База данных исследований по борьбе со старением

Особое внимание ученые обращали на изучение коллагеназ (MMP-1, -8 и -13), и других ферментов, которые разрушают фибриллярный коллаген. Также целью исследования была идентификация протеиназ, которые инициируют каскадный механизм активации матриксных металлопротеиназ. В ходе исследования на человеческой артритической ткани было обнаружено, что онкостатин М (OSM) + интерлейкин-1 (IL-1) совершенно точно стимулировали выделение коллагена из хряща — это ключевой момент в процессе разрушения хрящевой ткани. MMP-1, -3, -8 и -13 регулируются цитокином в сочетании с веществами семейства ADAM (дисинтегрин и металлопротеиназы). Была показана важность активации коллагеназ в процессе хрящевого коллагенового синтеза и его блокирование фурином и др. сериновыми протеиназами, ингибирующими подобную активацию. В планах ученых — исследовать роль связок гликопротеина-39, идентифицировать протеиназы, обнаруженные на поверхности клеток, открыть новые каскадные механизмы активизации MMPs, механизмы коллагенолиза, открыть новые субстраты для коллагеназ и эффект лекарств на метаболизм хряща. Таким образом, был открыт механизм коллагенового распада, понимание которого позволит разработать новые терапевтические меры предотвращения разрушения суставов при артрите.

Матриксные металлопротеиназы (ММП), а также их тканевые ингибиторы (TIMP) играют важную роль в процессах опухолевого роста, ангиогенеза, инвазии, метастазирования и в значительной степени определяют злокачественность опухоли. В лаборатории Татьяны Короленко для изучения фагоцитарной функции опухоль-ассоциированных макрофагов, а также уровня ММР/ TIMP -1 при опухолевом росте и метастазировании использовались мыши с трансплантированной аденокарциномой легких Льюис, метастазирующей в легкие. Для получения модели макрофагальной депрессии в печени, легких и опухоли мышам однократно вводили хлорид гадолиния (ХГД).В ходе исследования было показано, что поглощение ХГД клетками печени интактных мышей не влияло на концентрацию TIMP -1 в сыворотке крови и на активность ММП печени. Общая активность ММП была минимальна в опухолевой ткани и снижалась по мере роста опухоли. Формирование метастазов в легких сопровождалось снижением активности ММП в легочной ткани. Рост опухоли сопровождался увеличением концентрации сывороточного TIMP -1, но в меньшей степени по сравнению с мышами, получавшими ХГД. Развитие метастазов индуцировало снижение активности ММП в легких, ХГД не оказывал влияния на это процесс. Таким образом, важную роль в процессе опухолевого роста и метастазирования играет снижение функциональной активности ММP-2 вследствие увеличения экспрессии ее ингибитора TIMP-1.

Одним из симптомов болезни Альцгеймера является накопление полипептида A-бета42, продукта протеолиза белка-предшественника бета-амилоида. При этом у ученых не было точного понимания, какие именно гены и метаболические пути вовлечены в развитие обусловленной A-бета42 нейродегенерации. Для решения этой проблемы научные группы Консолаки и Шедла использовали дрозофилы как модель для изучения молекулярной симптоматики болезни Альцгеймера. В эксперименте экспрессируемый человеческий полипептид A-бета42 вызывал гибель клеток и общую деградацию ткани глаза мухи. При этом ученые обратили внимание на ген TolI (TI), который колирует рецептор регуляторного Tl-NFkB врожденного иммунного/воспалительного пути и является гомологом рецептора интерлейкина I (Ilk-1) млекопитающих. Оказалось, что мутации, ведущие к потере этим рецептором функциональной активности, существенно подавляют тканедегенеративный эффект A-бета42 и наоборот, мутации, усиливающие активность рецептора, способствуют ускорению развития болезни Альцгеймера. Более того, ученые выяснили, что и последующие компоненты Tl-NFkB цепи также непосредственно влияют на тканедегенеративную активность A-бета42. Генетическое манипулирование с элементами этой цепи позволяет непосредственно влиять на процесс клеточной гибели в глазе мухи. Известно, что у больных болезнью Альцгеймера в мозгу в значительной мере разбалансирован врожденный иммунитет по пути Ilk-1-NFkB. Возможно, коррекция Ilk-1-NFkB системы может иметь значимый терапевтический эффект при лече-нии болезни Альцгеймера и некоторых других возраст-зависимых заболеваний.

Обычно транстиретин присутствует в организме в форме тетрамера, но в некоторых случаях образуются мономеры белка, способные связываться между собой и образовывать фибриллы, что и становится причиной развития амилоидозов. Следовательно, для развития заболевания тетрамер белка сначала должен диссоциировать на мономеры. Ранее было показано, что способность транстиретина образовывать устойчивый комплекс может быть связана с химической модификацией отдельно взятого остатка цистеина (Cys10) в его составе путем образования смешанных дисульфидных связей. Наиболее распространенными модификациями белка в организме является присоединение к нему S-сульфоната и S-цистеина. Группа Лоурин Коннорс провела исследование влияния S-сульфоната и S-цистеина на устойчивость четвертичной структуры транстиретина. В результате было показано, что S-сульфонирование транстиретина усиливает процесс диссоциации тетрамера белка, что способствует развитию заболевания, в то время как присоединение S-цистеина, напротив, стабилизирует комплекс. Транстиретин в норме является устойчивым белком плазмы, но в случае старческого амилоидоза он откладывается в ткани в виде амилоидных фибрилл, что приводит к тяжелым дисфункциям органов. В дальнейшем понимание механизмов регуляции устойчивости стабильного тетрамера транстиретина может способствовать созданию новых методов лечения и профилактики амилоидозов.

Наиболее адекватным методом децеллюляризации (удаления донорских клеток) матрикса оказался детергентно-ферментативный. С его помощью были созданы экспериментальные модели in vitro и in vivoна животных по восстановлению тканей уретры, тонкого кишечника и трахеи. Полученные бесклеточные матриксы трахеи, обладая структурными и механическими характеристиками, подобными нативным трахеям, не проявляли антигенности и сохраняли способность к адгезивности для хондроцитов и эпителальных клеток. Эти свойства сохранялись при имплантации матриксов в качестве аллографтов либо ксенографтов. Другие способы удаления клеток с поверхности матриксов (обработка формалином, ацетоном и др.) не приводили к достаточному росту клеток и были отклонены. Участок трахеи длиной 7 см, выделенный из организма донора, после очистки от соединительной ткани и промывки в растворе антибиотиков подвергался обработке детергентом (Na-деоксихолат) и ферментом (ДНКаза). Это позволило практически полностью удалить донорские клетки (децеллюляризация) при сохранении хрящевого каркаса трахеи и исключить возможность отторжения имплантанта впоследствии.

В лаборатории Ирины Конбой было показано, что, помимо снижения активации Notch, с возрастом повышается уровень TGFβ, который индуцирует образование большого количества фосфорилированного Smad3 в резидентных прогениторных клетках мышцы, что мешает регенеративной способности клеток-сателлитов. Важным фактом является то, что Notch и pSmad3 являются антагонистами и контролируют пролиферативную активность стволовых клеток. Активация Notch блокирует TGFβ-зависимую активацию ингибиторов циклин-зависимых киназ (таких как p15, p16, p21 и p27), в то время как его ингибирование, наоборот, активирует их. Ученые изучили возможность экстраполяции данных, полученных на грызунах, на человека. Было показано, что у человека сателлитные клетки сохранялись с возрастом, но не могли активироваться в ответ на истощение мышцы, из-за снижения активности Notch, одновременно с увеличением активности TGFβ. Кроме того, было показано, что большое значение в активации Notch играет MAPK/pERK сигнальный путь. С помощью вестерн блоттинга (Western blot) исследователи выяснили, что с возрастом, активность MAPK-сигнального каскада снижается. При исследовании содержания уровня Delta, количества активного Notch, и активности миогенеза в ответ на присутствие антагонистов или агонистов MAPK, ученые выяснили, что агонист (FGF 2) индуцировал Delta и активировал Notch. В то время как ингибиторы MAPK-сигнального пути угнетали активность Notch и снижали уровень Delta. При непосредственной активации MAPK, регенеративная способность сателлитных клеток мышечной ткани, как молодой, так и старой, значительно увеличивалась. Соответственно, баланс между этими двумя молекулами — Notch и pSmad3- является важным фактором в контроле пролиферативной активности и регенеративной способности стволовых клеток мышцы. Активация MAPK/Notch показала возможность «омоложения» сателлитных клеток мышцы 70-тилетнего до уровня 20-тилетнего.

Область научных интересов Антонины Компаниец — исследование гомологичных рядов веществ — полиолов, амидов и их производных, продуктов направленного синтеза; установление характера взаимосвязи между криозащитной активностью, цитотоксичностью, токсичностью соединений и их химической структурой и физико-химическими свойствами. В ее работе реализуется один из способов создания и получения, новых криопротекторов — химическая модификация известных соединений. Так же значительное место в исследованиях занимают направления, связанные с фазовыми превращениями и разработкой способов управления ими для оптимизации технологии низкотемпературного консервирования различных клеточных суспензий и тканей. В лаборатории Антонины Компаниец были получены данные для управления рекристаллизационными процессами типа «кристалл-кристалл», «витрификация-девитрификация» в средах с различными криопротекторами (добавками углеводов, белков, поверхностно-активных веществ и др.). В настоящее время в отделе Антонины Компаниец исследуются растворы, содержащие криопротекторы и биологически активные вещества, которые в дальнейшем смогут позволить охладить тела теплокровных существ до сверхнизких температур.

В лаборатории Мелани Х. Коб изучают белковый каскад, запускаемый киназами, а также функции MAP киназ. MAP киназы преобразовывают сигналы, которые участвуют во множестве путей и клеточных функций в ответ на разнообразные лиганды и клеточные стимулы. MAPKs ERK1 / 2 связаны с клеточной пролиферацией. ERK1 / 2, как полагают, играет определенную роль в развитии некоторых раковых заболеваний, потому что мутации в Рas-и B-RAF, которые могут активизировать ERK1 / 2 каскады, находят во многих опухолях человека. Аномальные ERK1 / 2 сигнализации также были найдены при поликистозе почек. ERK1 / 2 имеют важное значение в хорошо дифференцированных клетках, и их связывают с долгосрочным потенцированием в нейронах и с поддержанием эпителиальной полярности. Кроме того, ERK1 / 2 имеют важное значение для транскрипции гена инсулина в бета-клетках поджелудочной железы, производящих инсулин в ответ на повышение концентрации глюкозы. В настоящее время выявлено нарушение функций MAPKs при множестве заболеваний, начиная от рака и воспалительных процессов и заканчивая ожирением и диабетом.

Для изучения патофизиологии кахексии как осложнения ракового заболевания и поиска вариантов ее лечения ученые группы Паолы Клеменс исследовали эффект выделяемых раковыми клетками цитокинов на первичные миобласты, полученные из скелетной мускулатуры мышей. Эти исследования показали, что факторы, выделяемые раковыми клетками предстательной железы и меланомы (интерлейкин (IL)-1b, TNF-альфа и фактор, вызывающий протеолиз (PIF)) значительно ингибируют дифференцировку миобластов. При этом связывающая и транскрипционная активность NF-kappaBв обработанных этими факторами миоцитах были повышены. Трансфекция миобластов геном cFLIP (клеточный каспаза-8-подобный белковый ингибиор), который является ингибитором NF-kappaB, активировала экспрессию мышечных маркеров в миобластах. В то же время гиперэкспрессия антиапоптотического белка Bcl-xL не вызывала подобного эффекта. Эти результаты показывают, что воздействие не на все молекулярные системы, вызывающие развитие кахексии, может быть эффективным. Перспективной является работа с белком cFLIP, воздействие которым оказывало положительный эффект на развитие мышечных клеток.

Коэнзим Q — незаменимый жирорастворимый антиоксидант. Включение его в рацион помогает предотвращать прогрессию нейро- и мышечно-дегенеративных заболеваний. Однако у более простых организмов, например, С. elegans, CoQ, напротив, способствует сокращению продолжительности жизни. Это, по всей видимости, связано, с его участием в образовании АФК. Мутации в гене clk-1 °C. elegans приводят к увеличению продолжительности жизни и замедляют развитие. Гомология гена clk-1 и генов CoQ дрожжей позволила предположить, что долгоживущие clk-1-мутанты нематод имеют нарушения биосинтеза CoQ. При отсутствии CoQ в рационе мутантных нематод наблюдается прекращение роста на ранних стадиях развития и стерильность в зрелости. Группой Кларк было показано, что этот фенотип можно изменить добавлением Q8 в пищу, позднее было обнаружено, что такими свойствами обладают также Q9 и Q10. Эти результаты свидетельствуют, что clk-1 необходим для биосинтеза CoQ, и с его уровнем могут быть связаны и старение, и замедление развития. Причем эти результаты очень устойчивы и воспроизводятся для всех мутантов с измененной продолжительностью жизни. При понижении уровня CoQ повышается экспрессия защитных генов и количество митохондриальной ДНК. Этот ответ сходен с таковым у дрожжей и человека при ингибировании дыхания. Таким образом, влияние на митохондрии активирует сходные транскрипционнные и физиологические механизмы у разных организмов и разными способами. Средняя и максимальная продолжительность жизни нематод дикого типа удлиняются на 60% при снижении количества CoQ в пище.