База данных исследований по борьбе со старением

Ученые предложили два способа решения этой проблемы. Первый подход. На поверхность Т-клеток «навешивают» новый химерный рецептор. Он имеет внешнюю структуру, подобную антителам и цитозольный (внутриклеточный) домен, который передает сигнал внутрь Т-клетки. Эта конструкция может перенаправлять Т-клетки in vitro и заставлять их атаковать опухоли. Второй подход. Т-клетки могут быть изменены для экспрессии естествененого гетеродимера αβTCR, распознающего клетки опухоли. В первом клиническом испытании были созданы Т-клетки, на поверхности которых был TCR, специфичный к гликопротеину 100 (gp100). Пациенту, больному меланомой, сделали одну инъекцию этих Т-клеток с примесью IL-2. Целью этого метода лечения была возможность генерировать дополнительные рецепторы, с помощью спаривания трансгенных и естественных TCR цепей. При этом токсичных побочных действий не наблюдалось. Однако, исследования показывают, что уровень экспрессии gp100-специфичных TCR падает, что может снижать авидность TCR и таким образом минимизировать эффекторные функции. Другое важное ограничение этого метода-то, что каждый TCR является определенным для данного комплекса пептид-МНС. Пересадка Т-лимфоцитов успешно применяется в различных клинических случаях иммунодефицитов и опухолей. Однако, в тех случаях, когда опухоль бедна антигенами, этот метод лечения не так эффективен. Перспективные направления терапии, основанной на пересадке измененных иммунных клеток — создание Т-клеток, нечувствительных к ВИЧ. Преклинические испытания указывают на возможность такого лечения, но безопасность этого подхода еще предстоит установить.

С помощью ингибирования ряда генов интерферирующими РНК группой Джонсона были открыты три новых киназы, необходимые для активации SKN-1. В условиях окислительного стресса SKN-1 перемещается в ядро клетки и там активирует транскрипцию ряда генов, которые кодируют белки, принимающее самое непосредственное участие в защите от активных форм кислорода. Открытые исследователями киназы MKK-4, IKKe-1, NEKL-2, PDHK-2 необходимы для того, чтобы фактор SKN-1 переместился в ядро. Ингибирование двух из этих киназ приводит к укорочению длительности жизни нематод и увеличивает их чувствительность к окислительному стрессу.

Группа Дина Джонса изучала образование митохондриями супероксида при апоптозе, а также антиоксидантные функции глутатиона в пигментном эпителии сетчатки при окислительном повреждении и защитную роль аскорбата при гипероксии в легких. Возраст-зависимая дегенерация сетчатки является одной из основных причин потери зрения. Ученые обнаружили, что оксиданты индуцируют апоптоз в эпителии сетчатки путем активации проницаемости митохондрий. Последние данные многоцентрового испытания с использованием антиоксидантов также показали, что уровень глутатиона в плазме снижается при старении. Кроме того, было доказано, что окисление глутатиона связано с повышением риска развития заболевания сетчатки. Исследования in vitro на пигментных клетках сетчатки в культуре показали, что введение определенных веществ в рацион увеличивает уровень глутатиона и снижает окислительные повреждения. Кроме того, научная группа Дина Джонса показала, что аскорбат и глутатион защищают первичные культуры клеток легкого от апоптоза. Таким образом, вмешательства, направленные на поддержание уровня глутатиона, могут быть полезны для предотвращения возраст-зависимой дегенерации сетчатки.

Исследования группы Джэймса Джозефа показали, что пищевые антиоксиданты — вещества, способные снизить токсическое действие окислительного стресса на нервную ткань (например, полифенолы, обнаруженные в чернике) могут замедлить и нейродегенеративные изменения, снижение познавательной активности и моторного дефицита. Кроме того, полифенолы способны индуцировать повышение гиппокампальной пластичности. Исследования группы Джэймса Джозефа показали, что добавление крысам в пищу экстракта черники способствовало увеличению нейрогенеза у старых крыс. Более того, старые крысы, получающие рацион с полифенолами, показали лучшие способности к обучению. Таким образом, в эксперименте на животных было продемонстрировано, что пищевые антиоксиданты могут улучшать мыслительную деятельность.

Эксперименты группы доктора Джина показали, что в результате блокировки генов аутофагии atg7и atg12 интерферирующими РНК уменьшается продолжительность жизни нематод как дикого, так и мутантного типа. Таким образом была подтверждена роль аутофагии в регуляции старения. Для опытов были выбраны нематоды дикого типа, а в качестве контрольной группы использовались нематоды-мутанты, у которых процесс аутофагии был нарушен. При введении червям интерферирующих РНК было показано, что продолжительность жизни нематод дикого типа значительно снизилась — до 9 дней, в то время как продолжительность жизни нематод мутантного типа уменьшилась совсем немного — до 14 дней. Помимо изучения влияния блокировки генов на аутофагию в лаборатории изучают влияние аутофагии на продолжительность жизни. Известно, что генерация поврежденными митохондриями активных форм кислорода является одной из основных причин старения. Поврежденные митохондрии уничтожаются в процессе аутофагии, поэтому нарушения аутофагии ведут к выделению АФК и к старению, поскольку дефектные митохондрии выделяют вещества, которые вызывают апоптоз клетки. Сейчас ученых интересует, каким образом при аутофагии уничтожаются дефектные митохондрии, и как уничтожение дефектных митохондрий влияет на старение.

Научной группой Рудольфа Джениша в 2007 году был проведен эксперимент, схожий с опытом Яманака: на основе фибробластов были получены iPS с помощью ретровирусного введения Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc. Было доказано, что профиль экспрессии, метилирования и состояние хроматина iPS аналогичны таковым у эмбриональных стволовых клеток. На основе iPS впервые были получены жизнеспособные химеры. В эксперименте были использованы мыши, чьи гены, кодирующие глобины, были заменены на человеческие гены, несущие мутации. У таких мышей развивалась серповидно-клеточная анемия. На основе полученных из больных мышей фибробластов были сделаны iPS, в которые добавляли «здоровые гены». Затем iPS вводили обратно больным мышам, после чего их состояние улучшалось за счет формирования миелоидных клеток из iPS. iPS могут найти применение в области лечения нейродегенеративных заболеваний, что подтверждается экспериментами по лечению болезни Паркинскона на мышиной модели заболевания. iPS, полученные на основе фибробластов с помощью введения Oct4, Sox2, Klf4 и c-Myc, вводили в мозг эмбриона мыши. iPS мигрировали в различные участки мозга и дифференцировались в разные типы клеток: глиальные клетки, нейроны, включая глутаматэргические, GABA-эргические и катехоламинэргические. Морфологический анализ и электрофизиологические исследования подтвердили, что привитые клетки полностью интегрировались в мозг. Удалось добиться улучшения состояния мыши с болезнь Паркинсона, которой были трансплантированы iPS, дифференцированные в допаминэргические нейроны. Об экспериментах на людях еще говорить рано, однако, перспективы использования iPS многообещающи: из фибробластов больных идиопатической формой болезни Паркинсона были получены допаминэргические нейроны. В 2008 году была разработана более эффективная и безопасная с точки зрения развития опухолей система получения iPS. Было предложено инфицировать фибробласты лентивирусами, несущими dox-индуцируемые факторы перепрограммирования. Эффективность такой системы оказалась в 25–50 раз выше, чем у ранее предложенной методики. На примере мышиной модели серповидно-клеточной анемии была впервые продемонстрирована возможность лечения генетических дефектов c помощью iPS. В будущем, возможно, удастся обойтись без доставки генов в соматические клетки для перепрограммирования. В частности, в результате скрининга различных химических соединений, было найдено вещество, аналогичное по воздействию Klf4.

Адаптация метаболизма к изменениям окружающей среды имеет решающие значение, определяя продолжительность жизни организма. Таким образом, механизмы сигналлинга, регулирующие эту адаптацию будут влиять на процессы старения. Одной из таких сигнальных молекул является инсулин/ инсулиноподобный фактор роста (IGF), являющийся центральным регулятором обмена веществ в многоклеточных организмах. Недавние исследования выявили, что стресс-устойчивый Jun-N-терминальный конец киназы (JNK) является как бы промежуточным пунктом в процессе IGF сигналлинга, обеспечивая связь между окружающей средой и регуляцией метаболизма у дрозофил. Интересно, что подобное взаимодействие ученые отмечали также в центре возрастных метаболических заболеваний. Исследования профессора Хенрика Джаспера сосредоточены на передаче сигнала в клетке в качестве ответной реакции на стресс, обмен веществ и старение. В настоящее время основное внимание в лаборатории уделяется механизму взаимодействия JNK-киназ с инсулином. JNK ингибирует активность IGF и способствует увеличению продолжительности жизни и обеспечивает стрессоустойчивость.

Особый интерес вызывает влияние ферментов репарации на ретротранспозицию. В лаборатории Прескотта Дейнингера на основе модели транспозиции LINE-1 или L1 (Long Interspersed Element-1) мобильного элемента в клетках человека и мышей, было установлено, что возможным промежуточным продуктом ретротранспозиции является ампликон ДНК (a flap intermediate), гетерологичный мРНК матрице, с которой происходило считывание. Для изучения влияния этого интермедиата был охарактеризован гетеродимер ERCC1/XPF во время LINE-1 ретротранспозиции, который, возможно, восстанавливает интактность исходной ДНК матрицы. Снижение количества белка XPF в клетках человека повышало уровень ретротранспозиции, тогда как снижение ERCC1 в клетках хомяка — уменьшало. Профессором Дейнингером впервые было показано, что ферменты, участвующие в репарации ДНК, ингибируют ретротранспозицю мобильных элементов, представленных не длинными концевыми повторами (non-length terminal repeat retrotransposition), к которым относится LINE-1. Таким образом, установлено, что белковый комплекс ERCC1/XPF ограничивает ретротранспозицию мобильных элементов.

В настоящее время группой доктора Магалхаса ведется несколько проектов по следующим темам:1) эволюционная и сравнительная геномика — попытка найти ответственные за старение/долгожительство гены и построение модели эволюции таких генных комплексов и путей их конвергенции/дивергенции при видообразовании.2) клеточные модели и стволовые клетки — обнаружение маркеров долгожительства на клеточном уровне с использованием технологии short hairpin RNA (РНК с короткой петлей, shRNA), аналогичной RNA interference (RNAi), для выключения экспрессии отдельных генов анализа полученных изменений фенотипа.3) системная биология старения — создание базы данных, содержащей максимально исчерпывающую информацию по генетике старения GenAge database, включая собственно профили экспрессии разных генов, белок-белковых взаимодействий, фенотипических данных, а также разработку математических методов для моделирования старения. 4) биология долгоживущих животных — изучение биологии голого землекопа Heterocephalus glaber.5) теоретическая биология старения — сопоставление и объединение полученных данных для выработки единой теории причин возникновения феномена старения в эволюции живых организмов. Анализ и сравнение профилей экспрессии возраст-зависимых генов человека, мыши и крысы указывают на потенциальные мишени для модулирующего воздействия при лечении возраст-зависимых заболеваний.

Доктор Валейо из Университета Питтсбурга показал, что контроль уровня инсулиноподобного фактора роста-1 (IGF-1) в тимусе может быть одним из способов поддержания иммунного гомеостаза в течение постнатального периода и старения. Доступность в ткани IGF-1 регулируется ассоциированным с беременностью плазменным белком, А (PAPPA). Гомозиготная делеция этого белка приводит к продлению жизни мышей. В лаборатории Абби де Валлейо были получена линия мышей с выключенным геном PAPPA. Уровень IGF-1 в этих генетически-изменённых животных оказался низким, что отразилось на их росте, развитии и нормальной жизнедеятельности. Эти эксперименты позволили сделать вывод о том, что нормальное функционирование IGF-1 напрямую зависит от уровня PAPPA у млекопитающих, данных, которые позже были подтверждены для людей.