База данных исследований по борьбе со старением

Один из патологических процессов, сопровождающий болезнь Альцгеймера — образование в мозге скоплений бета-амилоида, так называемых амилоидных бляшек. Многочисленные исследования показали, что вокруг амилоидных бляшек происходит накопление клеток микроглии, иммунных клеток центральной нервной системы. Долгое время ученые считали, что эти клетки секретируют нейротоксические факторы и таким образом способствуют развитию нейродегенеративных процессов, характерных для болезни Альцгеймера. Поэтому для лечения использовали нестероидные противовоспалительные средства, тормозящие иммунную функцию микроглии. С другой стороны, существовала точка зрения, что микроглия обладает нейропротекторными свойствами и способствует уменьшению скоплений бета-амилоида в мозге. Ученые провели эксперименты с использованием трансгенных мышей с нарушениями, аналогичными тем, что наблюдаются у людей, страдающих болезнью Альцгеймера. Исследования показали, что клетки костного мозга могут свободно проходить гематоэнцефалический барьер и дифференцироваться в головном мозге в клетки микроглии. Причем, такие клетки, пришедшие из костного мозга, обладали более выраженными фагоцитарными свойствами, чем микроглия, образовавшаяся в мозге. В связи с этим, встал вопрос, каково происхождение клеток микроглии, окружающей амилоидные бляшки. В результате проведенных исследований ученые выяснили, что основная часть этих клеток образовалась в костном мозге. Таким образом, была показана ошибочность старой модели лечения болезни Альцгеймера с использованием противовоспалительных средств. Также открываются широкие возможности лечения и профилактики болезни Альцгеймера с использованием стволовых клеток костного мозга. При этом на ранних стадиях развития заболевания не будет необходимости даже делать инъекции клеток непосредственно в пораженные области, так как амилоидные бляшки сами привлекают стволовые клетки. Следующим этапом работы должны стать исследования на человеческих клетках и белках, проведенные in vitro. В случае успеха этих экспериментов, можно будет говорить о проведении клинических исследований. Амилоидные бляшки выделяют факторы, привлекающие стволовые клетки, в дальнейшем дифференцирующиеся в микроглию. В мозге эти клетки путем фагоцитоза способствуют уменьшению количества отложений бета-амилоида, ограничивая развитие болезни Альцгеймера.

Научная группа Банупракаша Редди изучала антигликирующее действия растительных водных вытяжек. Исследование показало, что из 17 водных вытяжек 5 оказывали ингибирующее действие на формирование продуктов усиленного гликирования белков in vitro. Вытяжки из этих растительных продуктов ингибировали AGE на 40–90% при концентрации 1.0 мг/мл. Полученные данные показали важность некоторых диетических компонентов в ингибировании или предотвращении гликирования белков. Возможно, что данные диетические агенты будут использованы в комплексной терапии для борьбы с гликированием белков in vivo при диабете и старении. Наибольшую ингибирующую эффективность показали водные вытяжки имбиря, тмина, корицы, черного перца и зеленого чая.

Цитомегаловирусы (CMV) относятся к семейству герпесвирусов, обладающих способностью находиться в инфицированных клетках долгое время бессимптомно и активироваться при общем ослаблении иммунитета. У большинства людей неповрежденный вирусный геном находится в клетке после первичной продуктивной вирусной инфекции, и определенные сигнальные механизмы способны вновь заставить вирус выйти из латентного состояния, то есть размножаться. В лаборатории Матиаса Реддехаса продемонстрировано, что CD8 клетки поддерживают состояние вирусной латентности, определяя реактивацию вирусных генов и элиминируя эти клетки. При этом, поскольку с возрастом количество специфических антител уменьшается, снижаются возможности иммунной системы противостоять другим патогенам. Возможное влияние реактивации CMV на иммунную систему при старении может заключаться в истощении пула специфических Т-клеток памяти за счет увеличения пула CMV-специфических CD8 клеток, поскольку клетки памяти постоянно сталкиваются с эпитопами CMV и активируются на них.

Группа ученых под руководством профессора Редделя открыла, что в раковых клетках помимо экспрессии теломеразы (hTERT) существует ещё один механизм поддержания длины теломерных участков, так называемое альтернативное удлинение теломер (Alternative Lengthening of Telomeres или ALT). Этот механизм, возможно, включает гомологичную рекомбинацию теломерных участков сестринских хроматид. Более того, установлено, что данному механизму сопутствуют промиелоцитные лейкемические тельца (promyelocytic leukemia (PML) bodies), которые включают теломер-связывающие белки (т. е. TRF1 и TRF2) и теломерную ДНК. Данные тельца присутствуют только в клеточных линиях и опухолях, где работает такой механизм. Есть некоторые данные, что такой же или подобный ему механизм работает в нормальных клетках. Детальное понимание механизма альтернативного удлинения теломер необходимо для разработки в будущем противораковых препаратов.

Известно, что «мягкое» действие малых количеств ингибиторов протеасом увеличивает устойчивость клеток к повреждениям в результате деятельности активных форм кислорода. Учеными группы Суреша Раттана была исследована роль фактора Nrf2 в этом процессе. Выяснилось, что стимуляция протеасомы малыми количествами MG-132 может быть сильно уменьшена с помощью малых интерферирующих РНК, направленных против Nrf2. В то же время в тех стареющих фибробластах, которые экспрессировали Nrf2, наблюдалась повышенная устойчивость к активным формам кислорода при действии ингибитора протеасом. Таким образом, управляя активностью Nrf2 с помощью небольших количеств ингибиторов протеасом, можно разработать эффективную и долговременную стратегию защиты от окислительного стресса. Группа Суреша Раттана изучала влияние небольшого стресса на уровень синтеза hsp в стареющих фибробластах в культуре. Для этого клетки несколько раз подвергали мягкому тепловому шоку. В результате базальные уровни белков hsp27, 70 и hsc70 в клетках значительно возросли на стадии последних пассажей. По мнению авторов, это свидетельствует об адаптивном ответе на общий внутриклеточный стресс, наблюдаемый при старении культуры. Кроме того, в клетках повышалась функциональная активность, например, активировалась протеасомная система, способность клеток к утилизации H2O2, устойчивость к этанолу, H2O2 и УФ-A излучению. Позже была обнаружена способность мягкого теплового стресса положительно влиять на заживление ран in vitro, а также на ангиогенез (процесс образования новых кровеносных сосудов).

В проект моделирования тканей сердца вовлечены 50 ученых, работающие в девяти лабораториях, в том числе профессор Ратнер. Уже достигнуты определенные результаты, связанные с мышечными клетками. Например, участники проекта получили мышечные клетки, выстраивающиеся в правильные линии, которые отпечатались на поверхности, составляющей приблизительно одну пятую диаметра человеческого волоса, и начали биться синхронно — в параллельной ориентации. Другой подход — сделать пациенту биопсию после сердечного приступа, взять маленький кусочек сердечной ткани и, возможно, за 2 недели вырастить эту ткань, чтобы восстановить область, травмированную в результате сердечного приступа. Группа профессора Ратнера так же занимается разработкой новых методов получения подложек для применения в тканевой инженерии. Использование этого метода позволило произвести микропористые подложки фибрина, которые поддерживают рост клеток и имеют механические свойства, подобные многим натуральным тканям. Главная цель проекта — развитие части живого бьющегося мускула сердца. Разработан метод создания микропористой, нановолокнистой фибриновой подложки, которая имеет управляемый, заданный размер, пористость и микроструктуру для применения в тканевой инженерии.

Профессор Ратайчек возглавляет программу «Биология стволовых клеток». Его лаборатория пытается найти применение запрограммированым стволовым клеткам для регенерации тканей, в основном — в кардиоваскулярных заболеваниях. Вторая цель научной работы — понять природу и поведение при старении стволовых клеток определённых тканей. Лаборатории профессора Ратайчека удалось обнаружить новый тип стволовых клеток, который был впоследствии назван «очень маленькие стволовые клетки эмбрионального типа» (very small embryonic-like (VSEL) stem cells). Они имеют огромный потенциал в регенеративной медицине. Как оказалось, часть подобных стволовых клеток во время гаструляции и органогенеза откладывается в каждом органе. Эти клетки порождают уже органоспецифические стволовые клетки, которые стареют и постепенно элиминируются с возрастом. Однако, пул VSEL остаётся в органах почти неизменённым, образуя всё новые монопотентные (тканеспецифичные) стволовые клетки. Лаборатории удалось определить местоположение и специфические маркеры этих «стволовых клеток эмбрионального типа» в нескольких органах мыши. Один из основных маркеров VSEL — рецептор CXCR4, который по-видимому является определяющим в жизнедеятельности и функционировании этих клеток. В настоящее время ведутся работы по более детальному изучению VSEL клеток как в культуре клеток человека так и на мышах. Изучение этих клеток, локализация их в конкретных органах послужит важной предпосылкой для использования их в медицине в качестве регенеративного материала определённой ткани или органа.

Основные темы исследований лаборатории Томаса Рандо — старение стволовых клеток (сателлитных клеток) в мышце, влияние ниш стволовых клеток на этот процесс, возможность «омоложения» взрослых прогениторных клеток. Используя мышей в качестве моделей для исследования регенеративной способности мышечной ткани, исследователи группы Томаса Рандо выяснили, что с возрастом происходит уменьшение активации Notch (трансмембранные белки), результатом чего является ухудшение регенеративного потенциала сателлитных клеток. При повреждении «юных» мышц усиливается секреция трансмембранного лиганда Notch — Delta, инициируя, тем самым, Notch-сигнальный каскад в стволовых клетках, что приводит к их усиленной пролиферации. Воздействие сыворотки от моло-дой особи на сателлитные клетки старой особи in vitro также приводило к усиленной экспрессии Delta, большей активации Notch и выросшей пролиферацией этих клеток in vitro. Ещё одним важным результатом исследований стало доказательство того факта, что Wnt — сигнальная активность в активированных сателлитных клетках у старых мышей значительно выше, чем у молодых. Аналогично, при обработке сателлитных клеток «старой» сывороткой, активность Wnt возрастала. Поскольку Wnt играют существенную роль в фиброзе, то можно сделать вывод, что активация Wnt в этом случае означает, что сателлитные клетки старого организма активируются для образования фибрина, что ведет к дальнейшему фиброзу в регенерации мышцы. Таким образом, ингибирование Wnt- сигнального пути позволяет остановить дифференцировку стволовых клеток мышечного волокна в фиброзную ткань. Важные выводы, которые можно сделать из этих исследований:1. Соматические факторы могут моделировать молекулярные сигнальные пути, активирующие тканеспецифичные прогениторные клетки. 2. Микрооркужение (ниши) стволовых клеток у молодых животных стимулирует регенерацию, в то время как у взрослых особей либо не способно стимулировать, либо подавляет регенерацию тканей.3. Уменьшение регенеративной способности ткани с возрастом может быть обратимо при использовании определенных факторов. Ингибирование Notch у молодых мышей ухудшало регене-рацию их мышечного волокна, в то время как его направ-ленная активация возвращала в прежнее состояние реге-неративную способность волокон у более старой особи.

В лаборатории доктора Равкана на модели C. Elegans был идентифицирован целый ряд генов, положительно или отрицательно регулирующих пути и-РНК и micro-РНК. Выяснилось, что C. Elegans, подобно млекопитающим, для управления метаболизмом и долговечностью использует сигнальный путь инсулина. Лаборатория доктора Равкана рассмотрела 18 000 генов и их действие в регулировании долговечности, отложения жира, и-РНК и линьки C. Elegans. Стало ясно, что передача сигналов инсулина является самой мощной инактивацией гена, которая может увеличить продолжительность жизни C. Elegans. Текущее исследования в лаборатории Гэри Равкана направлены на объединение списков генов, регулирующих старение, в механизмы, которые оценивают и регулируют темп и вид метаболизма, регенерацию, защитные и дегенеративные механизмы. Эти списки генов иллюстрируют многие шаги в регулировании энергии, включая метаболические ферменты, которые хранят и мобилизуют жир, гормональные сигналы от жирных отложений до центров насыщения в мозге. У червя C. elegans жировой обмен регулируется 400 генами. 200 из этих генов имеют гомологи у человека. Поэтому в результате исследований, проводимых на C. Elegans, могут быть разработаны препараты для лечения людей от ожирения. Гены пути инсулина, которые были выявлены в результате исследова-ний, представляют новые цели для разработки в будущем препаратов от диабета. Эти исследования помогут понять нейроэндокринологию энергетического баланса и долгожительства.

Лаборатория Питера Рабиновича ведет исследования неопластических процессов, которые сосредоточены на предраковом состоянии при язвенном колите, с целью поиска биомаркеров развития опухоли. Неспецифический язвенный колит — это хроническое воспалительное заболевание толстого отдела кишеч-ника, ассоциированное с высоким риском развития колоректальной карциномы вследствие генетической нестабильности клеток. Ученые группы Питера Рабиновича предположили, чтобыстрое обновление клеток и окислительный стресс при язвенном колите могут приводить к ускоренному укорочению теломер и, в конечном счете, к хромосомным нарушениям и раку. Хромосомные аберрации и теломеры изучали у пациентов с язвенным колитом с дисплазией или без или в стадии рака с помощью гибридизации in situ. При биопсии теломеры пациентов с дисплазией были короче, чем у пациентов без дисплазии. Таким образом, результаты исследования показывают взаимосвязь длины теломер и хромосомной нестабильности в предраковом состоянии.