База данных исследований по борьбе со старением

Исследования по сравнительной биогеронтологии, которые проводит профессор Стивен Остад из Университета Техаса, направлены на поиск различий в клеточных и молекулярных механизмах, которые влияют на скорость старения у различных видов. В лаборатории исследуется клеточный материал коротко и долгоживущих видов: летучих мышей (которые могут прожить более 40 лет), белок, мартышек, бабуинов, а также традиционных лабораторных крыс и мышей. Проводится сравнительный анализ уровней стрессоустойчивости клеток и механизмов, определяющих эту стрессоустойчивость, в особенности — как сильно эти виды различаются по устойчивости к повреждениям экзогенной ДНК и способности быстрой починки этих повреждений. Результаты экспериментов с долгоживущими линиями червей, дрозофил и мышей дают основания предположить, что стрессоустойчивость клетки является одним из основных факторов долгожительства. Другой проект Стивена Остада — изучение мартышки обыкновенной, которая может послужить прекрасной моделью для изучения когнитивного старения, роли питания в процессе старения, терапевтического воздействия различных препаратов и изучения роли ранних событий и факторов в возникновении старческих патологий. Развитие этих сравнительных исследований лаборатории — в идентификации новых долгоживущих видов для использования в качестве моделей для медицины.

С возрастом меняются механические свойства костной ткани, что является причиной возникновения остеопороза и других старческих заболеваний. Молекулярные причины этих изменений — предмет исследований лаборатории Гитте Ортофт. Ученые исследовали ультраструктуру трабекул кости, а также количество разных типов сшивок в коллагеновых волокнах в зависимости от возраста пациента. Образцы позвоночной губчатой кости были взяты у 43 здоровых людей в возрасте от 15 до 90 лет. Их сравнивали с образцами костной ткани людей 70–90 лет, страдающих остеопорозом. Как выяснилось, архитектура самих трабекул кости у больных не изменялась, однако наблюдались значительные изменения в количестве и типе сшивок. У больных остеопорозом уровень так называемых дивалентных сшивок, формирование которых осуществляет фермент лизил-оксидаза, был понижен на 30% по сравнению со здоровыми людьми. При этом данные сшивки — наиболее часто встречающиеся типы межмолекулярных связей в коллагеновых волокнах. По-видимому, утрата дивалентных сшивок и есть одна из причин развития хрупкости костей.

Старение поколения демографического взрыва и увеличение продолжительности жизни стали причиной кардинального демографического сдвига в США. В официальных прогнозах правительства, тем не менее, увеличение продолжительности жизни недооценивается. Ольшански с соавторами были проведены демографические прогностические исследования продолжительности жизни в США, главным образом, сдвигов, которые ожидаются к середине столетия на новом наборе популяций. Прогноз был составлен с использованием подхода когорта-компонент, с допущением, что на риск смерти в течение следующих нескольких десятилетий будут оказывать влияние успехи биомедицинских технологий, которые либо позволят увеличить возраст начала развития и замедлить прогрессию тяжелых возрастных заболеваний, либо замедлить процесс старения как таковой. Полученные результаты по старению популяции также анализируются в свете экономических затрат, а также перспектив развития здравоохранения, которые помогут преодолеть негативные последствия демографических изменений. Был сделан вывод, что продолжительность жизни возрастет не на 3,1 года, как предполагается в официальных прогнозах, а на 7,9 года.

Исследования Шона Олдема направлены на понимание генетического взаимодействия метаболизма, роста и старения, путем изучения чувствительности пути инсулин-TOR, в том числе -влияния инсулина на фактор FOXO. Установлено, что тучность и старение — главные причины сердечных болезней, диабета и рака. Прогрессу исследования тучности препятствует сложность в генетических/метаболических и экологических взаимодействиях. Поэтому ученые изучают влияние высокожирной диеты (HFD), вызванной ею тучности и старения на дрозофиле, которая недавно стала мощным инструментом для открытия консервативной генетической сети метаболизма и главных путей регулирования роста и старения. Используя дрозофилу, ученые группы Шона Олдема изучают:- как генетическая манипуляция новыми путями передачи сигналов метаболизма жира может модулировать сердечную структуру и функцию;- какие пути и как регулируют старение и влияют на функцию ISC кишки — в пределах ISC и в пределах нишы (стромы) на клеточном уровне;- какие генетические компоненты способствуют развитию диабета и тучности, каков их автономный и неавтономный вклад в чувствительность к инсулину в модели диабета 2 типаУченые группы Шона Олдема показали, что сокращение функции TOR у дрозофилы приводит к уменьшению жировых отложений и уровня глюкозы. Важно, что сокращение деятельности dTOR блокирует устойчивость к инсулину и метаболические синдромы фенотипа, связанные с увеличенной активностью инсулин-зависимого фактора транскрипции, dFOXO. Сокращение функции dTOR также защищает от возраст-зависимого снижения сердечной функции и увеличивает долговечность.

Основные научные достижения группы профессора Окано связаны с модификацией термочувствительного полимера (поли(N-изопропилакриламида) как поверхности для культивирования тканей. В обычных условиях культивирования (37°С) эти поверхности гидрофобны, клетки адсорбируются и пролиферируют. При снижении температуры до 20°С полимер становится гидрофильным, что позволяет собрать все культивируемые клетки как интактные листы. Клетки в этих листах сохраняют в неизменном виде цитоскелет и межклеточные контакты. Это позволяет пересаживать их на другие поверхности и использовать для биоинженерных манипуляций. Этот метод уже сейчас успешно применяется в клинике для реконструкции поверхности глаза и позволяет решить проблемы дефицита донорской ткани и отторжения после чужеродной трансплантации. В регенеративной медицине болезней роговицы достаточно взять у пациента бипсию (2 кв.мм) эктороговичных стволовых клеток из здорового глаза, чтобы создать клеточный лист для имплантации. Кроме того, ученые разработали для случаев двухстороннего поражения роговицы технологию, при которой используется трансплантант из эпителиального клеточного листа слизистой оболочки рта пациентов, что также исключает необходимость иммуносупрессии. Кроме двухмерных клеточных листов, были созданы трехмерные структуры для использования в реконстструкции сердечной ткани. Наслоенные один на другой листы кадиомиоцитов проявляли синхронную спонтанную пульсацию, свидетельствующую об установлении морфологической связи между листами клеток. На основе этого свойства Теруо Окано предложил для регенерации тканей и органов технологию «клеточного листа», которая полностью исключает применение каких-либо матриксов, используя только аутологичные клетки без посторонних компонентов. Технология листов из сердечных клеток может быть полезной при создании модели сердца и восстановления сердечно-сосудистых тканей.

Плавающие мобильные элементы типа Mariner (MLEs) — широко распространенные транспозоны в геноме эукариот, включая человека. Для транспозиции in vitro требуется транспозаза, а если транспозиция происходит in vivo, то дополнительное влияние оказывают физико-химические факторы. Транспозиция Mos1, впервые открытая у Drosophila mauritiana, способна протекать in vitro при длине транспозона от 80 до 120 п.н. Однако, в работах лаборатории Карин Оже Гуиллу было показано, что высокая температура негативно регулирует транспозицию Mos1, в результате которой вырезанные продукты для транспозиции не способны реинтегрировать. Было также установлено, что сверхспирализация сайта встраивания транспозона, возможно, необходима для эффективности этого процесса. Перспективное направление изучения свойств Mos1 — использование его в качестве вектора для переноса генов.

Одно из направлений исследований группы Питера О`Брайена — поиск механизма, благодаря которому карбонил-удаляющие препараты препятствуют токсичности глиоксаля. Диабет является одним из заболеваний, которое связано с накоплением карбонилированных белков в тканях. Предполагается, что препараты, содержащие тиоловые или амино-функциональные группы, способны к удалению карбонильных групп путем захвата дикарбонилов глиоксаля и метилглиоксаля с образованием нетоксичных соединений. Группа Питера О`Брайена оценила цитопротекторное действие некоторых фармакологических препаратов и витаминов группы В при карбонильном и окислительном стрессах, имеющих место при диабете. Также было показано, что количество конечных продуктов усиленного гликозилирования в тканях и связанные с ними патологии уменьшаются благодаря применению витаминов B1/B6. Установлено, что тиамин (В1) лучше предотвращает гибель клеток, вызванную карбонильным стрессом и митохондриальными токсинами, тогда как В6 более эффективен в от-ношении окислительного стресса и перекисного окисления липидов. В более ранних работах, выполненных на крысах, было продемонстрировано, что дефицит тиамина приводит к увеличению карбонильных соеди-нений. Также Питером О`Брайеном с коллегами проведено исследование оценки цитопротекторных свойств экстрак-ов грецкого и лесного орехов. По выраженности защитных свойств от перекиси водорода, вызывающей гибель клеток, исследователи расположили экстракты в следующем порядке: метаноловый экстракт грецкого ореха > водный экстракт грецкого ореха > липофильный экстракт грец-кого ореха > водный экстракт лесного ореха > метаноловый экстракт лесного ореха. В результате было показано, что аминогуанидин, пеницилламин и цистеин в концентрациях, эквимолярных концентрации глиоксаля, предотвращают карбонилирование белков.

Уровень бета-амилоида в мозгу курящих пациентов с болезнью Альцгеймера достоверно ниже, чем у некурящих больных. Аналогичные данные были получены при изучении эффектов никотина на трансгенных мышах с повышенным уровнем предшественника амилоида. Для выяснения механизма, с помощью которого никотин регулирует процессинг предшественника амилоида (АPP), ученые группы Агнеты Норнберг измерили его уровень и уровень бета-амилоида в линиях клеток, экспрессирующих различные подтипы никотиновых рецепторов или не экспрессирующих их. Результаты исследований показали, что для специфических изменений в процессинге APP необходимо связывание вещества с сайтом связывания агонистов, а не активация рецептора. При этом блокатор открытых каналов мекамиламин снимал никотин-зависимое повышение уровня APP. Кроме того, в клетках, не экспрессирующих никотиновые рецепторы, изменения процессинга APP не наблюдалось, что свидетельствует о том, что описанные эффекты опосредованны воздействием на рецептор, а не прямым действием никотина на клетку. Полученные результаты могут быть использованы в разработке новых препаратов, снижающих уровень амилоида, путем воздействия на никотиновые рецепторы ацетилхолина.

Исследования научной группы Марка Нобла привели к открытию нового регуляторного механизма, посредством которого небольшое повышение в окислительном стату-се организма приводит к усилению разрушения рецепторов на поверхности клеток, которые необходимы для деления и выживания клеток-предшественников. Этот механизм был назван redox/Fyn/c-Cbl- механизмом. Он описывает общие принципы действия токсинов разной химической природы и объединяет биологию клеток-предшественников, токсикологию, редокс-биологию и анализ сигнальных реакций в организме. В поиске баланса между регенерацией и дифференцировкой клеток группа Марка Нобла обнаружила, что внутриклеточный редокс-статус является основным модулятором этого баланса в клетках-предшественниках астроцитов олигодендроцитов типа 2 (О-2А). При изучении О-2А прогениторных клеток из различных регионов мозга было обнаружено, что свойства этих клеток специфичны для каждого региона. При немедленном анализе клеток, выделенных из коры, обнаруживалось, что они обладали сниженными редокс-статусом по сравнению с клетками из зрительного нерва. У клеток из зрительной хиазмы способность к обновлению была промежуточной между клетками коры и зрительного нерва: эти клетки были более «восстановлены», чем клетки зрительного нерва, но более «окислены», чем клетки-предшественники O-2A из коры. Внутриклеточный редокс-статус недавно выделенных клеток-предшественников позволяет различать клетки с разной способностью к самообновлению, которые затем можно программировать в противоположных направлениях, добавляя проантиоксиданты.

Основные нейродегенеративные заболевания, такие как болезнь Альцгеймера и болезнь Паркинсона, характеризуются патологическим накоплением одного или более полипептидов внутри или снаружи нейронов. Важной задачей является исследование регуляции протеолитического процессинга и контролирования экспорта белков в аксоны и синапсы. Это два ключевых аспекта, определяющих судьбу нормальных и патогенных белков. Группой Ральфа Никсона обнаружено, что самой ранней патологической реакцией нейрона при болезни Альцгеймера является дисфункция эндосомно-лизосомной системы, а именно изменения эндоцитоза и нарушение транспорта протеаз в эндосомы. В модельных экспериментах было показано, что ранние эндосомы являются основными продуцентами токсичного бета-амилоидного пептида, что говорит об их вкладе в накопление бета-амилоида при спорадической форме болезни Альцгеймера. Методами генной инженерии и на моделях клеточных культур были выявлены последствия влияния дисфункции эндосомно-лизосомной и кальпаиновой системы на процессинг белков, связанных с болезнью Альцгеймера, рецептор-опосредованную передачу сигнала и механизмы гибели нейронов. На мышах было показано, что в случае болезни Альцгеймера ингибиторы кальпаина улучшают память и синаптическую передачу.