признаки старения при инактивации Т-антигеном вируса SV40. Благодаря этому были клонированы несколько ассоциированных генов старения. Исследования показали особо важную роль одного из них — гена, кодирующего кластерин (аполипопротеин J).В настоящее время группа доктора Гоноса занимается разработкой способов увеличения продолжительности жизни клеточных линий за счет активации экспрессии субъединиц протеасомного комплекса (белкового комплекса, осуществляющего разрушение белков в конце их жизненного цикла).В лаборатории Гоноса осуществляли суперэкспрессию субъединицы beta-5 в клетках различных линий. Кроме того, на линии фибробластов эмбрионов человека WI38/T, было показано, что возрастание уровня сборки и функциональной активности протеасом можно добиться суперэкспрессией hUMP1/POMP белка. Как известно, данный белок участвует в сборке протеасомного комплекса. Стимуляция его экспрессии также приводила к увеличению устойчивости клеточной линии к различным оксидантам. Эксперименты показали, что суперэкспрессия субъединицы beta-5 повышала активность протеасом и приводила к увеличению продолжительности жизни.

Область исследований лаборатории Джефри Гимбла — выделение и характеристика зрелых стволовых клеток из жировой ткани и костного мозга, применение зрелых стволовых клеток для решения проблем регенеративной медицины. Стволовые клетки, полученные из жировой ткани (СКЖТ), сравнительно легко выделяются. Однако, есть большое количество данных, описывающих трофические эффекты СКЖТ, непосредственно связаны с секретомом СКЖТ и растворимыми факторами, найденными в нём. В секретоме СКЖТ можно идентифицировать фактор роста гепатоцитов, гранулоцитарный и макрофагальный колониестимулирующий факторы, интерлейкины 6, 7, 8, 11, фактор некроза опухоли-альфа, эндотелиальный сосудистый фактор роста, нейротрофические факторы, адипокины и многое другое. Ученые группы Джефри Гимбла проанализировали имеющиеся данные о секретоме СЖКТ и его воздействии на иммунную и центральную нервную системы, сосудообразование и сердечную регенерацию.

Лаборатория доктора Гилли изучает корреляцию укорочения теломер с воздействиями окружающей среды, включая физические и психологические факторы. Была исследована длина теломер у 686 (однояйцевые и разнояйцевые близнецы) ветеранов Второй мировой и Корейской войн в возрасте 73–85 лет. Длина теломер в лейкоцитах уменьшалась на 71 п.н. с каждым годом старения. Также была выявлена корреляция между сходными факторами окружающей среды и длиной теломер. Дополнительно было установлено, что у страдающих гипертензией и ишемической болезнью теломеры были значительно короче. Результаты показывают важность влияния факторов окружающей среды на длину теломер у пожилых людей. Оценка средней длины теломерных участков поможет понять основные механизмы динамики теломер человека в процессе развития, старения, а также с целью разработки методов лечения.

При сахарном диабете, а также с возрастом, наблюдается снижение экспрессии фермента лизил-оксидазы, что сопровождается увеличением уровня продуктов окисления лизина — аллизина (ALL) и конечного продукта окисления — 2-аминоадипиновой кислоты (2-ААА). При этом оказалось, что уровень обоих продуктов увеличивался у пациентов с возрастом и при прогрессирующем развитии катаракты. Однако у диабетиков в хрусталике происходило увеличение только одного из продуктов — аллизина. Группу доктора Гиблина заинтересовали механизмы возникновения таких различий. Хрусталики подопытных кроликов подвергали гипербарической оксигенации (насыщение кислородом под повышенным давлением). Далее с помощью массовой спектрометрии исследовали содержание ALL, 2-ААА. При оксигенации в ядрах хрусталика резко увеличивался только уровень ALL. Ученые предположили, что причина отсутствия роста 2-AAA — условия, при которых окисление лизина не осуществлялось до конечного продукта. Кроме того, образование маркеров окисления глюкозы и липидов при этом также не наблюдалось. Следовательно, при старении, как и при оксигенации, происходит каталитическое окисление лизина до дикарбонилов с участием ионов металлов, а не перекисное окисление до аскорбатов, на что указывало бы наличие 2-AAA.Это говорит о том, что применение хелатирующих агентов может способствовать замедлению старения хрусталика с возрастом.

Многочисленные исследования показывают, что C-Jun N-terminal киназы (JNK) причастны как к росту опухоли, так и к проявлению нейропатических болей. Группа профессора Петера Гернераизучала роль JNK в росте опухоли и проявлении боли в модели рака кожи. Было подтверждено, что рост опухоли был связан с активацией JNK в опухолевой массе, спинном мозге и периферических нервах. В ходе исследований животным была произведена инъекция пептида Д-JNKI-1 (селективного ингибитора JNK). В результатерост опухоли замедлился, а подопытные животные стали меньше реагировать на раздражение, что говорит об уменьшении болевых ощущений. В отличие от этого, инъекция морфина (5 мг/кг), обычно используемого как анальгетик на терминальной стадии рака, не ингибировала рост опухоли. Данные исследований показывают, что JNK ингибиторы, такие как Д-JNKI-1, могут быть использованы для лечения рака и болевых синдромов.