База данных исследований по борьбе со старением

Белки семейства Sir2 (сиртуины) представляют из себя эволюционно консервативные NAD(+) (никотин-амидадениндинуклеотид)-зависимые деацетилазы белков и АДФ-рибозилазы, играющие важную роль в стрессовых реакциях, транскрипции генов, клеточном метаболизме и долголетии. Новейшие исследования также позволяют предположить, что сиртуины являются нижележащими мишенями ограничения калорийности, которые играют свою роль в увеличении продолжительности жизни NAD(+)-зависимым образом. Ограничение потребления калорий повышает продолжительность жизни у многих видов и улучшает состояние при многочисленных возрастных заболеваниях, таких как различные типы диабета и рака. Работа группы Су-Джу Лин была сфокусирована на изучении сиртуинов и метаболизма NAD(+) на генетически податливой модельной системе, пекарских дрожжах Saccharomyces cerevisiae. Эти исследования выявили ключевые метаболические факторы долголетия в сигнальных процессах ограничения калорий и путях биосинтеза NAD(+), которые также могут вносить вклад в регуляцию активности сиртуинов. Многие компоненты этих путей являются консервативными как у дрожжей, так и у высших эукариот, включая человека. Понимание механизмов действия ограничения калорийности и регуляции сиртуинов предоставит возможность проникнуть в суть молекулярных основ возрастных метаболических заболеваний. Таким образом, эти открытия помогут пролить свет на механизмы, лежащие в основе метаболических возрастных заболеваний и, возможно, старения человека в целом.

Группа под руководством профессора Лилоглу занимается изучением нарушения механизмов метилирования ДНК в раковых клетках человека и возможной роли гипометилирования в процессах ретротранспозиционной нестабильности генома. LINE-1 и Alu — ретротранспозоны без длинных концевых повторов (non-LTR retrotransposons) — активно метилируются в опухолях человека. С помощью пиросеквенирования в лаборатории профессора Лилоглу были изучены уровни метилирования ретротранспозонов LINE-1 и Alu в 48 типах клеток карциномы. Было показано, что в этих клетках значительно снижен уровень метилирования данных последовательностей. Генетическую нестабильность тестировали с помощью флуоресцентных микросателитных маркеров, расположенных на раковых клетках легких. Было установлено, гипометилирование обоих элементов связано с повышенной нестабильностью генома. Таким образом, показана очевидная связь между гипометилированием мобильных элементов и генетической нестабильностью в клетках карциномы. В настоящее время деметилирующие агенты активно проходят клинические испытания, а более глубокое понимание процессов реактивации ретротранспозонов поможет сделать прорыв в лечении рака.

Лаборатория Роджера Лижнена изучает роль фибринолитической систем (плазминоген/плазмин) и системы матриксных металлопротеиназ (MMPs) в повреждении сосудов, атеросклерозе и ожирении. In vitro дифференцирование нормальных или генетически измененных эмбриональных стволовых клеток — перспективная модель для изучения ранних стадий развития адипоцитов и идентификации регуляторных генов, включенных в ассоциации мультипотентных стволовых клеток мезенхимы. Это необходимо для понимания основ происхождения адипобластов (клеток, которые превращаются в зрелые адипоциты) и достижения терапевтических результатов в борьбе с ожирением. Жировая ткань оплетена густой сетью капилляров и сосудов, а значит, возможна регуляция через ангиогенез — процесс образования новых кровеносных сосудов в ткани. В лаборатории Роджера Лижнена была показана значительная роль протеолитической системы во взаимосвязи жировой ткани с ангиогенезом. Регулирование этого процесса ведет к изменениям в развитии жировой ткани.

Гиппокамп тесно связан с функцией памяти и биохоимическими изменениями в процессе старения. В некоторых структурах гиппокампа в ранние постнатальные сроки (1, 3 месяца после рождения) был обнаружен белок кальбиндин D-28k, связывающий ионы кальция. Ученые провели исследование возрастзависимых имуннореактивных изменений кальбиндина в гиппокампальных областях CA1 и CA2 у песчанок и выяснили, что его наличие заметно возрастает к третьему месяцу после рождения, после чего — уменьшается. Концентрация кальбиндина возрастала в зубчатой извилине гиппокампа, граннулярных клетках, мшистых волокнах. Через 24 месяца после рождения количество кальбиндин имуннореактивных нейронов (+) было минимальным. Было высказано предположение о зависимости концентрации этого белка в нейронах мозга и активности развития кишечника песчанок, достигающего своего максимального диаметра к третьему месяцу после рождения. Данные о возраст-зависимых изменениях кальбиндина в нейронах могут быть соотнесены с возможностью контроля за его концентрацией и функциями во взрослом организме с целью его омоложения.

Ученые группы Гюнтера Леппердингера изучали способности к дифференцировке и пролиферативной активности мезенхимальных стволовых клеток (МСК) костного мозга в зависимости от возраста мыши, а также возможное участие ниши МСК во влиянии на свойства этих клеток. Мезенхимальные стволовые клетки выделяли из мышей трех различных линий — короткоживущей (SAMP6 — 9,7 месяца), среднеживущей — (SAMR1 — 16,3 месяца) и долгоживущей (C57BL/6 — 28 месяцев). Ученые исследовали колониеобразующие единицы костного мозга и выяснили, что эти клетки обладали сходными характеристиками in vitro вне зависимости от продолжительности жизни организма. В то время как данные по генетическому анализу in situпоказали различия в экспрессии множества генов в нишах мезенхимальных стволовых клеток, изменение эксперссии генов различалось практически в два раза. Таким образом, было доказано, что мезенхимальные стволовые клетки не изменяют своих характеристик с возрастом, но испытывают сильное влияние стареющего микроокружения (ниши).

Под руководством Синтии Лемер были проведены эксперименты по продолжительной иммунизации бета-амилоидным белком африканских зеленых мартышек Chlorocebus aethiops. У этих животных последовательность белка-предшественника бета-амилоидного белка сходна с человеческим вариантом, и при старении у этих обезьян также образуются внеклеточные амилоидные бляшки. Для объяснения положительного эффекта вакцинации было предложено несколько механизмов. 1. Антитела способны предотвращать агрегацию бета-амилоидного белка в фибриллы или разрушать уже сформированные структуры. 2. Антитела связываются с Fc-рецепторами на клетках микроглии мозга, вызывая фагоцитоз бета-амилоидного белка. 3. Антитела увеличивают выведение бета-амилоидного белка из мозга на периферию. Клинические испытания на людях были остановлены после развития у 6% пациентов, участвующих в исследованиях, менингоэнцефалита. Точные причины этого не установлены. Возможно, иммуноген распознается как ауто-антиген, что приводит к развитие аутоиммунного ответа у ряда пациентов. Исследования показали, что у иммунизированных обезьян происходит снижение уровня бета-амилоидного белка в ЦНС. Для решения этих проблем группа доктора Лемер работает над созданием гуманизированных антител и новых пептидных иммуногенов для иммунизации мышей и обезьян.

В лаборатории исследуется роль белка beclin 1 и аутофагии в супрессии развития опухолей и в увеличении продолжительности жизни. В перспективе: исследования роли аутофагии в антимикробной защите, в биологии рака, в регуляции клеточной смерти, в предотвращении старения и нейродегенеративных заболеваний. В лаборатории профессора Левин был открыт белок Beclin1 — основной активатор аутофагии. У нематод белок beclin-1 необходим для выживания при голодании. А у людей пониженная экспрессия белка beclin-1 в нервной системе приводит к повышенной вероятности болезни Альцгеймера. Beclin-1 содержит BH3 домен, который обеспечивает взаимодействие этого белка с антиапоптотическими гомологами белка Bcl-2. Таким образом, при образовании комплекса Beclin-1 /Bclингибируется аутофагия. Beclin1 играет центральную роль при образовании аутофагосом, а комплекс Bcl-2/Bcl-XLиграет важную роль как регулятор Beclin-1 зависимой аутофагии. Комплекс Bcl-2/Bcl-XL-beclin-1 — терапевтическая цель для активации аутофагии. При использовании веществ, разрушающих такой комплекс можно активировать аутофагию (например при лечении нейродегенеративных заболеваний) а при других заболеваниях желательно, напротив, ингибировать аутофагию, повышая устойчивость комплекса Bcl-2/Bcl-XL-beclin-1.

Лаборатория под руководством де Ланге открыла теломер-специфичный протеиновый комплекс, названный шелтерином (shelterin) и показала, что этот комплекс защищает двуцепочечные концы хромосом. Без шелтерина концы хромосом идентифицируются как двуцепочечные разрывы и эти «повреждения» репарируются. Проведенные в лаборатории Титии де Ланге работы по изучению белков TRF1 и TRF2 показали, что снижение уровня экспрессии теломер-связывающего белка TRF1, способно удлинять теломеры в теломераза-позитивных клеточных линиях при использовании интерферирующих РНК для ингибирования экспрессии белка TRF1 в культуре клеток. Этот подход может применяться для удлинения теломер, не используя повышенную экспрессию теломеразы. Однако данная работа ориентирована пока на клетки иммунной системы. В лаборатории также продолжается работа по изучению белков шелтерина. Ученые хотят выяснить, каким образом концы хромосом защищаются от «репарации». Ответ на этот вопрос прольёт свет на механизм ответа клетки на повреждения ДНК. Возможно, что с помощью данного механизма возможно увеличить продолжительность жизни клетки без риска неоплазии.

Группа профессора Лайтаулерса изучает причины нарушения функционирования митохондрий на молекулярном уровне. Конечной целью исследований является установление ключевых механизмов экспрессии митохондриальных генов через использование трансфекции. Пептидо-нуклеиновые кислоты (PNAs) представляют собой искусственно полученные полинуклеотиды, которые связываются с ДНК и РНК с высокой афинностью и специфичностью. Связываясь с мутантной ДНК митохондрий, PNA блокируют репликацию мутантной ДНК, не затрагивая репликацию ДНК дикого типа. Условием успешной генной терапии является захват и транспорт таких молекул внутрь клеток. В настоящее время эти механизмы остаются малоизученными. В лаборатории профессора Лайтаулерса при использовании конфокальной микроскопии был изучен захват пептидо-нуклеиновой кислоты, меченой биотином, культуральными клетками. Установлено, что после проникновения в клетку PNAs локализуются в цитозоле и ядре. При конъюгации PNAs с лидерным пептидом (пресиквенсом) субъединицы VIII цитохром оксидазы С человека, кодируемая ядерным геномом, показана способность пептидо-нуклеиновой кислоты, меченой биотином, проникать в изолированные митохондрии. Из-за трудностей, связанных с трансфекцией митохон- дрий, в настоящее время уже разработаны альтернативные подходы, применяемые в культуре клеток, для экспрессии митохондриальных генов в ядре клеток того же вида (аллотипическая экспрессия) и в ядре клеток другого вида (ксенотипическая экспрессия).

Известно, что при болезни Паркинсона в черной субстанции мозга ухудшается образование сосудов и снижается уровень фактора роста эндотелия сосудов (VEGF — это белок регулирующий рост сосудов). Однако не известно, оказывает ли процесс старения такой же эффект на стуктуры среднего мозга. Ученые из группы Хосе Луи Ла-бандейра использовали для эксперимента нетренированных крыс с возрастным снижением плотности микрососудов и уровня фактора роста эндотелия сосудов. Если животное старое, но в целом здоровое, то подобные изменения можно скорректировать с помощью физических упражнений. В то же время, такие возраст-зависимые изменения могут повысить уязвимость дофаминэргических нейронов и, как следствие, повысить риск развития болезни Паркинсона. Эффект восстановления плотности сосудов у здорового животного противоположен наблюдаемым и плохо обратимым изменениям при болезни Паркинсона. Другими словами, изменения при болезни Паркинсона — это не просто нарастающее, связанное с возрастом, ухудшение функций дофаминэргической системы. Понимание различий в механизмах нормального и патологического старения дает возможность влиять на процессы нормального старения, предупреждая возникновение нейродегенеративных болезней.