База данных исследований по борьбе со старением

У молодых или взрослых организмов ниши стволовых клеток эффективно замещают утраченные клетки: стволовые клетки выходят из ниш, делятся и дифференцируют. В пожилом возрасте стволовые клетки имеют низкие уровни теломеразы, недостаточные для сохранения стабильности теломер. Поэтому стволовые клетки в старости имеют укороченные теломеры и пониженную мобилизационную активность для эффективной регенерации тканей. Вместе с тем они ускоряют старение из-за низкой мобилизационной активности стволовых клеток и прогрессирующей дегенерации тканей. Стволовые клетки с аномально высокими уровнями теломеразы (это может произойти, например, в результате мутации) мобилизуются более быстро, чем нормальные клетки. В таких условиях обновление ткани происходит быстро, но повышается риск развития рака. В исследованиях профессора Рудольфа используется мышь, дефектная по теломеразе, в качестве модельной системы изучения процесса укорочения и сохранения стабильности хромосом в стволовых клетках. Укорочение теломер значительно сокращает пролиферативный потенциал стволовых клеток взрослого организма. Установлено, что укорочение теломер индуцирует в клетке механизм внутреннего контроля и остановку клеточного цикла (intrinsic checkpoint) , снижающего самообновление и функцию взрослых стволовых клеток. Ингибирование этого механизма (например, делеция локуса Cdkn1/p15INK4b — циклин-зависимого ингибитора киназ, инактивация экзонуклеазы-1) восстанавливало функцию стволовых клеток и продляло жизнь мышей с отсутствием теломеразы. Кроме того, укорочение теломер способствует патологическим изменениям в окружении ниши стволовых клеток и развитию болезней стволовых клеток (гемопоэтическая дисфункция и проч). В Ганновере проф. Рудольф проводил исследования по влиянию укорочения хромосом на регенеративную функцию печени и обнаружил, что укорочение хромосом в гепатоцитах связано с хромосомной нестабильностью и повышенным риском развития рака печени и цирроза печени. Короткие теломеры стволовых клеток препятствуют накоплению ненормальных и модифицированных клеток в здоровой ткани, тем самым снижая онкогенный риск.

Болезнь Хантигтона связана с удлинением полиглутаминового участка гена хантингтина. Эта мутация приводит к образованию продукта с неправильной конформацией, который накапливается в цитоплазме, формируя токсичные для клетки агрегаты. На модельных системах удалось показать, что подавление аутофагии ускоряет образование таких агрегатов, а стимуляция — снижает скорость образования новых агрегатов и способствует разрушению уже существующих. Для стимуляции аутофагии используется рапамицин -ингибитор mTOR (мишень рапамицина у млекопитающих), который в свою очередь является ключевым ингибитором аутофагии в клетке. В опытах на D. melanogaster было показано, что рапамицин защищает от нейродегенерации. Аналог рапа-мицина, CCI-779, повышал результаты мышей с модельной болезнью Хантигтона в четырех различных поведенческих тестах и снижал количество агрегатов в мозге. В настоящее время рапамицин используется в качестве иммуносупрессанта для предотвращения отторжения органов при пересадке. Наличие у рапамицина иммуносупрессивных свойств, а также побочных эффектов, делает актуальной задачу поиска других препаратов-стимуляторов аутофагии. Таким образом, индукторы аутофагии могут иметь важное терапевтическое значение. В результате тестирования 253 соединений был найден ряд препаратов, индуцирующих аутофагию: антагонисты Ca2+ каналов L-типа (верапа-мил, лоперамид, нимодипин, амиодарон), индуктор K+ATP каналов — миноксидил, активатор Gi сигнального пути — клонидин, и другие.

Задача экспериментальной эволюции — воспроизвести в лабораторных условиях природный эволюционный процесс, заставляя поколения развиваться, производить потомство, адаптированное к стрессовым условиям окружающей среды. Подобный метод может дать бесценный материал для изучения процесса старения. Первая серия экспериментов в этом направлении была реализована Майклом Роузом, ныне — одним из крупнейших специалистов по эволюционной биологии старения. Начиная с 1970-х годов, он проводит эксперименты по увеличению продолжительности жизни в цепочке поколений дрозофил. Искусственно откладывая репродукцию, Роузу удалось создать долгоживущие линии фруктовых мушек, которые были названы Methuselah flies. Затем он провел серию «обратных» экспериментов и создал короткоживущие линии, используя тот же метод. В 1981 году в Университете Галифакса (Канада) он создал лабораторию «эволюционной радиации» («evolutionary radiation» of Drosophila melanogaster populations). Он предлагает следующую стратегию изучения закономерностей процесса старения и влияния на него: создание линий мышей, у которых искусственно задерживается репродукция в течение многих поколений, — что позволит пронаблюдать за эволюционным процессом и получить «у природы» ответ, как именно эволюция создает долгоживущие организмы. Затем — разработка инженерных методов, основанных на результатах этого «эволюционного эксперимента», которые позволят создать анти возрастную терапию для людей. Экспериментальная база для подобного проекта — эксперименты с дрозофилами, которые показали, что по мере смены многих поколений фруктовых мушек, у которых репродукция была искусственно задержана, происходит резкое замедление или даже остановка процесса старения. Все эти исследования в области экспериментальной эволюции создали базу для теоретических выводов о закономерностях процесса старения и возможности повлиять на его ход. В 2007 г. Роуз предложил так называемую «эволюционную версию SENS», согласно которой старение должно интерпретироваться не как накопление повреждений, а как потеря адаптации.

Основной темой исследований доктора Рота является исследование влияния калорической рестрикции на старение у приматов. Кроме того, группа доктор Рота ведет разработку миметиков калорической рестрикции. Первый миметик калорической рестрикции — 2-деоксиглюкоза, открытый более десяти лет назад, при повышенных дозах обладает токсичностью. Джордж Рот и его коллеги обнаружили альтернативу 2-деоксиглюкозе — простой углевод манногептулоза, содержащийся в авокадо, который оказывает действие на те же метаболические пути, что и калорическая рестрикция. Однако он менее токсичен. Мышам вводили до 300 микрограмм этого миметика калорической рестрикции на грамм веса животного. При этом у мышей повышалась чувствительность к инсулину и повышалась скорость выведения глюкозы из крови. Кроме того, манногептулоза увеличивала скорость «сжигания» жиров в мышцах. Мыши, которым была введена манногептулоза, без ограничения питания жили на 30% дольше, чем контрольная группа животных.

Хорошо известно, что эластазы нейтрофилов участвуют в разрушении эластиновых волокон легочной ткани. Матриксные металлопротеиназы MMP8 и MMP9 были найдены в нейтрофилах, которые способны разрушать коллаген и эластин, соответственно. Макрофаги, а не нейтрофилы, в основном входят в состав как здоровой, так и патологической ткани легких. Эти клетки в пораженном участке легкого продуцируют огромное количество металлопротеиназ — желатиназы A (MMP9), мартилизина (MMP7) и металлоэластазы (MMP12), каждая из которых способна разрушать эластин. В нормальных макрофагах MMP12 присутствуют в следовых количествах, в то время как альвеолярные макрофаги курильщиков секретируют большое их количество. MMP12 необходим как для накопления макрофагов, так и для разрушения тканей при эмфиземе в результате длительного вдыхания сигаретного дыма, и матриксные металлопротеиназы также могут быть необходимы для пропускания макрофагов внутрь легких. Трансгенное исследование показало, что при сверхэкспрессии MMP12 у мышей развивается легочная эмфизема.

Целью исследований научной группы Франклина Розенфельдта было изучение механизмов возраст-зависимого снижения устойчивости сердца к стрессам и поиск возможных путей борьбы с ними, а именно, возможность использования компонента дыхательной цепи с митохондриях — коэнзима Q (CoQ) и других антиоксидантов. В экспериментах на крысах Розенфельдт с коллегами показали, что в стареющем сердце снижается устойчивость к аэробному стрессу, вызываемому быстрым сокращением, однако CoQ обладает специфическим защитным действием в этой ситуации. В клинических исследованиях с участием 100 пациентов (средний возраст 68 лет) было показано, что прием CoQ в течение 2 недель перед проведением операции на сердце улучшает эффективность работы митохондрий в миокарде и состояние миокарда (как in vitro, так и in vivo). Затем в пилотном исследовании на 14 пациентах было изучено действие различных пищевых добавок (альфа-липоевая кислота, оротат магния и омега-3-жирные кислоты) при их введении в состав диеты, уже содержащей CoQ. У получавших их пациентов укорачивалось время пребывания в госпитале, улучшалось качество жизни после операции, и снижался окислительный стресс. Таким образом, авторы пришли к выводу, что снижающаяся при старении организма устойчивость к стрессу может восстанавливаться при добавлении определенных веществ в рацион питания.

Стивен Розенберг разработал метод использования IL -2 и иммунных клеток для иммунотерапии пациентов с меланомой. В 2002 году он показал на нескольких пациентах, что иммуннотерапия в сочетании с химиотерапией и высокими дозами IL-2 приводит к исчезновению опухоли. В 2006 году продемонстрировал, что рецептор Т-лимфоцитов может быть передан иммунным клеткам, и в сочетании с химиотерапией и высокими дозами IL-2 этот метод может успешно применяться при меланоме.

Большая группа американских ученых с участием Анабель Родригес проводила анализ концентрации андрогенов и оценку метаболического синдрома в различных возрастных группах у мужчин — 20–39 лет, 40–59 лет, 60-79лет и 80–94 года. Результаты показали, что частота встречаемости метаболического синдрома в этих возрастных группах составила соответственно 4, 21, 21 и 18%.Общая концентрация тестостерона и глобулинов связывания половых гормонов (SHBG) обратно пропорциональна вероятности развития метаболического синдрома в последующие 5,8 лет. А индекс свободного тестостерона и индекс массы тела положительно коррелирует с частотой проявления метаболического синдрома. Низкий общий уровень тестостерона и глобулинов связывания половых гормонов предсказывает высокий риск возникновения метаболического синдрома. Таким образом, возникновение метаболического синдрома связано не с возрастом, а, скорее, с понижением уровня андрогенов.

Ограничение калорий уменьшает сферу действия и прогрессирование спонтанных и индуцированных опухолей у лабораторных грызунов при увеличении средней и максимальной продолжительности жизни. Предполагается, что ограничение калорийности продлевает жизнь и уменьшает возрастные патологии путем уменьшения уровня повреждения ДНК и мутаций, которые накапливаются с возрастом. Неоднократно показано, что и рак, и иммунологические дефекты, которые значительно увеличиваются с возрастом и могут быть отсрочены с помощью ограничения калорийности, связаны с изменениями повреждений ДНК и/или репарации ДНК. Лаборатория Эрлана Ричардсона исследовала влияние ограничения калорийности на целостность генома и способность клеток к репарации ДНК. Большинство выполненных исследований указывает, что возрастное увеличение окислительного повреждения ДНК значительно уменьшается благодаря ограничению калорийности, повышающей репарацию ДНК. Геномные технологии и понимание определенных путей репарации позволили показать, что ограничение калорийности воздействует на главные пути репарации ДНК.

Лаборатория профессора Ричардсона изучает эпигенетические механизмы, регулирующие структуру хроматина и экспрессию генов в Т-лимфоцитах (Т-клетки) и влияние изменений в структуре хроматина на иммунитет и старение. Вмешательство в метилирование ДНК в Т-лимфоцитах способствует изменению структуры хроматина и имеет глубокое воздействие на CD4 + Т-клетки, в том числе вызывает повышенную секрецию провоспалительных цитокинов, макрофаговой активности и т. д. In vivo эти клетки вызывают такие аутоимунные заболевания как волчанка. Воспалительные и цитоксические CD4 + CD28- группы Т-клеток участвуют в разрыве атеросклеротической бляшки и инфаркте миокарда. Это патологическое подмножество развивается при репликативном стрессе и у больных с хроническими воспалительными заболеваниям, а также с возрастом. Ученые группы профессора Ричардсона предположили, что дефекты в сигнальных путях ERK и JNK ответственны за изменения экспрессии генов в человеческих CD4 + CD28-клетках за счет воздействия на метилирование ДНК. Вывод, сделанный на основе экспериментов, заключается в том, что пониженный ERK и JNK сигналлинг в CD4 + CD28- группе, возникающий вместе с репликативным стрессом, может привести к суперэксперсии генов, обычно подавленных за счет воздействия на Dnmts и, следовательно, изменению структуры хроматина. Ученые предположили, что деметилирование в неактивной Х-хромосоме вызывает предрасположенность женщин к волчанке, а изменения в метилировании ДНК в Т-клетках способствуют проявлению аутоимунных и сосудистых заболеваний у пожилых людей. Таким образом, JNK-киназы влияют на работу генов за счет воздействия на метилирование ДНК, и механизмы этих влияний изучены недостаточно.