Cell symposia: Aging and metabolism (Melia Sitges, Spain, 10-12 июля 2016)

Мутация в гене daf-2 (рецептор инсулиноподобного фактора роста) продлевает жизнь нематоде в 2 раза.

Механизм ускорения старения под действием daf-2, как предполагается, заключается в подавлении стрессоустойчивости.

daf-2 -| daf-16 -> SKN-1/NRF2, HSF-1 -> иммунитет, фолдинг и обновление белков, ECM. Как известно, основная причина смерти червей дикого типа — колонизация объектами их пищи — E. coli.

Физическая активность у животных daf-2 медленнее снижается с возрастом, однако период без движения (оценивается прибором WormTraker) до вымирания популяции в контроле составляет 15%, а у daf-2 — 33%.

Яйцеклетки с возрастом накапливают карбонилированные (окисленные) белки. Оплодотворение яйцеклетки сперматозоидом приводит к увеличению кислотности лизосом, активизации митофагии поврежденных митохондрий. В результате снижается образование свободных радикалов и уменьшается карбонилирование. Увеличение кислотности связано с повышением экспрессии гена лизосомальной протонной помпы v-ATPase. Репрессором экспрессии v-ATPase является фактор GLD-1. Его мутация снижает кислотность лизосом яйцеклеток (оценивали с помощью Lysotraker).

Джон Седиви (Brown University)

Мыши, гетерозиготные по мутации гена транскрипционного фактора myc (±) живут на 15% дольше. Они мельче в размерах, здоровее, меньшее количество генов меняет свою экспрессию при их старении, при этом смертность от рака у них не меняется, хотя myc является онкогеном. У них меньше остеопорозов, стенозов, фиброзов сердца, ниже синтез холестерина, выше уровень метаболизма и физической активности, они больше едят, выше соотношение наивных Т-клеток к клеткам памяти, соотношение АМФ к АТФ, выше активность AMPK, ниже активность S6K, биогенез рибосом и трансляция, меньше рРНК, а также IGF-1 в крови, снижено потребление клетками аминокислоты глутамина. Не изменяется уровень клеточного старения, глюкозы, инсулина, свободных радикалов, аутофагии, апоптоза. Снижение потребление клеткой аминокислоты глутамина усиливает окисление жирных кислот (расходование жировых запасов). Рапамицин увеличивает окисление жирных кислот.

Мэт Каберлейн (Вашингтонский университет)

Нейродегенерация на модели мышей с митохондриальным заболеванием синдромом Лея облегчается ингибитором a-глюкозидазы акарбозой, рапамицином и NMN. D то же время NR, тарколимус, метформин и аспирин не продлевают жизнь мышам с этим заболеванием. Рапамицин обладает выраженными побочными эффектами, к кторым относится язвы во рту, сыпь на коже, анемия, снижение числа тромбоцитов. Возникла идея проверить полезность курсов приема рапамицина. Такой способ применения снизил бы выраженность побочных эффектов. 

Трехмесячная ежедневная инъекция 8 мг/кг массы тела рапамицина старым мышам привела к увеличению продолжительности жизни самцов. 9x ITP transient исследование рапамицина увеличивало продолжительность жизни не только самцов, но и у самок мышей.

Мануэль Серрано (Испанский нацональный центр исследования рака).

Изучал 4K репрограммирование старых фибробластов кожи человека.

Старение-ассоциированный секреторный фенотип сенесцентных клеток (SASP) вызывает дедифференцировку и пластичность в делящейся ткани, способствуя тканевой репарации. Роль в репрограммировании клеток играет выделяемый при SASP цитокин воспаления IL-6. С одной стороны, образуемый сенесцентными клетками p16 в ответ на накопление повреждений ДНК подавляет их способность к делению и 4K репрограммированию, повышает риск сердечно-сосудистых заболеваний, сахарного диабета 2 типа, ожирения, глаукомы, болезни Альцгеймера, рака (по сути ген, связанный с наибольшим количеством болезней), с другой — выделяемый этими же клеткаи IL-6 способствует репрограммированию соседних клеток и регенерации тканей, например при поранении.

Сенолитики — соединения, прицельно уничтожающие сенесцентные клетки. К ним относятся navitoclax (ABT263) и nano-dox. Последний представляет собой нанокапсулы с доксорубицином, окруженные полигалактозой. Из-за большого числа лизосом и фермента бета-галактозидазы, соответственно, nono-dox прицельно убивает сенесцентные клетки. Nano-dox успешно проявил себя в лечении фиброза и в сенесценс-таргетной химиотерапии опухолей.

Генри Джаспер (Институт Бака)

При действии инфекции на стенки кишечника дрозофил в стволовых клетках активизируется JAK/STAT сигнальный путь и затем piwi, что способствует поддержанию тканевого гомеостаза и регенерации. Утрата piwi вызывает активизацию ретротранспозонов в кишечных стволовых клетках. В старых стволовых клетках кишечника как раз происходит активизация ретротранспозонов. Сверхэкспрессия piwi у мух подавляет нарушение дифференцировки стволовых клеток кишечника при старении. Напротив, Tor способствует дифференцировке стволовых клеток и тем самым — истощению их пула.

Дж. Дохла (Университет Хельсинки)

при делении мезенхимальных стволовых клеток человека наблюдается асимметричное распределение старых митохондрий. Дочерние клетки, теряющие такие митохондрии, более похожи на стволовые клетки, чем на дифференцирующеся. Митохондрии в клетке регулярно проходят циклы слияния (fusion) и расщепления (fission). Для сегрегации старых митохондрий при делении стволовой клетки необходимым является процесс расщепления.

Т. Хоппе (Кельнский университет)

Старение выражается в том числе в нарушении соотношения денатурированных и нормальных белков. Денатурированные белки подвержены агрегации, и их накопление увеличивает риски болезней агрегации. Ненужные клетке белки подвергаются протеасомальной деградации, которой предшествует прикрепление к белку убиквитиновой метки. Мутация в гене убиквитиновой лигазы CHIP приводит к снижению продолжительности жизни. CHIP связана с инсулиновой сигнализацией у нематод и дрозофил. У мышей с генотипом CHIP -/- наблюдается синдром ускоренного старения. Рецептор инсулиноподобного фактора роста daf-2 подвергается убиквитинированию. Стабилизация daf-2, предотвращающая его расщепление на протеасоме способствует сокращению продолжительности жизни. CHIP совместно с HSP70 обеспечивают протеостаз при стрессе.

Устные доклады 11 июля

Йенс Брунинг (Институт Макса Планка исследований метаболизма)
Нейроны гипоталамуса POMC и AgRP/NPY противоположным образом влияют на метаболический гомеостаз, пищевое поведение и массу тела. Они также влияют на выработку глюкозы печенью, липолиз, плотность костей, настроение и врожденный иммунитет. AgRT нейроны способствуют выработке миостатина, который в свою очередь обеспечивает системную устойчивость к инсулину. Метаболическое воспаление играет ключевую роль в регуляции поглощения глюкозы клетками.

Амита Сегал (University of Pennsylvania)

У человека возраст существенно влияет на суточные ритмы сна, отдыха и активности. В старом возрасте результаты актиграфии показывают существенное снижение актуальное время сна и «эффективность сна». Показатели «латентности сна», количество ночных пробуждений, фрагментация сна и частота дневного сна значительно увеличились в старых и старших возрастных группах. 

(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/12126998). Подобные же изменения выявляются на модели дрозофил. (http://www.pnas.org/content/103/37/13843.full). При старении дрозофил происходит ослабление выраженности и сдвиг ритмов по времени суток. У самок эффект такого сдвига более выражен чем у самцов. В то же время центральный осциллятор (экспрессия белка PERIOD в нейронах) остается робастным даже у самых старых мух. В то же время в целой мухе per-luc ритмы угнетаются при старении. 

(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3353743/). Утрата генов циркадных ритмов снижает продолжительность жизни, но не очень значительно. Мутация гена sleepless тоже уменьшает продолжительность жизни (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2771549/) Снижение уровня осцилляций светочувствительного белка CRYPTOCHROME (CRY) обнаруживается в головах старых мух как на уровне мРНК, так и на уровне белка. 

Восстановление его активности путем оверэкспрессии у старых мух во всем теле усиливает амплитуду генов циркадного механизма и продолжительность жизни, сверхэкспрессия только в центральной системе не дает такого эффекта (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3772985) Все это предполагает ведущую роль периферических нарушений ритмов при старении. Часы в периферических тканях с возрастом претерпевают спад. Действительно, периферические циркадные часы играют определяющую роль в изменении продолжительности при действии на мух ограничительной диеты (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26626459). Ограничительная диета увеличивает амплитуду цикла циркадных генов в периферических тканях, в частности tim. В свою очередь постоянное освещение снижает эффективность влияния низкокалорийной диеты на продолжительность жизни, по-видимому нарушая циркадные ритмы. Как и ожидалось, мутация в гене Clock тоже снижает эффективность влияния ограничительной диеты на продолжительность жизни. У мутантов tim снижается эффект воздействия ограничительной диеты на метаболизм жиров. Таким образом, ограничительная диета увеличивает продолжительность жизни через усиление суточных метаболическх циклов в периферических тканях (в частности циклов триглицеридов). У дрозофилы известны ритмы питания (мухи едят больше всего утром). Клетки мозга дрозофилы, вырабатывающие инсулиноподобный фактор роста, имеют выраженную суточную динамику электрофизиологической активности, от которой зависит их активность, а также экспрессия генов в жировом теле (аналог печени) мух. Для поддержания активного долголетия необходимо поддерживать в синхронизированном состоянии центральные и периферичекие циркадные ритмы.

Тамас Хорват (Медицинская школа Йеля)

Около 800 NPY/AgRP нейронов в гипоталамусе играют роль в эндокринной адаптации к низкокалорийной диете. Их функцию подавляет гормон жировой ткани лептин. В этих клетках гормоны влияют на жизненный цикл митохондрий. Грелин вызывающий чувство голода способствует расщеплению (fission) митохондрий. В то же время глюкоза и гормон сытости лептин — слиянию (fusion).

М. МакМанус (Пенсильванский университет)

Болезнь Паркинсона — нейродегенеративное заболевание, от которого страдают 1% людей старше 65 лет и 5% — свыше 80 лет. Его причиной считают гибель дофаминовых нейронов в черной субстанции головного мозга, связанное с накоплением агрегатов альфа-синуклеина в тельцах Леви. Центральную роль также отводят дисфункции митохондрий. В настоящее время выделяют несколько симптомов этого заболевания, предшествующих моторным нарушениям (тремору, ухудшению баланса тела и координации движений, замедления активных движений): нарушение фазы быстрого сна, замедление ЭЭГ, нарушение настроения (депрессия, тревожность), ухудшение восприятия запахов. На поздней стадии проявляются когнитивные нарушения.

P. Muñoz-Cánoves (UPF, CIBERNED, ICREA)

До тех пор пока мышечное волокно не повреждено, сателлитные клетки (стволовые клетки мышц) находятся в покоящемся состоянии. С возрастом наблюдается снижение регенеративных способностей мышц по внешним и внутренним по отношению к сателлитным клеткам причинам. Сателлитные клетки при этом из состояния покоя переходят в состояние сенесцентности, определяемое активацией гена p16. Молодые покоящиеся клетки отличаются высоким уровнем активности генов протеостаза (в частности, аутофагии). При старении в них происходит нарушение протеостаза и аутофагии. Рапамицин активизирует аутофагию в сателлитных клетках. Предобработка рапамицином улучшает приживление при пересадке этих клеток. Выключение аутофагии вызывает активизацию генов ингибиторов клеточного цикла и сенесценс. Антиоксидант Trolox снижает долю сенесцентных сателлитных клеток. Низкокалорийная диета уменьшает фиброз и активизирует аутофагию в сателлитных клетках.

Дэвид Сабатини (Whitehead Institute)

Рапамицин ингибирует высококонсервативную в эволюции киназу TOR через формирование комплекса с иммунофилином FKBP1A, который затем напрямую связывается с комплексом mTORC1, но не с mTORC2. Когда в клетку попадают аминокислоты, mTORC1 направляется к поверхности лизосом. Здесь формируется многобелковый комплекс, включающий в себя протонную помпу v-ATPase, Regulator, RagA, RagC, Rheb и собственно mTORC1. Активировать mTORC1 не могут одна или две аминокислоты. Он активируется под действием комбинации сразу трех: лейцина, аргинина и лизина. Лейцин участвует в анаболических процессах в мышцах, ощущении сытости и секреции инсулина.

У людей с индексом массы тела больше 30 в 1.5–2 раза выше частота колоректального рака. Высокожировая диета активирует PPARg, который через влияние на стволовые и прогениторные клетки способствует возникновению рака.

Дэвид Синклер (Гарвардская медицинская школа)

К старению ведет не повреждение, а реакция на повреждение. Пример — генетическая нестабильность, которая у дрожжей является следствием утраты эпигенетического сайленсинга. Причина старения — утрата аналоговой информации. Он также рассказал о роли NAD+ в долголетии:

P.L.J. de Keizer (Erasmus University Medical Center)
Повреждение ДНК приводят к образованию ДНК шрамов — эпигенетических структур, состоящих из белков FOXO4, PML и 53BP1. ДНК шрамы способствуют клеточному старению. Искусственно созданный пептид FOXO4 разрушает ДНК-шрамы, вызывая селективный апоптоз сенесцентных клеток. Таким образом он представляет собой сенолитик без побочных эффектов, присущих други сенолитикам. На модели мышей с помощью этого пептида удалось уменьшить количество сенесцентных клеток и подавить проявления старения, в частности поседение.

R. M. Anderson (University of Wisconsin)

Было проведено два многолетних исследования здоровья и долголетия обезьян при действии низкокалорийной диеты — NIA (Национальным институтом старения США) и UW (Университет Висконсина). В обоих работах уровень здоровья животных существенно возрастал. В первом исследовании продолжительность жизни не менялась, во втором увеличивалась. По мнению докладчика это связано с тем, что в первом случае ограничительную диету стали применять в ранней молодости, кроме того есть отличия по составу диеты (в первой использовали животный белок, во второй — растительный). Низкокалорийная диета оказывает свое действие, влияя на транспорт электронов в митохондриях, метаболизм митохондрий, биогенез рибосом, иммунитет и воспаление. Транскриптомные сигнатуры при низкокалорийной диете и у генетических долгоживущих моделей похожи. Это касается разных моделей — дрозофил, мышей, обезьян. Сигнатура долголетия одновременно является сигнатурой здоровья.

Вальтер Лонго (UCLA)

Ингибирование IGF-1/PKA сигналинга активизирует LT-HSC регенерацию в костном мозге. Аналогичный эффект оказывает голодание. При голодании активизируется транскрипционный фактор FOXO1, стимулирующий самообновление гематопоэтических стволовых клеток и стрессоустойчивость. FOXO1-|метилтрансфераза гистонов G9a->увеличение колчества HSPCs (human hematopoietic stem and progenitor cells). Эффекты, присущие голоданию, можно достичь особой диетой, имитирующей голодание (FMD). Ее применение в среднем возрасте на модели мышей способно увеличить продолжительность жизни на 11%. FMD при рассеянном склерозе уменьшает инфильтрацию ткани иммунными клетками и димиелинизацию нейронов спинного мозга. FMD уменьшает число аутоиммунных клеток, активность mTOR и PSTAT3, подавляет апоптоз олигодендроцитов и стимулирует их образование.

I. H. Jain (Massachusetts General Hospital)

Дефект митохондриальной дыхательной цепи вызывает синдром Лея. Полногеномный CRISPR скрининг факторов, защищающих от эффектов ингибирования дыхательной цепи, выявил ответ на гипоксию и Hif1a. Хроническая гипоксия улучшает выживаемость у генетической модели синдрома Лея на мышах. Маркером дисфункции митохондрий является высокий уровень лактата.

T. A. Rando (Стенфордский университет)

Науке известны удивительные примеры способности к регенерации: планарии, рыбка данио, хвостатые земноводные, сердце у плода человека, уши кролика, кожа у Foxn1-дефицитных мышей. Известно, что гетерохронный парабиоз (соединение кровеносных систем старых и молодых животных), восстанавливает способность мышц к регенерации в старости. Важно понять как регулируется покой и дифференцировка стволовой (сателлитной) клетки мышц (MuSC). В регуляции выхода стволовой клетки из покоя (фазы клеточного цикла G0) играет роль mTORC1. В старых клетках отмечается задержка выхода из G0. При активации сателлитных клеток индуцируется аутофагия, высвобождающая необходимые для роста дифференцирующихся клеток питательные вещества. Подавление аутофагии подавляет активизацию MuSC. В SIRT-1-дефицитных MuSC аутофагия подавлена. SIRT1->деацетилирование ATG7->аутофагия->нутриентные прекурсоры.

M. Hansen (Sanford Burnham Prebys Medical Discovery Institute)

Снижение IGF-1, mTOR, уровня нутриентов и митохондриального дыхания активизирует макроаутофагию. Во всех тканях с возрастом нематод наблюдается подавление аутофагии. Тепловой шок индуцирует фактор транскрипции HSF1, в том числе индуцирующий гены аутофагии. Увеличение продолжительности жизни при температурном гормезисе требует активность генов аутофагии, которая снижает количество агрегатов белков.

J. N. Feige (NIHS/EPFL)

Старение стволовых клеток мышц определяется не только внутренними, но и внешними причинами. Одной из таких выступает утрата синтеза фибронектина, компонента внеклеточного матрикса стволовой ниши, необходимого для прикрепления клетки. Старение подавляет фокальный адгезионный аппарат, что приводит к активизации p38 и ингибированию FAK, и способствует аноикису стволовой клетки, случаю клеточной гибели, которая наступает в ответ на неправильную адгезию клеток и матрикса. Искусственная экспрессия фибронектина восстанавливает адгезию и FAK/p38 сигнализацию в старых MuSC. При этом происходит активация FAK и подавление p38.

Анн Брюне (Стенфордский университет)

При старении наблюдается увеличение уровней цитокинов воспаления в крови. В культуре сенесцентных фибробластов также увеличивается доля цитокинов воспаления. При клеточном старении меняется метаболизм аргинина (предшественник креатина) и пролина (входит в состав коллагена). В тканях старых животных больше a-SMA-экспрессирующих клеток (α-smooth muscle actin), активированных для ранозаживления. Активированные фибробласты SWI/SNF-зависимым образом осуществляют SRF-зависимую транскрипцию и секретируют воспалительные цитокины. Старение увеличивает вариабельность способности фибробластов к перепрограммированию в iPS, то есть животные у которых берут клетки становятся более разными.

Эндрю Диллин (University of California at Berkeley)

Митохондрии произошли от рикетсий клады SAR11. В одной клетке человека обитает около 1000 митохондрий. У человека мтДНК кодирует 13 генов белков электроно-транспортнойцепи и 22 тРНК. Еще около 1500 митохондриальных белков кодируеся в ядре, что предполагает тесное митохондриально-ядерное взаимодействие. Нематоды с нокдауном генов ETC методом RNAi приводит к увеличению продолжительности жизни, но при этом замедляется развитие, снижается активность и репрродукция. Если этот эффект объяснять только замедлением метаболизма, он проявлялся бы при индукции в любом возрасте. Однако RNAi ETC (13 субъединиц комплекса IV) продлевает жизнь только если индуцируется на ранних стадиях развития, индукция у взрослых животных уже не дает эффекта. Выяснен механизм этого воздействия у нематод. RNAi ETC-> UPR (mt) -> деметилаза гистонов PHF8->продление жизни. У мышей PHF8 экспрессируется в гипоталамусе. Причем чем больше продолжительность жизни животного, тем выше активность PHF8. Стрессированные митохондрии выделяют альфа-кетоглютарат и Fe(II), которые попадают в ядро клетки и активируют PHF8 и JMJD-3.1 деметилазы гистонов, которые приводят к увеличению продолжительности жизни животного.

M. Segel (University of Cambridge)

С возрастом умньшается количество предшественников олигодендроцитов, что способствует демиелинизации нервных волокон

Мария Бласко

Линия мышей у которых теломеры в 2 раза длиннее, живут дольше у них реже частота рака. Фермент теломераза высокоэкспрессируется в первую неделю жизни, а затем ее экспрессия резко снижается

J. Auwerx (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne)

UPR (mt) приводит к деметилированию гистонов в ядре клетки и увеличению продолжительности жизни. Подавление экспрессии гена митохондриального рибосомального белка mrps-5 у нематод продлевает жизнь на 60%. Активность гистоновой деметилазы KDM5B положительно коррелирует с длительностью жизни у мышей.

E. Slagboom (Leiden University Medical Centre)

Признаками старения у человека являются коморбидность, полифармация и высокая гетерогенность по биовозрасту. Результаты лейденского исследования показали роль в качестве биомаркеров, связанных с риском смертности, диаметр LDL, цитрат, альбумин, VLDLD, триглицериды, MUFA, PUFA, тирозин, APO-A1, 3-гидроксибутират. Предиктором смертности также является «стерильное» воспаление.

D. Furman (Stanford University)

С возрастом происходит хроническое увеличение экспрессии генов инфламмасомы. Активность генов воспаления связана с жесткостью артерий, гипертонией и продолжительностью жизни. Маркерами уровней свободных радикалов являются уровни в плазме крови цистина и 8-изопростана. Аденин в крови является метаболитом, приводящим на модели мышей к увеличению артериального давления и воспаления. Активизация пурин/пиримидинового пути способствует воспалению и увеличению артериального давления.