База данных исследований по борьбе со старением

Результаты исследований группы профессора Эппле показывают, что снижение эффективности работы митохондрий (но не их количества) играет важную роль в ухудшении аэробных функций скелетной мускулатуры при старении. Интересным фактом является то, что длительные ограничения калорийности снижают сокращение скелетной мышечной массы и ее аэробной функции по мере старения. Группа Рассела Эппле сравнивала уровень окисления белков и компонентов протеасомного пути при избыточном кормлении и при ограничении калорийности питания на примере подошвенной мышцы (musculus plantaris) крыс. Оказалось, что при ограничении калорийности с возрастом у крыс не наблюдалось накопления карбонилированных белков, характерных для крыс без ограничения кормления. Параллельно с возрастом в обоих случаях возрастали уровни убиквитин-лигаз MuRF1 и MAFbx, хорошо известных участников сигнального каскада, приводящего к развитию мышечной атрофии. С другой стороны, химотрипсиновая активность протеасом с возрастом увеличивалась только в случае ограничении калорийности, при том, что экспрессия протеасомной субъединицы С2 возрастала одинаково в обеих группах. Также интересно, что у самых старых животных обеих групп мышечная масса была ниже, чем этого можно было бы ожидать исходя из уровня их протеасомной активности. Таким образом, одной из главных задач является выявление молекулярных механизмов, посредством которых ограничение калорийности защищает функции митохондрий при старении. Также предстоит выяснить в какой степени физические нагрузки могут имитировать этот защитный эффект. Результаты исследований показали, что ограничение калорийности способствует снижению уровня модифицированных белков и осуществлению протеасомного сигнального пути. Это может иметь большое прикладное значение, так как продемонстрирована связь ограничения калорийности и замедления развития мышечной атрофии. Необходимо дальше изучать молекулярные механизмы этих эффектов.

Уильям Эндрюс был одним из первооткрывателей одновременно РНК и белкового компонентов в теломеразе человека, и был удостоен за эту работу Национальной премии за лучшую инновацию. Сейчас он сфокусирован на исследованиях, направленных на индуцирование экспрессии генов, задействованных в работе теломеразы.Под его руководством проводится скрининг веществ, которые способны активировать ген, препятствующий укорочению теломер в соматических клетках человека. Несколько лет назад Эндрюс и его коллеги внедрили ген теломеразы в клетки кожи человека, у которых были очень короткие теломеры. За-тем эти клетки имплантировали для выращивания в кожу на спине мыши. Кожа, сформированная из клеток без гена теломеразы, выгладела старой, морщинистой, хрупкой. Кожа, выращенная из клеток, в которые был внедрен ген теломеразы, выглядела молодой. Показатели уровня экспресии генов соответствовали молодому возрасту. В ноябре 2008 года была опубликована работа, в которой описывался процесс создания клонированной мыши из клеток, содержащих внедренный ген теломеразы и продуцирующих фермент теломеразы. Было показано, что эти мыши жили дольше на 50%, по сравнению с клонированными мышами, созданными из клеток, не содержащих этот ген. Тогда стало ясно, что предотвращение укорочения теломер, возможно, лучший путь для создания антивозрастной терапии.Внедрение гена напрямую в ДНК, используя вирусные векторы, – не очень жизнеспособная идея, поскольку это может вызвать рак. Однако ген теломеразы уже существует во всех наших клетках, поскольку ДНК всех клеток идентична – мышцы, кожа, печень содержат одну и ту же генетическую информацию. Причина, почему соматические клетки, в отличие от репродуктивных, не продуцируют теломеразу, в том, что у них этот ген подавлен. Есть один или два участка ДНК, соседствующих с геном теломеразы, которые связывают продуцируемый ими белок, и если это происходит, то клетки не могут создавать теломеразу. Подобные вещества недавно были открыты. Один из них ТА-65 – в Кор-порации Герон и на данный момент лицензирован Sierra Sciences. Эта компания, используя роботизиро-ванный высокоскоростной метод сканирования веществ, обнаружила около 200 веществ в 29 различных группах лекарственных препаратов, которые индуцируют теломеразную активность в нормальных клетках.Но «совершенное» лекарство, под-ходящее человеку, еще не найдено. Ни одно из веществ не индуцируют теломеразу в достаточно больших количествах, чтобы увеличить продолжительность жизни клетки. Некоторые – токсичны (кроме ТА-65).Предполагается продолжить скрининг (примерно 4000 веществ в неделю), провести сравнительные исследования отобранных веществ и на основе этого создать препарат, продлевающий жизнь соматическим клеткам человека. На данный момент отобрано 33 вещества, которые могут стать основой для препарата, блокирующего супрессию «гена теломеразы». Однако подавленный белок можно «выманить», используя маленькие молекулы, которые воздействуют на этот супрессор и не дают ему атаковать ДНК. Если будет найдено подходящее вещество, содержащее эти молекулы, то это, возможно, «включит» теломеразную активность в каждой клетке человеческого тела.

Вопреки распространенному мнению о статичности мозга млекопитающих, процессы нейрогенеза во взрослом, зрелом мозге оказались реальностью. К нейрогенезу способны лишь некоторые зоны мозга взрослого организма (обонятельная луковица и зубчатая извилина гиппокампа), вместе с тем, в разных частях зрелого мозга может существовать достаточно большое количество стволовых клеток предшественников. Джейсон Эмсли участвовал в исследованиях, которые продемонстрировали, что новые нейроны могут добавляться к уже созревшим неокортикальным нейронным сетям. Это может быть связано с пересадкой нейронов образованных от нервных клеток предшественников или через манипуляцию эндогенных предшественников (включая индукцию ограниченного нейрогенеза длинно-дистантных проекций корковых нейронов на взрослых мышах). Учитывая разнородность подтипов нейронов в коре млекопитающихся и сложность их связей, попытка восстановления функционально-сохранной нейронной сети требует детального понимания значимости сигналов, направленных на дифференцирование нейронов, соединения, и выживание их отдельных типов. Были выделены связанные с развитием регулируемые транскрипционные факторы для определенных типов нейронов, достаточно отличающиеся друг от друга (для моторных, кортикоталамических нейронов и нейронов мозолистого тела). Ген-специфический анализ подтипов нейронов коры мозга определил существование программы комбинации молекулярного-генетического контроля точного развития ключевых корковых проекций нейронной популяции. Есть надежда, что со временем можно будет стимулировать дифференциацию нейронов из предшественников и в других областях мозга, рассчитывая на локальный терапевтический эффект не противоречащий гетерогенности исходного материала для лечения нейродегенеративных заболеваний и травм головного мозга. При различных заболеваниях и травмах принципиально возможен клеточный ремонт поврежденной нейронной корковой сети, если известны и понятны межанизмы дифференциации нейронов. Результаты этих исследований важны для направленного контроля дифференециации нейронных предшественников (стволовых клеток) относительно функционального восстановления ЦНС.

Изменения, происходящие у старых животных с митохондриями, включают существенное уменьшение мембранного потенциала. В мем-бране митохондрий уменьшается уровень кардиолипина — важного фосфолипида, который является кофактором для ряда важных мито-хондриальных транспортных белков, уменьшается количество коэнзима Q10 и карнитина который важен для бета-окисления жирных кислот. В лаборатории возглавляемой профессором Эймсом было показано, что ацетил-карнитин улучшает состояние старых животных непосредственно влияя на митохондрии. Также на состояние митохондрий влияла альфа-липоевая кислота. Как и карнитин она увеличивала мембранный потенциал старых крыс и устраняла часть повреждений, связанных с возрастными изменениями организма у старых животных. И кроме тогопри получении подопытными жи-вотными альфа-липоевой кислоты увеличивалось в митохондриях количество глутатиона и витамина С — естественных антиоксидантов. Изоформа альфа-липоевой кислоты: R-альфа-липоевая кислота — оказывалась эффективней обычной альфа-липоевой кислоты в десять раз. Ацетил-карнитин восстанавливает у старых мы-шей мембранный потенциал до такого же уровня как у молодых животных, облегчает транспорт жирных кислот в митохондрии и увеличивает интенсивность клеточного дыхания. R-альфа-липоевая кислота может быть простым и эффективным путем для улучшение общей метаболической активности и борьбы с повреждениями, наносимыми активными формами кислорода.

Научной группой Кевина Эггана было показано, что для перепрограммирования путем переноса ядра можно использовать эмбриональные стволовые клетки. Анализ транскрипционной активности, активации репортерных генов, аллель-специфической экспрессии генов и профиля метилирования показал, что соматический геном был перепрограммирован в эмбриональное состояние после слияния с эмбриональной стволовой клеткой. В обоих случаях перепрограммирование прошло успешно, что доказывается возможностью получения мозаичных клонов на основе перепрограммированных CD4+ Т-лимфоцитов. Это соединение является ингибитором Tgf-бета сигнального каскада, которое способствует перепрограммированию путем индукции транскрипционного фактора Nanog. Лабораторией Кевина Эггана была исследована степень метилирования ДНК iPS. Выяснилось, что метилирование цитозина в них выше, чем в случае эмбриональных стволовых клеток. Было найдено 288 областей, по-разному метилированных в iPS и фибробластах. В лаборатории удалось получить iPS из клеток 82-летней пациентки с наследственной формой бокового амиотрофического склероза. Полученные iPS обладали свойствами эмбриональных стволовых клеток и были использованы для успешного получения двигательных нейронов — именно того типа клеток, который разрушается при боковом амиотрофическом склерозе. Впервые была показана возможность использования для перепрограммирования соматических ядер зиготы, остановленной в митозе и эмбриональных клеток, взятых на стадии двух бластомеров. Для снижения риска канцерогенеза нужно избавиться от необходимости доставки генов, необходимых для перепрограммирования, с помощью вирусов. В лаборатории Эггана было найдено соединение, которое может заменить Sox2. Эксперименты Эггана показали, что возраст пациента не является препятствием для получения iPS на основе его клеток.

Одно из направлений исследований профессора Шмуклер-Райса — поиск генов, регулирующих продолжительность жизни у нематоды C. elegans. В его лаборатории были созданы мутанты нематоды по гену age-1, у которых вырезана каталитическая субъединица фосфатидининозитол-3-киназы (PI3K(CS)), обладающие выдающейся продолжительностью жизни. Эти нематоды обладают гораздо более длительным периодом развития, нормальной подвижностью, однако при этом мутантным животным приходится пожертвовать размерами тела и скоростью метаболизма. Также эти черви обладают исключительной устойчивостью к оксидативному и электрофильному стрессам по сравнению с червями, обладающими нормальными аллелями или аллелями, ассоциированными с меньшей продолжительностью жизни. Мутантные черви живут 145–190 дней при 20 градусах Цельсия, что составляет продление средней и максимальной продолжительности жизни примерно в 10 раз.

В лаборатории профессора Шмитта изучаются молекулярные механизмы клеточных ответов на стрессовое воздействие. Стрессовые ответы сопровождаются индукцией апоптоза или клеточного старения для остановки предракового состояния в клетке и последующей гибели (изоляции) измененной клетки. Однако при длительной онкогенной стимуляции клетка может преодолеть данный барьер и безвозвратно приобрести онкогенный фенотип. Для исследования клеточного ответа на стресс, вызванный действием антираковой терапии в лаборатории профессора Шмитта были созданы мышиные модели лимфом и других опухолей с известными генетическими нарушениями. На базе данных моделей была показана противоопухолевая роль гистоновой метилазы Suv39h1, ингибирование которой приводило к развитию у мышей лимфомы В-лимфоцитов, направляемой конститутивной экспрессией встроенного протоокогена Ras. Метилирование гистона H3R9 (мишени для метилазы Suv39h1) у мышей, дефицитных по Suv39h1, предотвращало образование лимфом и инициировало процесс клеточного старения у В-клеток как защитного механизма против рака. Была также установлена модулирующая роль генетических нарушений в локусе INK4a/ARF в чувствительности/устойчивости различных типов лимфом к противораковому лечению. Онкогенные сигналы вызывают активацию стрессового ответа в нормальных клетках, который служит своеобразным «барьером» на пути превращения клетки из нормальной в опухолевую. Таким образом, клеточное старение или апоптоз, индуцируемое антираковой терапией, является защитным механизмом, предотвращающим дальнейшую экспансию (метастаз) раковых клеток.

Продукты неэнзиматического гликозилирования, продукты окисления белков и липидов (AGEs) накапливаются в течение жизни организмов. Важную роль AGEs играют в активации рецептора для AGEs — RAGE, трансмембранного рецептора семейства иммуноглобулинов. Ученые предполагают, что таким образом AGEs стимулируют процессы, сопряженные с воспалением и его последствиями в разных тканях, а это способствует осложнениям при диабете, воспалительных и нейродегенеративных процессах и в ходе старения. Научной группой Шмидт на культуре клеток и на животных моделях было показано, что рецепторы RAGE, активированные AGEs, влияют на прогрессию сосудистых заболеваний. Кроме того, в патогенезе болезни Альцгеймера также прослеживается взаимодействие между бета-амилоидным белком и рецепторами RAGE. Влияние RAGE на микроглию, гематоэнцефалический барьер и нейроны осуществляется через множество сигнальных каскадов. Последние исследования показали, что комплекс бета-амилоид+ RAGE усиливает стресс нейронов и дальнейшее накопление бета-амилоида, что приводит к ухудшению памяти и обучаемости. Целевое терапевтическое влияние на уровень рецепторов к AGEs в организме может быть полезным в лечении сосудистых и нейродегенеративных заболеваний. Поскольку гены, кодирующие эти рецепторы, очень полиморфны, в качестве лечебного подхода можно рассматривать генетический контроль.

Непрерывная генерация новых нейронов в гиппокампе взрослого обладает удивительной пластичностью. Считается, что снижение нейрогенеза лежит в основе депрессии, и лечение антидепрессантами должно повышать нейрогенез. Группа Клаудии Шмаус провела сравнительное исследование на мышах двух инбрендных линий, которые существенно отличаются в эмоциональности, стрессовой устойчивости и поведении при постоянном приеме антидепрессантов. В ходе исследования было показано, что, несмотря на различную проли-ферацию между разными линиями, не было обнаружено существенных различий в нейрогенезе после стресса или лечения флуоксетином. Стимуляция флуоксетином нейрогенеза взрослых была обнаружена только тогда, когда лечение им было назначено в подростковом возрасте, и этот эффект был отмечен у мышей, подвергшимся раннему жизненному стрессу, что является серьезным фактором риска развития депрессии во взрослом возрасте. Таким образом, влияние антидепрессантов на стимуляцию нейрогенеза в гиппокампе зависит от возраста.

Поровые тканеинженерные конструкции могут быть использованы для переноса генетического материала (ген фактора роста сосудов) и стимуляции формирования новой ткани. В лаборатории Лонни Ши были созданы поровые тканеинженерные наноконструкции из полилактида-когликолида с инкаспуслированными плазмидами, несущими вставки генов для трансфекции. Было установлено, что поризация повышала уровень трансгенной экспрессии in vivo. Трансфецированные клетки сначала обнаруживали на периферии конструкции, а через 4 месяца экспрессию трансгенов отмечали по всему объему ткани в конструкции. В результате стабильной экспрессии кодируемого на плазмиде VEGF в объеме трансгенной ткани была повышена плотность кровяных сосудов по сравнению с контролем. Комбинация новых наноконструкций с технологией доставки генов с помощью невирусных векторов облегчит проведение манипуляций с различными тканями в будущем, что будет способствовать развитию регенеративной медицины.