Биомедицина

Область научных интересов включает изучение роли поли-ADP-рибозилирования в репарации ДНК и старении и нейротоксичности прионовых белков. В 1992 году Бюкле в соавторстве с К. Грубе описал положительную корреляцию между активностью поли-ADP-рибозилирования (PARP1), индуцированного одноцепочечными разрывами ДНК, в периферических моноцитах и продолжительностью жизни у млекопитающих. В периферических моноцитах человека активность PARP-1 в 5 раз превышала активность PARP-1 в крысиных моноцитах за счет самоактивации путем рибозилирования фермента, уровень которого в 2 раза превышал содержание рибозилированной PARP-1 в клетках крысы. С возрастом активность PARP падает и у человека, и у крыс. С другой стороны, активность PARP в иммортализованных лимфоцитах, взятых у французских долгожителей в возрасте 100 и более превышала таковую в клетках представителей контрольной группы (возраст от 20 до 70 лет). Таким образом, высокая (и тщательно контролируемая) активность PARP может способствовать продлению жизни через супрессию геномной нестабильности и онкогенеза.

Известно, что дисфункция митохондрий, окислительный стресс, неправильное сворачивание белков, их агрегация и дисфункция протеасомной системы участвуют в развитии болезни Паркинсона. Шаперон hsp70 снижает уровень белков с неправильной конформацией, замедляет их агрегацию и защищает клетки от окислительного стресса. Кроме того, он обладает антиапоптотической активностью и способен блокировать токсичность альфа-синуклеина в модели болезни. Поэтому Бюелер с коллегами исследовали возможность применения hsp70 для генной терапии модели болезни Паркинсона у мышей (вызванной с помощью нейротоксичного вещества MPTP). С помощью аденоассоциированного вируса ген hsp70 был перенесен в дофаминергические нейроны. В результате было обнаружено значительное снижение гибели нейронов и прекратилось снижение уровня дофамина. Ученые пришли к выводу, что повышение активности шаперонов может быть использовано для лечения идиопатических форм болезни Паркинсона.

Популяция зрелых стволовых клеток в некоторых органах тела проявляет снижение регенеративных способностей с возрастом. Была показана возможность получения плюрипотентных стволовых клеток при перепрограммировании клеток пациента. Такие клетки, способные давать начало всем трём зародышевым листам, идентичны пациенту. Трансплантация орган/тканеспецифических стволовых клеток или терминально дифференцированных соматических клеток позволит улучшить функционирование повреждённых органов или тканей. Еще немного подкорректировав протоколы и условия культивирования, ученые смогут направленно дифференцировать гистосовместимые стволовые клетки в любой требуемый клеточный тип.

В лаборатории Эндрю Бэдли изучают, как вирусные белки могут модифицировать иммунный ответ клеток, а также возможности управления апоптозом клеток для терапии человеческих заболеваний. Лаборатория профессора Бэдли изучала процесс апоптоза нейтрофилов (это фагоциты, которые образуются в костном мозге).После того, как нейтрофилы попадают в очаг возбуждения, они быстро становятся сенесцентными, после этого возвращаются в костный мозг и подвергаются там апоптозу. Возвращением сенесцентных нейтрофилов в костный мозг управляет фактор, происходящий из клеток стромы (SDF-1), путем взаимодействия с CXCR4 — молекулой, которую экспрессируют сенесцентные нейтрофилы. Если по каким-либо причинам сенесцентные нейтрофилы не подвергаются апоптозу, они могут стать причиной различных аутоиммунных заболеваний. Выяснилось, что апоптоз сенесцентных нейтрофилов индуцировал рекомбинантный TRAIL. Ученые делают вывод, что теоретически рекомбинантный TRAIL может применяться для избирательного уничтожения стареющих нейтрофилов.

Основная тема научных исследований Рошель Буффенштейн — изучение голого землекопа — животного с пренебрежимым старением. Исследования включают в себя оценку возраст зависимых изменений в физиологии голых землекопов и их основных органах. В данный момент Буффенштейн и ее коллеги фокусируются на связанных с возрастом изменениях в мозге, костях, структуре и функциональных особенностях сердечной мышцы. Также они, используя молекулярные и биохимические технологии, тестируют на модели этих долгоживущих грызунов различные теории старения — теорию окислительного стресса, теорию, связанную с конеч-ными продуктами гликирования белков и теломерную теорию. Однако чувствительность клеток к стрессу эндоплазматического ретикулума указывает на то, что изменения, происходящие вследствие денатурирования белков, могут влиять на выживаемость клетки и скорость старения. Рошель Буффенштейн установила, что фибробласты (клетки соединительной ткани) голого землекопа устойчивы к воздействию кадмия, метилметан-сульфоната, температурного стресса и среды с низким содержанием глюкозы.

Баудевейн Бургеринг в сотрудничестве с Паулем Коффером открыл серин-треонин киназы ПКБ (PKB) как новую цель инсулиновых сигналов. С тех пор роль PKB / FOXO в передаче клеточных сигналов стала центральной темой его исследований. РКВ является целью воздействия PI-3 киназы и в качестве такого элемента целевым объектом Ras-опосредованной сигнализации. Однако большинство внеклеточных сигналов могут активировать этот путь независимо от Ras. РКВ киназа является основным посредником сигналов к выживанию, отвечающих за защиту клеток от смерти путем апоптоза. Кроме того, РКВ является посредником сигналов, индуцированных инсулином, которые регулируют клеточный метаболизм. Группой профессора Бургеринга было обнаружено, что киназы p70S6 и ГСК-3 фосфорилируются и регулируются РКВ. Недавно было установлено, что РКВ фосфорилирует и инактивирует транскрипционный фактор AFX, который, скорее всего, участвует в регуляции метаболических процессов. В ближайшем будущем группа профессора Бургеринга планирует продолжить поиск новых элементов, участвующих в РКВ-опосредованной сигнализации и выявить соответствующие гены, которые регулируются фактором транскрипции AFX. Также группа профессора Бургеринга:- обнаружила новый механизм регулирования FOXO посредством деубиквитинирующего фермента USP7/HAUSP (связанная с герпесом убиквитин-специфическая протеаза), который деубиквитинирует FOXO в ответ на окислительный стресс;- идентифицировала изомеразу Pin1 (белок, выделение которого часто повышается при раке) как новый отрицательный регулятор FOXO;- установила, что в качестве ключевого переключателя между различными АФК-чувствительными программами транскрипции выступает бета-катенин;- показала, что семейством транскрипционных факторов FOXO осуществляется прямой контроль экспрессии белка кавеолина-1. В настоящее время развивается идея, что сигнализация через РКВ / FOXO играет важную роль в процессе старения, и что неполное функционирование этой сигнализации вносит существенный вклад в развитие возрастных заболеваний, таких как рак и диабет. Развитие исследований в этом направлении позволит разработать методы контроля процессов деградации клеток и тканей при старении.

Ученые группы Ричарда Букалы изучают уровень накопления продуктов неэнзиматического гликозилирования у пациентов с различными возраст-зависимыми заболеваниями. В ходе исследования ученые определяли количество продуктов неэнзиматического гликозилирования у пациентов с обструктивным ночным апноэ (119 человек), не болеющих диабетом, среди больных диабетом второго типа (134 человека) и среди здоровых людей (234 человека — контрольная группа). В результате было обнаружено, что уровень продуктов неэнзиматического гликозилирования был увеличен в сыворотке крови пациентов с диагнозом апноэ в сравнении с контролем, но самым высоким уровень был среди больных сахарным диабетом второго типа. Интересно, что количество продуктов неэнзиматического гликозилирования коррелировало с длительностью ночных задержек, содержанием 8-изопростана в плазме (биохимический маркер оксидативного стресса), но не с уровнем глюкозы. Ученые также выяснили, что продукты неэнзиматического гликозилирования играют роль в воспалительных процессах, сосудистых патологиях, изменениях структуры стекловидного тела и нефропатиях, связанных с сахарным диабетом и процессами старения. Важность научной работы группы Ричарда заключается в детальном исследовании механизмов влияния продуктов неэнзиматического гликозилирования на иммунную систему, структуру сосудов, стекловидного тела, работу почек при старении и различных возрастных заболеваниях.

По мнению Энн Брюне, то, что фактор FOXO регулирует гены стрессоустойчивости и одновременно про-апоптотические гены — не парадокс. FOXO факторы могут организовать различные образцы экспрессии гена, в зависимости от интенсивности внешнего воздействия. Возможно, в мягких условиях они активизируют гены стрессоустойчивости, а когда интенсивность стимулов напряжения превышает некоторый порог — активизируют про-апоптотические гены. Также возможно, что FOXO факторы регулируют различные гены в различных типах клеток, вызывая апопотоз в некоторых из них (например, нейроны, лимфоциты) при стимуляции выживания в других. Важно, что индукция aпоптоза фактором FOXO может вызвать смерть поврежденных или неправильных клеток, поэтому способствует долговечности целого организма. Результаты исследований группы Энн Брюне показали, что: — фермент SIRT1 оказывает двойное воздействие на функции FOXO3: SIRT1 повышает способность FOXO3 вызывать у клетки устойчивость к окислительным стрессам, но препятствует способности FOXO3 вызывать гибель клеток. Таким образом, один из путей, которым белки семейства Sir2 могут продлить жизнь организма — это изолирование FOXO- зависимых ответов от апоптоза, не затрагивая связь этих ответов со стрессоустойчивостью. — FOXO факторы играют роль подавителя опухоли в разнообразных раковых образованиях. Эффективный контроль за деятельностью FOXO в ответ на стимулы окружающей среды может иметь решающее значение для предотвращения старения и возраст-зависимых заболеваний, включая рак, нейродегенеративные заболевания и диабет.

Хеликазы играют важную роль в поддержании стабильной структуры ДНК.Это стало очевидным, когда выяснилось, что некоторые синдромы, вызывающие преждевременное старение, возникают при отсутствии некоторых хеликаз. Так, например, синдром Вернера (Werner) характеризуется ускоренным старением, начиная с периода полового созревания. Продолжительность жизни людей с этим синдромом может достигать 30–40 лет, а смерть наступает при характерных для глубокой старости явлениях угасания функций либо от типичной возрастной патологии, включая рак, сердечную недостаточность, мозговые нарушения и другие заболевания. Синдром Блума (Bloom) возникает очень редко. Дети, страдающие этим заболеванием, рождаются очень маленькими и редко вырастают выше 1,5 метров. Они более подвержены инфекциям дыхательных путей и ушей, и у них выше риск заболевания определенными видами рака. При культивировании лимфоцитов и фибробластов таких больных обнаруживаются многочисленные хромосомные абберации. Так, например, RecQ хеликаза человека Wrn взаимодействует с ДНК-полимеразой и эндонуклеазой при эксцизионной репарации оснований. Исследования показали, что в клетках, в которых отсутствовал белок Wrn, продукты оксидативного стресса (8-оксо-2дезоксогуанин) накапливались быстрее. Ученые выяснили, что хеликаза RecQ необходима для создания «правильного» интермедиата при репликации ДНК. Хеликазы также способны взаимодействовать с белками репарации и влиять на их работу. Терапевтический контроль над уровнем хеликаз может стать одним из решений проблем старения и канцерогенеза.

Лаборатория Анне Брониковски изучает механизмы действия генов старения у рептилий, механизмы избегания рептилиями физиологического старения. Целью исследования широко распространенных видов змей сем. Colubridae было выяснение того, отражают ли физиологические параметры и уровень двигательной активности (последний коррелирует с выживаемостью у молодых змей) эволюцию продолжительности жизни у этих рептилий. При этом общий уровень метаболизма и эфективность работы митохондрий не зависели от продолжительности жизни. В последующих исследованиях было обнаружено, что врожденный иммунитет был выше у короткоживущего экотипа змей. При этом эти различия не объяснялись различиями в состоянии паразитной инвазии между экотипами. Кроме того, у обоих экотипов были обнаружены положительные корреляции между иммунитетом и размером тела/возрастом. Было обнаружено, что долгоживущие (> 15 лет) змеи обладают более высокой двигательной активностью и сниженной скоростью образования пероксида по сравнению с короткоживущими (< 10 лет).