База данных исследований по борьбе со старением

Исследования группы профессора Пэн сфокусированы на регуляции транспорта цитокинов (небольших пептидных информационных моле-кул) через гематоэнцефалический барьер (ГЭБ). Этот физиологический «фильтр» регулирует обмен веществ между кровью и тканями мозга, оставаясь непроницаем для множества соединений, как чужеродных, так и вырабатываемых самим организмом. Ученые группы доктора Пэн исследуют механизмы внутриклеточного транспорта пептидов и белков через эндотелиальные клетки (один из основных компонентов гематоэнцефалического барьера) с периферии в центральную нервную систему. Еще одно направление исследований группы — регуляция пищевого поведения, связанного с взаимодействием лептина (гормона жировой ткани пептидной природы) и урокортина (пептида гомологичного кортикотропин-релизинг фактору) через ГЭБ. Предполагается, что урокортин — это мощный ингибитор пищевого поведения. Функции и механизмы действия лептина и урокортина пока до конца не исследованы, так как это сравнительно недавно открытые вещества. Группа доктора Пэн обнаружила суточные изменения транспорта лептина и фактора некроза ткани через ГЭБ, что может быть связано с регуляцией измененных состояний пищевого поведения. Преодоление ГЭБ для транспорта лекарственных средств, необходимых мозгу — одно из возможных направлений повышения эффективности медикаментозного лечения, в том числе и для ряда нейродегенеративные заболеваний мозга. Дальнейшие исследования функций лептина и урокортина могут быть важны для разработки лекарств от ожирения, вызывающего преждевременное старение организма человека.

Сферой интересов доктора Промислоу являются вопросы эволюционной демографии, эволюционного развития старения, биологии пола. Работы доктора Промислоу можно сгруппировать по следующим тематикам:1. Эволюционная генетика старения. Основное внимание уделяется степени и форме проявления генов «долгожительства» на фоне имеющегося у исследуемого вида общего пула генетического материала.2. Встречающиеся в природе вариации проявления феномена старения в пределах одного вида и изучение сопутствующих вариаций генотипа в популяциях с разной продолжительностью жизни,3. Изучение возрастных изменений физиологии и поведения как маркеров старения и приложение их как демографических маркеров старения,4. Половой отбор и его роль в эволюции старения. Полученные данные прямо свидетельствовали, что гены, модулирующие протекание старения, высококонсервативны не только по последовательности, но и функционально на протяжении миллиардов лет эволюции. Ценность полученных данных еще и в том, что их можно экстраполировать и на человеческий геном, тем самым подтверждая фундаментальную применимость данных, полученных на модельных организмах, к человеку. По его предположению поведение таких модулей может объяснять по-ведение реальных физиологических функций организма. Использование методов сравнительной генетики позволило количественно сравнить степень консервативности генов «долголетия» двух эволюционно далеко отстоящих друг от друга видов: дрожжей Saccharomyces cerevisiae и нематоды Caenorhabditis elegans. Особенное внимание доктор Промислоу уделяет построению генных сетей старения и выделению модулей (подсетей).

Лаборатория Томаса Проллы ведет исследования старения, направленные на выявление соединений, обладающих способностью имитировать действие ограничения калорийности питания. В ходе исследования самцы мышей B6C3F (1) получали либо диету с ограничением калорийности на 40% (контрольная диета, дополненная питательной смесью (NСМ), содержащей резвератрол, кверцетин и инозитолгексафосфат (ИГФ), либо диету с эквивалентной дозой химического резвератрола (RES; 1,25 мг резвератрола на кг в день) от 2-х до 5-месячного возраста. Профиль экспрессии генов сердца у мышей был сопоставлен с их ровесниками из контрольной группы. Результаты исследований позволили предположить, что RES и NСМ способны имитировать краткосрочное ограничение калорийности, которое однозначно повлияло на некоторые пути иммунной функции. При этом RES однозначно повлиял на различные пути стрессовой реакции. Путем анализа установлено, что NСМ регулируется несколькими метаболическими путями, которые также были изменены долгосрочным ограничением калорийности, в том числе обмен глюкозы и липидов, окислительное фосфорилирование и скопление хроматина. Рассмотрение ключевых генов и путей, зависимых от NСМ, позволяет предположить, что Foxo1 является важным восходящим посредником действия NСМ.

В лаборатории профессора Поспелова проводится исследование анти-пролиферативного действия ингибиторов HDAC. Они стимулируют ре-ацетилирование нуклеосомных гистонов и тем самым вызывают преобразование структуры хроматина в тех участках генов, в которых имела место HDAC-зависимая репрессия генов, в частности, контролирующих клеточный цикл. Проведенные эксперименты показали, что ингибиторы HDAC, не изменяя экспрессии р53, приводят к подавлению активности циклин-киназных комплексов. Кроме того, ингибиторы HDAC подавляют экспрессию ряда позитивных регуляторов клеточного цикла. В частности, бутират натрия вызывает накопление ключевого компонента Wnt-сигнального пути — бета-катерина, который вместе с кадгеринами участвует в адгезионной функции клетки, а вместе с факторами семейства Lef/Tcf осуществляет транскрипционную функцию. Исследования показали, что ингибиторы HDAC влияют на экспрессию важных компонентов, отвечающих за межклеточные взаимодействия (адгезию) и Wnt-сигнальный путь. Возможно, антипролиферативное действие ингибиторов HDAC может осуществляться через модуляцию активности кадгерин/бета-катенинового сигнального пути.

В лаборатории Мэтью Протеуса разработаны нуклеазы с цинковыми пальцами (ZFN), способные создавать специфические двуцепочечные разрывы в ДНК клеток млекопитающих, которые в значительной степени стимулируют процесс гомологической рекомбинации. Особенность нуклеаз ZFN заключается в возможности модификации цинко-пальчатых доменов для связывания с различными последовательностями ДНК. В рамках разработки новой технологии были получены ZFNs для прицельной замены последовательности в гене GFP и гене CD8a человека. При сотрудничестве с Sangamo Biosciences (Richmond, CA), синтезирована нуклеаза, мишенью которой является экзон 5- рецептора интрелейкина общей γ-цепи. В гематопоэтических клетках такие нуклеазы вносят двуцепочечные разрывы с частотой 5–18%. Также в сотрудничестве с Sangamo сейчас разрабатывается нуклеаза, мишенью которой является локус β-глобина человека. Нуклеаза ZFN отличается от нуклеазы I-SceI своей цитотоксичностью при экспресиии в клетках млекопитающих. Она, возможно, обусловлена рестрикционной активностью вне сайта узнавания. Поэтому основные усилия направлены на преодоление цитотоксичности нуклеаз ZFN, что может быть достигнуто двумя путями — выявлением возможных сайтов — «немишеней» и их использования для вставки чужеродной ДНК, а также повышение специфичности и уровня экспрессии этих нуклеаз в клетке. Для повышения частоты направленной гомологической рекомбинации возможно применять аденосателлиты совместно с нуклеазами, которые могут повышать частоту рекомбинации в 100 раз. Теоретически возможно создание ZFN для направленной гомологиче-ской рекомбинации в любом локусе генома. Таким образом, применение аденосателлитных векторов поможет в будущем оптимизировать технологию направленной гомологической рекомбинации, которая может быть использована для лечения генных заболеваний.

Существуют некоторые эпигенетические отличия iPS от эмбриональных стволовых клеток, что, впрочем, не влияет на стабильность генома. iPS, по-видимому, можно считать особым видом плюрипотентных клеток. На основе iPS удалось получить клетки самых разных тканей. Эти работы имеют важнейшее значение с точки зрения регенеративной медицины. Возможно, в дальнейшем iPS смогут быть использованы для лечения множества, в том числе возрастных заболеваний, связанных как с дегенерацией, так и с дисфункцией определенных типов клеток. Кэтрин Плат участвовала в работах по получению кардиомиоцитов, гладкомышечных клеткок, клеткок эндотелия, гемопоэтических клеток, половых клеток и двигательных нейронов.

Группа Марии Фигейредо-Перейра исследовала роль нарушений активности протеасом при развитии старческих нейро-дегенеративных заболеваний. В частности, предметом изучения было нарушение убиквитин-протеасомного пути на модели старения Drosophila melanogaster. Оказалось, что у старых особей (43–47 дней) основной формой протеасом является менее активная 20S, в то время как у молодых особей (1–32 дней) — 26S. Кроме того, у старых особей снижался общий уровень АТФ более чем на 50%, в то время как сборка 26S протеасомы является АТФ-зависимой. Это также подтверждает снижение двигательной активности у старых особей. Кроме этого, воздействие ингибитором протеасом PSI на молодых мух не влияло на продолжительность их жизни, в отличие от старых. Генетические механизмы, являющиеся причиной данных событий — предмет дальнейших исследований. Эти исследования показывают, что нарушение белкового обмена и накопление ошибочных белков, которое наблюдается в старости, обусловлено, в частности, снижением уровня сборки 26S протеасомы. Важную роль в этих процессах играет понижение уровня АТФ в клетке.

Один из основных признаков старения — изменение мембран клеток миокарда. Функция митохондрий чрезвычайно важна для образования энергии и обеспечения жизнедеятельности миокарда. Однако с возрастом она снижается, при этом снижается порог захвата кальция. Относительная непереносимость кальция, образование супероксида и снижение способности к нейтрализации АФК — важные факторы старения, связанные с функцией митохондрий, которые предрасполагают к ишемической болезни сердца. Возраст-зависимые изменения мембраны митохондрий включают повышение содержания холестерина, фосфатидилхолина и омега-6-ненасыщенных жирных кислот (ЖК) и снижение содержания омега-3-ненасыщенных ЖК и кардиолипина. Однако некоторые неблагоприятные возрастные изменения могут успешно компенсироваться диетой, богатой омега-3-ненасыщенными ЖК, вызывая повышение устойчивости к ишемии. Научной группой Сальваторе Пепе было показано, что добавление рыбьего жира в пищу крыс способно нейтрализовать разрушительные про-аритмические эффекты неэффективного использования кислорода, возникающие при употреблении насыщенных жиров. 3% рыбьего жира от общего количества поступающих в организм жиров способно снижать потребность в кислороде даже при постоянном приеме насыщенных жирных кислот.

В исследованиях доктора Паула-Барбосы сравнивалась эффективность применения красного вина и портвейна, также богатого флавонолами, для снижения уровня липофусцина в клетках головного мозга. К удивлению исследователей, после 6 месяцев добавления в рацион крыс портвейна было обнаружено увеличение содержание липофусцина по сравнению с контролем и животными, получавшими 20% этанол с добавлением флавонолов красного вина. При этом его уровень был таким же, как и у крыс, употреблявших только 20% спирт. Пониженная антиоксидантная активность портвейна может быть связана с видом и количеством содержащихся в нём флавонолов, а также с содержанием в нём сахаров. Известно, что применение флаванолов, входящих в состав красного вина, предотвращает накопление липофусцина в нейронах животных, употребляющих алкоголь.

Научной группой Эмита Патэля было показано, что терапия стволовыми клетками улучшает сердечную функцию и структуру миокарда у больных с тяжелой сердечной недостаточностью. В исследование вошли 20 человек с фракцией выброса левого желудочка (ФВЛЖ) ниже 35% и классом сердечной недостаточности (СН) III–IV по NYHA, которые готовились к операции коронарного шунтирования. Десяти участникам была в случайном порядке назначена терапия стволовыми клетками. У них был взят биоптат костного мозга, из которого выделены гемопоэтические столовые клетки CD34+ и CD45-. Во время шунтирования стволовые клетки иньецировались в 25–30 точек. Для локализации ишемических зон миокарда и инъекций стволовых клеток проводились предоперационные ЭхоКГ, SPECT-томография и катетеризация полостей сердца. Остальным 10 пациентам выполнялось только шунтирование. В каждой группе было 8 мужчин и 2 женщины, среднее число шунтов — 1. Все шунты оставались проходимыми в течение как минимум 6 месяцев. По сравнению с контролем, в группе терапии стволовыми клетками ФВЛЖ улучшилась при повторной оценке через 1, 3 и 6 месяцев. Кроме того, в образцах миокарда, взятых до и после операции, определялся коннексин 43 — белковый маркер клеточных соединений, концентрация которого при сердечной недостаточности, как правило, снижена. Через 6 месяцев уровень коннексина был намного выше в группе терапии стволовыми клетками, чем в контрольной группе. Очевидно, что пересадка стволовых клеток значительно улучшает функцию сердца у пациентов, перенесших шунтирование. Необходимо подтвердить эти результаты, определить оптимальное время инъекции, и изучить ее эффект на клеточном уровне.