Молекулярная биология

Мутации митохондриальной ДНК являются причиной ряда заболеваний. Большим потенциалом для лечения таких болезней обладает метод, основанный на перенесении нормальной копии мутировавшего гена в ядро. При этом белок, который будет кодироваться в ядре должен будет транспортироваться в митохондрии. У зеленых водорослей Chlamydomonas и Polytomella sp. некоторые гены кодирующие белковые субъединицы дыхательной цепи кодируются ядром, а не мтДНК. Структура этих белков отличается от структуры их гомологов из митохондрий: гидрофобность кодируемых ядром белков уменьшена в тех участках, которые не отвечают за взаимодействие между субъединицами белковых комплексов в митохондриях. Кроме того у этих белков необычно большие сигнальные последовательности, помогающие их транспорту в митохондрии. Информация, полученная в результате этих исследований, может впоследствии быть применена для разработки генетической терапии человеческих заболеваний, причиной которых являются мутации в митохондриальной ДНК.

Доктор Келли занимается исследованием некоторых видов рака, в том числе предстательной железы и кишечника. Его деятельность направлена на разработку и практическое применение в клинической практике химиотерапии, вакцин, опухоленаправленной терапии, терапии антителами и лекарственными препаратами, которые регулируют экспрессию генов. Ингибиторы HDAC действуют посредством ряда механизмов, включая остановку клеточного цикла, апоптоз и ингибирование ангиогенеза. Раковые клетки более чувствительны к действию ингибиторов, что открывает широкие возможности для их применения в терапии. Целый ряд ингибиторов, в том числе вориностат, сейчас подвергаются клинических испытаниям. В раковых клетках была обнаружена аберрантная экспрессия и нарушение активности HDAC и гистоновых ацетилтрансферраз, что доказывает их роль в развитии рака. Кроме того, разные ингибиторы деацетилаз гистонов показали хороший результат при клинических испытаниях на больных мезотелиомой, предыдущее лечение которых оказалось неэффективным.

Лаборатория профессора Андрю Квеста сфокусировала свою работу на двух основных вопросах. Во-первых, понимание роли связанного мембраной белка кавеолина-1 в развитии рака; во-вторых, понимание механизмов, которые приводят к альтернативным формам гибели клеток — некрозу, особенно в раковых клетках. Предполагается, что кавеолин-1 подавляет опухоль. Группой профессора Квеста была проверена гипотеза, что кавеолин-1 делает это путем репресии сурвивина — ингибитора синтеза белка, вызывающего апоптоз клеток, а также частично регулирующего клеточный цикл. В человеческих клетках перед апоптозом, а так же в раковых клетках, наблюдается гиперэкспрессия этого белка. На клеточных штампах HEK293T было проведено исследование влияния кавеолина-1. Важно отметить, что в клетках с по-вышенным количеством кавеолина-1 подавлялся синтез сурвивина, восстанавливалась жизнеспособность и способность к пролиферации.

Лаборатория профессора Джудит Кэмписи проводит многосторонние исследования механизмов старения, специализируясь на выяснении молекулярных причин старения клеток (когда клетки теряют способность к делению, оставаясь при этом функционально активными) и клеточной смерти, а также влияния повреждений и репарации ДНК на преждевременное старение и генетические синдромы, предрасполагающие к раку. Работы по изучению механизмов клеточного старения и роли теломер и связанных с теломерами белков в поддержании стабильности генома принесли Джудит Кэмписи мировую известность. Она также проводит активные исследования по выявлению роли генов-супрессоров опухолей, геномной нестабильности и окислительного стресса на формы клинической манифестации (фенотипы) старения и рака. Научная группа Джудит Кэмписи установила, что старение клеток — это сложный многокомпонентный процесс. Клетки, способные делиться, отвечают на различные стрессовые стимулы, которые могут вызвать клеточное старение. К таким стимулам относится дисфункция теломер, повреждение нетеломерных участков ДНК, избыток митогенных сигналов (включая онкогенные сигналы, которые приводят к геномным нарушениям и хромосомным перестройкам), нарушение организации хроматина и т. д. Клеточное старение приводит к коренным изменениям в фенотипе клетки. Клетка навсегда теряет способность к пролиферации. Изменяется профиль экспресии множества генов. Кроме того, многие клетки приобретают устойчивость к апоптозу.

Область научных интересов Стюарта Калдервуда — биология свободных радикалов и природных антиоксидантов. Несмотря на то, что белки теплового шока (hsp) считались исключительно внутриклеточными белками, в работах группы Калдервуда было показано, что они могут высвобождаться из клеток в отсутствии некроза. Белки hsp60 и 70 присутствовали в кровотоке человека в норме, а у тех, у кого сывороточный уровень hsp70 был высоким, было менее выраженным усугубление атеросклероза — распространенного возраст-зависимого заболевания. Это позволяет предположить, что этот белок обладает атеропротекторными свойствами. Кроме того, Калдервуд изучает роль hsp в развитии опухолей, а также их возможную роль как мишеней и кандидатов для создания лекарственных средств. В лаборатории Стюарта Калдервуда было показано, что в предстательной железе белок hsp70 индуцирует синтез интерлейкина-6. Он в свою очередь, запускает CD4- и CD8-аутоимуные реакции, которые могут обеспечить разрушение возникающих опухолей предстательной железы. Эти результаты важны с клинической точки зрения для разработки иммунотерапии для подобных опухолей (индукция аутоиммунных реакций с помощью hsp70).

Группа Рафаэля да Кабо изучала влияние ограничения потребления калорий на ферменты метаболизма гликогена на примере камбаловидной и передней большеберцовой мышц крыс. Эксперименты показали, что ограничение калорийности рациона у молодых крыс вызывало блокирование возрастного снижения активности и содержания гликогенсинтазы (GS), не связанное с уровнем мРНК для GS, а также инактивацию-фосфорилирования GS. На уровень активности гликогенфосфорилазы (GP) подобные эффекты не оказывались. У более старых крыс ограничение калорийности усиливало аккумуляцию гликогена в камбаловидной мышце. Кратковременное голодание не приводило к воспроизведению эффекта ограничения калорийности рациона у старых крыс. Таким образом, преобладающие возрастные нарушения GS и GP скелетной мускулатуры наблюдаются в окисленной камбаловидной мышце, и ограничение калорийности рациона способно ослаблять потерю активности глико-генсинтазы и её активации, а также стимулировать накопление гликогена.

Лаборатория Жана-Пьера Исса специализируется в области молекулярной эпигенетики. В особенности ученых интересуют преобразования ДНК, в том числе метилирование, которое происходит в клетках стареющих тканей и опухолей. CpG-островки — это участки ДНК, богатые цитозином и гуанином. Метилирование цитозина — процесс очень распространенный в клетках всех тканей организма, который приводит, например, к инактивации Х-хромосомы (это является нормой для особей женского пола), к старению и образованию опухолей. Как показывают исследования, метилирование этих участков приводит к инактивации регуляторов клеточного цикла, инактивации рецепторов эстрогена, и супрессоров опухолей. Метилирование CpG -островков приводит к нарушениям системы репарации при появлении O6-метилгуанина и других систем репарации. Существуют различные типы метилирования с возрастом. Один из вариантов метилирования обнаружен у здоровых пожилых людей и у больных с раком толстой кишки. Провести четкую границу между этими случаями и вовремя диагностировать рак — очень сложная задача, которая требует дальнейшей разработки. Для многих генов метилирование при старении означает потерю экспрессии и приводит к нарушению систем репарации (мисмэтч-репарации). Для некоторых генов, таких как ER, MYOD1, IGF1 и N33, было показано, что при старении происходит их метилирование. Ген HLTF, по сведениям ученых, тоже метилируется в процессе жизни (исследование проводили в группе людей со средним возрастом 81 год). Метилирование, возможно, приводит к выключению генов, ответственных за подавление опухолей. Это может быть причиной развития рака толстой кишки в старческом возрасте.

Йоришиге Имамура и его коллеги занимаются изучением ферментов карбонил-редуктаз, функционирующих в различных органах (печень, почки, сердце) у млекопитающих (кролик, крыса, свинья). Ими произведены исследования особенностей структурной организации и функционирования данных ферментов. Большое внимание учёные уделяют анализу соединений, оказывающих воздействия на активность карбонил-редуктаз. Активно исследуются их ингибиторы — флавоноиды (кемпферол, мирицетин, морин, кверцетин, кверцитрин и др.), сульгидрильные соединения, тяжелые металлы, кумарины и другие соединения. Группой Йоришиге Имамура исследован механизм ингибирования карбонил-редуктазы из почек кролика препаратом фенилбутазон. Ингибирующее действие было показано для нестероидного противовоспалительного препарата капрофена. Кроме того, ученые исследовали особенности гормональной регуляции активности карбонил-редуктаз у крыс и выяснили, что механизм регуляции различается как у особей разных полов, так и в тканях разных органов (печень, почки).

Научные интересы доктора Зульцера сосредоточены на молекулярном анализе причин нейродегенерации, в частности болезни Паркинсона. При болезни Паркинсона в клетках накапливаются цитозольные белки. Одним из таких белков является альфа-синуклеин, накапливающийся в так называемых тельцах Леви. Было выдвинуто предположение, что подобная агрегация белка внутри клетки свидетельствует о дисфункции аппарата аутофагии, в том числе шаперон-зависимой. В дальнейшем стало известно, что этот белок на самом деле является одной из мишеней ШЗА, доставляется в лизосомы и там подвергается протеолизу. Однако мутантные формы этого белка А53Ти А30Р способны эффективно связываться с лизосомальным мембранным рецептором LAMP2A. Причем связывание оказывается настолько прочным, что происходит полная блокада не только канальной функции этого белка, но и в конечном итоге блокируется процесс деградации белков аппаратом ШЗА. Накопление в клетке большого количества других поврежденных белков, а также способность самого альфа-синуклеина претерпевать различные модификации и образовывать конгломераты, ведут к развитию болезни Паркинсона или других синуклеинопатий. Тесная связь развития нейродегенеративных нарушений с дисфункцией аппарата шаперон-зависимой аутофагии позволяет надеяться на возможность профилактики либо непосредственно лечения больных, страдающих такими заболеваниями путем коррекции аппарата шаперон-зависимой аутофагии.

Терминальную дифференцировку обычно связывают с выходом из клеточного цикла, тогда как не дифференцированное состояние плюрипотентных стволовых клеток ассоциировано с неограниченной возможностью к самообновлению. Ученые группы Майкла Зивеке показали, что отсутствие транскрипционных факторов MafB и c-Maf делает возможным экспансию зрелых моноцитов и макрофагов в культуре, без потери дифференцированного фенотипа и функций. Выяснилось, что такие клетки не являются онкогенными и ведут себя как функциональная популяция макрофагов in vivo. Исследователи показали, что отсутствие MafB и c-Maf приводит к активации двух факторов, индуцирующих плюрипотентность — KLF4 и c-Myc. Таким образом, исследователи впервые показали возможность увеличения количества дифференцированных клеток без злокачественной трансформации или возвращения в стадию стволовости.