6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Научные тренды продления жизни

Активация аутофагии с помощью репрессоров белка TOR может защитить нервную систему от дегенерации

			При болезни Хан-
			тингтона в цито-
			плазме нейронов
			накапливается
			белок хантингтин.
			Ученые под руко-
			водством доктора
			Саркара ингиби-
			ровали репрессор
	Cован САРКАР		аутофагии – белок
	(Savannah		TOR с помощью
	SARKAR)		рапамицина и ли-
	Кембриджский		тия.
	институт медицинских		Исследования ве-
	исследований
	(Cambridge Institute		лись на дрозофи-
	for Medical Research),		лах. При ингиби-
	Великобритания
			ровании фактора
			TOR у плодовых
			мушек активи-
			ровался процесс
			аутофагии, защи-
			щавший их нерв-
			ную систему от
			дегенерации.

nutrients

translation		TOR			autophagy
					starvation-
ribosome
					induced gene
biosynthesis
					transcription
	stability of high		stability of
	affinity amino		general amino
	acid permeases		acid permeases

Белки TOR ингибируют аутофагию и транскрипцию генов, вызванную голоданием, а также активируют трансляцию и биосинтез рибосом

Этот способ лечения нейродегенеративных заболеваний вероятно может быть применен и в отношении человека: активация аутофагии с помощью репрессоров белка TOR поможет запустить процесс макроаутофагии в стареющей нервной системе и справиться или облегчить течение нейродегенеративных заболеваний.

Блокирование шаперон-зависимой аутофагии белком альфа-синуклеином приводит к болезни Паркинсона

Группа доктора Мао занимается изучением белка MEF2 (myocyte enhancer factor 2), который является транскрипционным фактором, связывается с ДНК и необходим для выживания некоторых типов нейронов. Белок MEF2

существует в четырех видах – А,В,С и D. Генетический полиморфизм по MEF2А является показателем риска болезни Альцгеймера. А высокое содержание в нейронах MEF2D – один из признаков болезни Паркинсона. Известно, что MEF2D является мише-

нью для аппарата шаперон-зависимой аутофагии.

Особенностью метаболизма этого белка является зависимость его лизосомальной деградации от альфа-синуклеина, в том числе и дикого типа. Это приводит к накоплению MEF2D в клетке и к 40% снижению его функциональной активности (в избытке он плохо связывается

| 78 | Научные тренды продления жизни

с ДНК). Дополнительная экспрессия hsc70 снижает токсическое воздействие альфа-синуклеина и способствует транспорту MEF2D к лизосоме, что, в свою очередь, восстанавливает нормальное функционирование клетки. Таким

образом, токсическое действие альфасинуклеина может заключаться в блокировании аппарата шаперон-зависимой аутофагии на всех ее этапах.

Выяснено, что мутантная форма альфа-синуклеина препятствует проникновению белка-мишени в лизосому, а альфа-синуклеин дикого типа – препятствует транспорту белкамишени к лизосоме.

Зиксу МАО (Zixu MAO)

Отделение фармакологии, Отделение нейрологии Университета Эмори, Атланта (Depart- ment of Pharmacology, Department of Neurology, Emory University School of Medicine, Atlanta)

Для эффективного лечения разных форм болезни Паркинсона и аналогичных нейродегенеративных расстройств необходимо точно выбрать мишень воздействия.

Выявлена роль белка муколипин-1 в шаперон-зависимой аутофагии

Сьюзен Анн СЛАУГЕНГАУПТ (Susan A. SLAUGENHAUPT)

Профессор Гарвардского Медицинского Колледжа (Associate Professor of Neurology Harvard Medical School), Центр изуче-

ния человеческой генетики Массачусетского Главного Госпиталя. (Center for Human Genetic Research Massachusetts General Hospital).

				зосом – муколипидоз IV типа (MLIV),
				приводящее к потере TRPML1 из мем-
				браны лизосомы и в конечном итоге к
				гибели клетки.
				Данные экспериментов показали, что
				TRPML1, TRPML2 и TRPML3, вместе
				составляющие субсемейство муколи-
				пинов, могут образовывать агрегаты
				на поверхности лизосомы, способные
				аккумулировать на себе значительное
				количество шаперонов СМА.
				В лаборатории было проведено
Одним из проектов, осуществляемых				сравнение фибробластов людей с
в лаборатории доктора	Слаугенга-			синдромом муколипидоза IV типа
упт, является изучение свойств белка				(MLIV) и без него. Оказалось, что в
муколипин-1 (transient receptor potential				лизомальной мембране фибробластов
mucolipin-1, TRPML1).				MLIV снижено количество LAMP2A,
Ген белка муколипин-1 был клониро-				что естественным образом ведет
				к снижению функции СМА и
ван в 2000 году в лаборатории доктора				накоплению в клетке белков с
Слаугенгаупт. Впоследствии было по-				нарушенной третичной структурой и
казано, что этот белок играет большую				окисленных белков.
роль в перемещении
кальция через лизосо-			Аппарат шаперон-зависимой аутофагии находится в
мальную мембрану. С			тесной взаимосвязи с остальными системами клетки
мутацией в гене этого			и эффективность его функционирования может мо-
белка связано одно из			дулироваться другими, еще неучтенными, факторами.
расстройств работы ли-

Нарушения в работе аппарата шаперон-зависимой аутофагии могут быть причиной сахарного диабета

Под руководством доктора Гарольда				приводить к развитию диабетической
Франча были исследованы пути				реакции. Действительно, как было
разрушения белков, подавляемые				показано на больных диабетом крысах,
при развитии диабета, в том числе				происходит существенное изменение
и шаперон-зависимая аутофагия.				функциональной активности аппарата
Значительная часть белков, жизненно-				ШЗА.
необходимых для нормального				Так, протеолитическая активность в
функционирования почек, содержат				клетках больных мышей снижается
в себе пентапептид KFERQ и, как				на 41%, содержание белков в клетке,
следствие, являются прямыми				несущих мотив KFERQ, возрастает на
мишенями для шаперон-зависимой				38%. Параллельно с этим в клетках
аутофагии (ШЗА).				больных животных снижается
Также мишенями для ШЗА				содержание LAMP2A и hsc73 на 25 и 81%
являются некоторые сигнальные				соответственно.
пептиды, холинкиназа
и фосфотидилхолин			Таким образом, одним из механизмов, запуска-
трансфераза, участвующие			ющих развитие приобретенного диабета, явля-
в синтезе фосфолипидов.			ется нарушение в нормальном функционирова-
Нарушения в деградации			нии аппарата шаперон-зависимой аутофагии.
таких белков может

Гарольд Август ФРАНЧ (Harold August FRANCH)

Директор Клиники предотвращения образования почечного камня, Университет Эмори, Атланта (Director, Emory Kidney Stone Prevention Clinic, Emory University School of Medicine, Atlanta, Georgia)

Научные тренды продления жизни | 79 |

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.

Установлена взаимосвязь развития нейродегенеративных нарушений и дисфункции аппарата шаперон-зависимой аутофагии

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 шаперонзависимой.

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 А53Т и А30Р способны эффек-

тивно 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 альфасинуклеина претерпевать различные модификации и образовывать конгло-

мераты, ведут к развитию болезни Паркинсона или других синуклеинопатий.

Дэвид ЗУЛЬЦЕР (David SULZER)

Отдел неврологии и психиатрии, Колумбийский университет, Отдел нейронаук, Нью-Йоркский государственный институт психиатрии) (Depts. Neurology & Psychiatry, Columbia University, New York, Dept. Neuroscience, New York State Psychiatric Institute)

Витамин А влияет на развитие заболевания при некоторых формах наследственной слепоты

Габриель ТРЕВИС (Gabriel TRAVIS)

Отделение

офтальмологии Медицинской школы Университета Калифорнии, Лос-Анжелес,

США (Department of Ophthalmology, University of California

at Los Angeles School of Medicine, Los Angeles, California, USA)

Несколько лет назад в лаборатории доктора Тревиса был клонирован один из генов цикла родопсина, кодирующий АТФ-связывающий кассетный переносчик (ABCR). Мутация

в человеческом гене ABCR вызывает наследственную детскую слепоту, называемую болезнью Стадгардта.

В настоящее время в лаборатории изучается молекулярная этиология болезни Стадгардта и разрабатывается рациональная фармакологическая терапия этого заболевания.

Мыши с нокаутной мутацией в гене abca4 в больших количествах аккумулируют токсичные липофусциновые пигменты в эпителии сетчатки. Обработка этих мышей фенретинидом, ингибитором транспорта витамина А в ткани глаза, блокировала образование этих токсичных пигментов.

Ученые выдвигают гипотезу о том, что дополнительное получение витамина А с пищей может ускорять образование липофусцина у мышей линии abca4(-/-). В эксперименте были использованы мыши дикого типа и мутантные мыши, которых содержали на нормальном и обогащённом витамином А рационах.

В результате было обнаружено, что у мышей дикого типа и линии

abca4(-/-), получавших богатую витамином А пищу, содержание липофусцина в эпителии сетчатки были значительно выше, чем в контрольных группах.

Таким образом, витамин А не должен применяться при лечении пациентов с мутациями ABCR4, или страдающих от других заболеваний, связанных с накоплением липофусцина в эпителии сетчатки.

Разработан метод фермент-замещающей терапии для лечения заболеваний, затрагивающих центральную нервную систему

Исследования лаборатории доктора Дэвидсон сфокусированы на наследственных генетических заболеваниях, которые вызывают дисфункции центральной нервной системы, в т.ч. на лизосомальных заболеваниях.

Поздний младенческий неврональный цероид-липофусциноз (LINCL) вызывает мутация в гене CLN2, который кодирует лизосомальную протеазу трипептидилпептидазу (TPP1), что приводит к накоплению в нейронах липофусцина. Доставка ферментов

Фермент-замещающая терапия в настоящее время доступна для лизосомных заболеваний, затрагивающих периферические ткани, но пока ещё не была использована для лечения заболеваний, затрагивающих центральную нервную систему.

через спинно-мозговую жидкость, являющаяся потенциальным альтернативным маршрутом к центральной нервной системе, пока ещё не была изучена в случае LINCL. Доктор Дэвидсон с коллегами проверили эффективность внутрижелудочковой доставки TPP1 у мышей с LINCL. Было обнаружено, что в результате фермент распределялся в нескольких участках мозга подвергнутых лечению мышей. При этом животные демонстрировали ослабленные нейропатологические признаки.

Полученные данные показывают, что внутрижелудочковая доставка фермента в центральную нервную систему является выполнимой и может иметь высокое терапевтическое значение.

Беверли Л. ДЭВИДСОН (Beverly L.

DAVIDSON)

Факультет молекулярной физиологии и биофизики Университета Айовы, США (Department of Molecular Physiology and Biophysics, University of Iowa, Iowa City, USA)

Обнаружен низкомолекулярный активатор лизосомальных ферментов

Сандра Ли ХОФМАН (Sandra Lee HOFMANN)

Отделение внутренней медицины и центр Хамона по исследованиям терапии рака

Университета Техаса, США (Department

of Internal Medicine and Hamon Center for Therapeutic Oncology Research, University of Texas Southwestern Medical Center at Dallas, USA), США

Главное направление исследований в лаборатории Сандры Ли Хофман – ковалентная модификация белков липидами.

Эта работа привела к открытию нового лизосомального фермента (пальмитоил-белковой тиоэстеразы – PPT, или CLN1), нарушение функционирования которого вызывает нейродегенеративное заболевание – детский неврональный цероид-липофусциноз (INCL). РТТ отщепляет длинноцепочечные жирные кислоты от цистеиновых остатков белков, что приводит к повышенной аккумуляции липофусцина.

Ученые предположили, что при лечении INCL может быть полезен препарат цистеамин, используемый для терапии цистиноза (наследственной болезни, при которой нарушается транспорт цистина из лизосом, вследствие чего его кристаллы нака-

пливаются в ретикулярных клетках костного мозга, печени, селезёнки и лимфатической системы, а также в клетках роговицы и конъюнктивы). Было проведено сравнение скорости превращения пальмитоил-СоА (субстрата PPT) и цистина при использовании цистеамина. В результате выяснилось, что тиолатный ион проявляет химическую активность в реакции расщепления.

Кроме того, аминогруппа цистеамина, по-видимому, благоприятствует проникновению его молекулы в лизосомы. При этом на накопление субстратов PPT цистеамин влиял незначительно.

Таким образом, необходимы дальнейшие усовершенствования в разработке небольших молекул лекарственных веществ, используемых для лечения INCL.

| 80 | Научные тренды продления жизни

Научные тренды продления жизни | 81 |

Группой Роско Брэйди были разработаны методы заместительной ферментной терапии для лечения болезней Гоше, Ниманна-Пика и Фабри. Сейчас ведется поиск методов генной терапии болезни Фабри.

Ранняя генная терапия в 3 раза продлила жизнь мышам с лизосомальным заболеванием, затрагивающим нервную систему

Область научных интересов лаборатории Рональда Кристала – разработка векторов на основе аденоассоциированных вирусов; генная терапия рака и заболеваний центральной нервной системы.

Поздний младенческий неврональный цероид-липофусциноз (LINCL) вызывается мутацией в гене CLN2, приводящей к дефициту белка трипептидилпептидазы-I (TPP-I).

В работах доктора Кристала было показано, что непосредственное введение в центральную нервную систему взрослых мышей, нокаутных по гену CLN2, вектора AAVrh.10hCLN2 (аденоассоциированного вируса серотипа rh.10, экспрессирующего кДНК CLN2 дикого типа), частично улучшает неврологические функции и повышает продолжительность жизни.

Позднее ученые провели эксперименты с целью определения наиболее благоприятного возраста для генной терапии.

Вектор вводили непосредственно в центральную нервную систему нокаутных по гену CLN2 мышей трёх возрастных групп (2-дневных, 3-х и 7-недельных).

У всех опытных групп заметно увеличилась суммарная активность TPP-I по сравнению с мышами дикого типа. Однако через год после применения вектора гораздо более высокие уровни активности TPP-I в центральной нервной системе показали мыши, обработанные вектором непосредственно после рождения.

Медиана смерти у неонатально обработанных мышей составила 376 дней, у обработанных в три недели – 277 дней, у обработанных в 7 недель – 168 дней, у мышей, не подвергавшихся лечению – 121 день.

Рональд КРИСТАЛ (Ronald CRYSTAL)

Отделение медицинской генетики, Медицинский колледж (Department of Genetic Medicine, Weill Cornell Medical College), Вэйл Корнелл, США

Полученные данные говорят о том, что максимальной эффективности генной терапии детских лизосомальных заболеваний, затрагивающих нервную систему, возможно достичь при раннем выявлении и лечении.

Флаванолы красного вина предотвращают накопление липофусцина

Мануэль Мария ПАУЛА-БАРБОСА (Manuel Maria PAULA-BARBOSA)

Медицинская школа Университета Порто, Португалия (Porto Medical School, University of Porto, Portugal)

Известно, что применение флаванолов, входящих в состав красного вина, предотвращает накопление липофусцина в нейронах животных, употребляющих алкоголь.

В исследованиях доктора Паула-Барбосы сравнивалась эффективность применения красного вина и портвейна, также богатого флавонолами, для снижения уровня липофусцина в клетках головного мозга. К удивлению исследователей, после 6 месяцев

добавления в рацион крыс портвейна было обнаружено увеличение содержание липофусцина по сравнению с контролем и

животными, получавшими 20% этанол с добавлением флавонолов красного вина. При этом его уровень был таким же, как и у крыс, употреблявших только 20% спирт.

Пониженная антиоксидантная активность портвейна может быть связана с видом и количеством содержащихся в нём флавонолов, а также с содержанием в нём сахаров.

Выяснена роль трансглутаминазы в развитии болезни Альцгеймера

Лаборатория Денгшун Ванга изучает механизмы, лежащие в основе нейродегенеративных заболеваний, в т.ч.

болезни Альцгеймера. Характерными показателями болезни Альцгеймера являются амилоидные бляшки

инейрофибриллярные включения, которые приводят к гибели нейронов

ипрогрессирующим когнитивным ухудшениям. Недавно стало известно, что появление амилоидных бляшек и скрученных нейрофиламентов – результат образования поперечных сшивок между различными белками.

По последним сведениям, фермент трансглутаминаза, участвующий в образовании сшивок, приводит к такой агрегации белков при болезни Альгеймера.

Исследователи показали, что трансглутаминаза сшивает и тау-белки, которые в норме регулируют обра-

зование филаментов в цитоплазме клеток. При образовании сшивок всего по нескольким глутаминовым остаткам, молекулы тау-белка образуют агрегаты, которые деформируют нормальную структуру нейрофиламентов. Более того, трансглутаминаза катализирует образование сшивок собственно между белками нейрофиламентов.

Такие факторы, как травма, воспаление, ишемия или стресс повышают уровень и активность трансглутаминазы, что может привести к развитию спонтанной болезни Альцгеймера.

При наследственной форме болезни агрегаты амилоидного белка могут служить долговременными стимуляторами трансглутаминаз и способствовать прогрессированию заболевания уже без исходных факторов.

Денгшун ВАНГ (Dengshun WANG)

Отделение патологии и лабораторной медицины (Department of Pathology and Laboratory) Медицинского Университета Висконсина (Medicine University of Wisconsin), США.

Заместительная и генная терапия эффективна в случае нейрометаболических заболеваний

Роско БРЕЙДИ (Roscoe BRADY)

Руководитель

отделения эволюционной и метаболической нейрологии Национального института здоровья США (National Institute of Health).

Роско Брэйди имел непосредственное отношение к выяснению причин многих лизосомных болезней накопления (болезни Гоше, болезни Фабри, болезни Ниманна-Пика, болезни Тея-Сакса), участвовал в разработке методов заместительной терапии и в настоящее время продолжает активную работу над генной терапией заболеваний этого класса.

Болезнь Гоше – наследственное заболевание, связанное с накоплением глюкоцереброзоида в различных тканях (затрагивает печень, селезенку, почки, легкие, мозг и костный мозг). Она является самой распространенной среди всех лизосомных болезней накопления. Причиной болезни Гоше является недостаточность фермента глюкоцереброзидазы.

Болезнь Ниманна-Пика – наследственное заболевание, связанное с нарушением липидного метаболизма, проявляющегося в накоплении липидов в печени, селезенке, легких, мозге и костном мозге. Причиной болезни является недостаточность фермента, расщепляющего сфингомиелин. Группой Роско Брэйди был

определен ген, мутация которого ответственна за развитие болезни Ниманна-Пика С1.

Болезнь Фабри вызывается недостаточностью альфа-Г4-галактозидазы, которое приводит к накоплению церамидов в клетках и органах.

| 82 | Научные тренды продления жизни

Научные тренды продления жизни | 83 |

Успех этих исследований позволит более эффективно разрабатывать лекарства с высокой степенью специфичности.

Индукторы аутофагии эффективны в отношении болезни Хантингтона

Дэвид

РУБИНШТЕЙН

(David

RUBINSZTEIN)

Отделение медицинской генетики Кембриджского института медицинских исследований, Университет Кембриджа (University of Cambridge, Department of Medical Genetics , Cambridge Institute for Medical Research), Кембридж, Великобритания.

	Болезнь Хантигтона связана с удли-							ингибитором аутофагии в клетке. В
	нением полиглутаминового участка							опытах на D. melanogaster было по-
	гена хантингтина. Эта мутация при-							казано, что рапамицин защищает
	водит к образованию продукта с не-							от нейродегенерации. Аналог рапа-
	правильной конформацией, который							мицина, CCI-779, повышал резуль-
	накапливается в цитоплазме, форми-							таты мышей с модельной болезнью
	руя токсичные для клетки агрегаты.							Хантигтона в четырех различных
	На модельных системах удалось							поведенческих тестах и снижал коли-
	показать, что подавление аутофа-							чество агрегатов в мозге.
	гии ускоряет образование таких							В настоящее время рапамицин ис-
	агрегатов, а стимуляция – снижает
								пользуется в качестве иммуносупрес-
	скорость образования новых агрега-
								санта для предотвращения отторже-
	тов и способствует разрушению уже
								ния органов при пересадке. Наличие
	существующих.
								у рапамицина иммуносупрессивных
								свойств, а также побочных эффек-
		Таким образом, индукторы	ауто-
								тов, делает актуальной задачу поис-
		фагии могут иметь важное тера-
								ка других препаратов-стимуляторов
		певтическое значение.
								аутофагии.
	Для стимуляции аутофагии				В результате тестирования 253 соединений был
	используется рапамицин –				найден ряд препаратов, индуцирующих аутофа-
					гию: антагонисты Ca2+ каналов L-типа (верапа-
	ингибитор mTOR (мишень
					мил, лоперамид, нимодипин, амиодарон), ин-
	рапамицина у млекопитаю-
					дуктор K+ATP каналов – миноксидил, активатор
	щих), который в свою оче-
					Gi сигнального пути – клонидин, и другие.
	редь является ключевым

Фруктозил-лизин-оксидаза и фруктоза-лизин-3- фосфокиназа разрушают перекрестные сшивки

Есть основания предположить, что накопление продуктов гликозилирования связано со старением и развитием некоторых заболеваний, например, диабета. Профессор Моннье изучает модификации белков за счет сахаров (реакция Майларда) и активных форм кислорода. Реакция Майларда происходит, например, у больных диабетом, у пациентов с

терминальной стадией почечной недостаточности и атеросклероза, при формировании катаракты.

Так, например, ученые выделили

новый белок, в котором в результате реакции Майларда образуются сшивки между лизином и гистидином при воздействии треозы. Белок, которому было присвоено название гистидинотреозидин, может формиро-

ваться при наличии в реакции даже малых количеств фруктозы, глицеральдегида, метилглиоксала, гликолальдегида, аскорбиновой кислоты.

В различных тканях такие сахара, как глюкоза, реагируют с аминогруппами белков, образуя продукт Амадори, который подвергается множеству других модификаций, что приводит к формированию сшивок в белках тканей. Ученые пытаются найти новые

ферменты, которые разрушали бы гликозилированные белки и восстанавливали их нативную структуру.

Уже найдено два типа ферментов – фруктозил-лизин-оксидаза и фруктоза- лизин-3-фосфокиназа, которые катализируют дегликозилирование и приводят к освобождению аминогрупп.

Винсент МОННЬЕ (Vincent M. MONNIER)

Институт патологии Университет Кейс Вестерн Ризерв (Institute of Pathology, Case Western Reserve University), Кливлэнд, США

Токсичные агрегаты супероксид дисмутазы связаны с нейродегенеративными заболеваниями

Николай

ДОХОЛЯН

(Nikolay

DOKHOLYAN),

Отделение биохимии и биофизики (Department of Biochemistry and Biophysics) университета Северной Каролины в Чапел Хилл (University of North Carolina, Chapel Hill), Северная Каролина, США

Николай Дохолян изучает динамику белков и исследует вопрос, как индуцированные изменения в фолдинге (сворачивании, укладке, от англ. folding) белка, а также агрегация белков могут привести к той или иной болезни. Одним из таких примеров может служить неправильнoe сворачиваниe супероксид дисмутазы (SOD1), которoe ассоциированно с нейродегенеративным заболеванием двигательных нейронов – боковым амиотрофическим склерозом (Amyotrophic Lateral Sclerosis).

Формирование токсичных агрегатов SOD1 наблюдается и при семейной, и при спорадической (т.е. не обусловленной какими-то

специфическими мутациями) формах этого заболевания. Цель исследований лаборатории Дохоляна – выяснить причины токсичности мутантной формы SOD1 на

молекулярном уровне, используя комбинацию вычислительных и

экспериментальных методов. Кроме того, используя быстрый метод дискретной молекулярной динамики, в лаборатории исследуется структура агрегатов SOD1.

Знание структуры агрегатов необходимо для определения малых молекул, которые могут предотвратить или разрушить формирование этих токсичных скоплений.

Определение структурных и функциональных характеристик белка напрямую связано с тем, насколько хорошо определена его пространственная структура. В лаборатории ведутся исследования, связанные с разработкой быстрых и точных методов предсказания пространственной структуры (фолдинга) белка.

Метиленовый синий блокирует агрегацию тау-белка

Цель исследования научной группы			Соединения, способные
Клода Вишика – разработка инги-			предотвращать агрегацию тау-белка,
биторов связывания тау-белков для			называются TAI (Tau Aggregation
использования в лечении болезни			Inhibitors).
Альцгеймера.
В норме хорошо раство-		Первым подобным соединением был метиленовый
римый тау-белок присут-		синий (фенотиазин), который блокирует связыва-
ствует в основном в ней-		ние тау-белков друг с другом, но не влияет на свя-
ронах, где он отвечает		зывание тау-белков с тубулином.
за стабилизацию микро-
трубочек.			В 2002 году Клод Вишик и
Неправильно свернутый			К.М. Сенг основали фармацевтиче-

	гиперфосфорилированный тау-	скую компанию TauRx Therapeutics,
		занимающуюся разработкой TAI
	белок образует нерастворимые
		препаратов. Созданный в этой ком-
	агрегаты – парноскрученные
		пании препарат Rember находится
	филаменты, характерные для многих
		на третьей стадии клинических ис-
	нейродегенеративных заболеваний
		пытаний (2009 г).
	(таупатий).

Клод ВИШИК (Claude WISCHIK)

Профессор Абердинского университета (University of Aberdeen), Великобритания, и

основатель компании TauRx Therapeutics, Сингапур.

| 84 | Научные тренды продления жизни

Научные тренды продления жизни | 85 |

Раскрыта роль белковых сшивок в старении хрусталика глаза и образовании катаракты

Ом П. СРИВАСТАВА (Om P. SRIVASTAVA)

Отделение изучения зрения (department of vision sciences) Уни- верситета Алабамы в Бирмингеме (The University of Alabama at Birminghem), США

Основная тема исследований лаборатории Ома Сриваставы – изучение роли сшивок и агрегации фрагментов белка кристаллина при старении и развитии катаракты.

Кристаллин — общее название семейства белков, входящих в состав хрусталика и роговицы глаза человека и других млекопитающих. Криталлин состоит из нескольких индивидуальных белков: αА– и αВ– кристаллины — белки-шапероны, поддерживающие структуру белков хрусталика и, следовательно, его прозрачность; γ-кристаллин — структурный белок хрусталика.

Цель исследования заключалась в том, чтобы определить in vitro сшивки гамма-D-кристаллиновых

фрагментов между собой и с альфа-, бета– и гамма-кристаллинами. Также ученые попытались выяснить существование ковалентных мультимеров полипептидов in vivo, и посттрансляционных модификаций трех изоформ полипептида.

Результаты исследований показали, что фрагменты кристаллина сшиваются ковалентно, но без участия дисульфидных мостиков. Сшивки возникают,

как между гамма-D- фрагментами, так и с альфа-, бета и гамма-кристаллинами.

При развитии катаракты обнаружено более интенсивное накопление мультимеров, чем у здоровых людей. У пациентов с диагнозом катаракта обнаружены нерастворимые фрагменты кристаллинов – бетаA3/A1 и бетаB1.

К посттрансляционным модификациям полипептида кристаллина относится окисление триптофана и метионина. Значит, гамма-D-кристаллиновый фрагмент способен сшивать другие фрагменты и способствует окислению метиониновых о триптофановых остатков.

В ходе исследования ученые также обнаружили 2 типа мультимеров, появляющихся в молодом возрасте и продолжающих накапливаться с возрастом.

Первый тип состоит из восьми различных кристаллинов (альфа А, альфа В и т.д.). Второй тип кроме кристаллинов содержит белки филенсин и факинин. Фрагменты кристаллинов подвергаются посттрансляционным модификациям.

Дальнейшее изучение различных типов белка кристаллина и его модификаций в хрусталике глаза необходимо для разработки методов лечения катаракты.

| 86 | Научные тренды продления жизни

Программируемая клеточная смерть (апоптоз)

NFkB подавляет апоптоз и препятствует развитию остеопороза

Мерри ОУСЛЕР (Merry OURSLER)

Отделение биохимии и молекулярной биологии, Клиника Майо (Department of Biochemistry and

Molecular Biology, Mayo Clinic), Рочестер, США.

Заболевания костной ткани, в том числе остеопороз, достаточно широко распространены в настоящее время. Одним из факторов, влияющих на их развитие, является трансформирующий фактор ростабета (TGF-β). Оказалось, что данный фактор ингибирует апоптоз, препятствуя преждевременной гибели клетки и вырождению костной ткани. TGF-β запускает каскад реакций с вовлечением целого ряда ферментов, приводящей в конечном итоге к

активации NFkB-сигнального пути и способствует выживанию остеокласта за счет увеличения экспрессии

белка BclXL и Mcl-1, блокирующего опосредованный каспазами апоптоз.

Одной из главных причин развития остеопороза является нарушение нормального протекания цепи реакций, блокирующих запуск NFkB естественных внутриклеточных защитных механизмов и ведущих к гибели клетки при апоптозе.

Активация JNK-киназы при высокожировой диете провоцирует апоптоз клеток печени

Известно, что апоптоз клеток печени			(CD-диета) или 71% энергии (HFD-
вместе с окислительным стрессом мо-			диета). Были рассмотрены патологи-
жет стать ключевым компонентом в			ческие повреждения, продукты пере-
патогенезе неалкогольного стеатоге-			кисного окисления липидов и апоп-
патита (NASH). Тем не менее, основ-			тоз гепатоцитов в печени. В ходе экс-
ные механизмы апоптотического			перимента выяснилось, что у группы
ответа, связанного с окислительным			крыс, которые получали HFD-диету
стрессом, не были исследованы на			(высокожировую) были ярко выраже-
NASH-моделях с высоким содержа-			ны гистологические признаки NASH,
нием жиров.			такие как стеатоз, воспаление и деге-
В исследовании, прове-			нерация гепатоцитов.
денном группой Ксян-
		Результаты исследований показали, что повы-
Донг Ванга, Sprague-
		шенный окислительный стресс и связанная с ним
Dawley крыс в течение
		активация	JNK, а также дисбаланс про-и анти-
6 недель кормили так,
		апоптотические белков Bcl-2 группы способствуют
что они получали из
		быстрому апоптозу гепатоцитов, что и ведет к пато-
жиров 35% энергии
		генезу неалкогольного стеатогепатита.

Ксян-Донг ВАНГ (Xiang-Dong WANG)

Лаборатория биологии питания и рака, Исследовательский центр по изучению старения при Университете Тафтса (Nutrition and Cancer Biology Laboratory, Human Nutrition Research Center on Aging at Tufts University), Бостон, США

Научные тренды продления жизни | 87 |

NFкB подавляет апоптоз и способствует выживанию раковых клеток

Селин ГЕЛИНАС (Celine GELINAS)

Центр биотехнологии и медицины, Отделение биохимии и рака, Институт Нью-Джерси, Медицинская школа Р. В. Джонсона, Университет Медицины и Стоматологии НьюДжерси (Center for Ad- vanced Biotechnology and Medicine, Department of Biochemistry and Cancer, Institute of New Jersey, Robert Wood Johnson Medical School, University of Medicine and Dentistry of New Jersey), Писка- тавей, США

Группа профессора Гелинас изучает методы регуляции программируемой клеточной гибели посредством NFкB, его роль при развитии рака и возможное применение в терапии.

Провоспалительный цитокин – фактор некроза опухоли альфа (TNFальфа) является одним из цитокинов, запускающих каскад NFкBсигнального пути. Это приводит к экспрессии антиапоптотических/

антинекрозных генов и в конечном итоге к выживанию клетки. Что важно, активация NFкB в раковой клетке позволяет ей уклониться от программируемой клеточной гибели.

Стоит отметить, что роль NFкB при канцерогенезе двояка. В некоторых случаях он является одной из причин выживания и разрастания опухоли, однако известны примеры и обратного его воздействия. В частности, есть данные, что доксорубицин (антираковое средство при химиотерапии) запускает апоптоз раковых

клеток толстой кишки именно через NFкB-путь. В настоящее время принято считать, что эффект конкретного средства зависит от типа рака и от его стадии.

Это делает NFкB привлекательной мишенью для воздействия при лечении раковых заболеваний и требует дальнейших исследований для определения других потенциальных механизмов NFкB-опосредованной устойчивости раковых клеток к клеточным механизмам программируемой гибели и способам воздействия на эти механизмы.

Cell autonomous role for NF-κB in tumor cells

Increased tumor cell growth

Resistance to apoptosis,

Cell proliferation

Paracrine role for NF-κB

in the tumor microenvironment

Production of inflammatory cytokines

Activation of innate immune responce

Release of HMGB1 and

other pro-inflammatory molecules

На схеме представлен возможный ход развития опу-

ÒËÈÅ ÌÍÅ ½ÇÏÅ¿½ÓÅÅ /'Ç#	Necrotic tumor cells

При получении клетками устойчивости к апоптозу происходит быстрый бесконтрольный рост клеток, зачастую приводящий к некрозу хотя бы некоторых из них. При этом освобождаются различные провоспалительные клеточные факторы типа HMGB1. Это естественным образом активирует иммунный ответ организма, стимулирующий экспрессию и секрецию воспалительных цитокинов, стимулирующих разрастание опухоли.

Цитомегаловирусы могут блокировать апоптоз в клетках

Эдвард

МОКАРСКИ

(Edward

MOCARSKI)

Медицинская школа Стэнфордского университета (Stanford University School of Medicine), Стэнфорд, США.

Многие вирусы кодируют различные супрессоры апоптоза, блокирующие каскады, ведущие к гибели зараженной клетки, начинающиеся как внутри, так и снаружи клетки. Цитомегаловирусы относятся к группе герпес-вирусов, которые вызывают врожденные заболевания и оппортунистические инфекции.

и, по-видимому, относится к отдельному классу этих факторов. Механизм действия vMIA связан со взаимодействием с клеточным белком GADD45alpha: мутации, нарушающие такое связывание, лишают вирус способности блокировать апоптоз.

Цитомегаловирус человека имеет специальный фактор vMIA, продукт вирусного гена UL37, блокирующий реализацию программы апоптоза, запускаемой рецепторами смерти (Fas).

vMIA локализуется в митохондриях и способен останавливать апоптотический каскад на стадии после активации каспазы-8 и разрезания Bid,

но до выброса цитохрома С из межмембранного пространства митохондрий. vMIA не имеет гомологии с известными антиапоптотическими белками

В случае цитомегаловирусной инфекции запуск каспаза-независимого апоптоза происходит с участием комплекса HtrA2/Omi. Вирусный белок vMIA может блокировать этот процесс. Также цитомегаловирус человека кодирует белок vICA, блокирующий каспаза- 8-зависимый апоптоз.

Цитомегаловирусы способны также запускать программу клеточного деления. В зараженных клетках увеличивается экспрессия промитотических факторов и снижается экспрессия белков, характерных для фазы G0.

| 88 | Научные тренды продления жизни

Научные тренды продления жизни | 89 |

Результаты исследований свидетельствуют о том, что в борьбе со старением наряду с принципом замещения может применяться принцип восстановления для коррекции состояния стареющих клеток и организмов.

Мембранный и внутриклеточный транспорт

Старение может быть остановлено уменьшением статуса кавеолина

Профессором Парк из Медицинского колледжа Сеульского национального университета была предложена новая концепция восстановления функций на основе возвращения чувствительности стареющих клеток к ряду веществ, включая факторы роста. Было показано, что фенотип старения, с которым ассоциируется гипореактивность и морфологические изменения, хорошо восстанавливается путем модуляции нескольких мембрано–связанных молекул, называемых привратниками, среди которых кавеолин – одна из основных молекул. Кавеолин является важнейшим компонентом кавеолы, ответственным за регуляцию передачи сигнала, эндоцитоз и

перестройку цитоскелетов. Концентрация кавеолина строго связана с клеточной трансформацией при его истощении и с фенотипом ста-

рения при повышенной экспрессии. Поэтому простое снижение статуса кавеолина в стареющих клетках ведет

квосстановлению чувствительности

кстимулам, запускающим деление, и даже к восстановлению формы клеток. Таким образом, молекулы–при-

вратники, представленные кавеолином, могут играть решающую роль в определении фенотипов старения.

Санг Чул ПАРК (Sang Chul PARK)

Центр исследований старения и апоптоза Медицинского колледжа Национального университета Сеула (Aging and Apoptosis Research Center, Seoul National University College

of Medicine), Сеул, Южная Корея.

Кавеолин может стать мишенью для предотвращения возраст-зависимых заболеваний

Ферруччио ГАЛЬБИАТИ (Ferruccio GALBIATI)

Университет Питтсбурга, США (Univer- sity of Pittsburg, USA)

Свободные радикалы играют роль в старении и развитии возраст– зависимых заболеваний, в том числе легочной эмфиземы. Сигаретный дым представляет собой источник свободных радикалов. Ученые из группы доктора Ферруччио Гальбиати из университета Питтсбурга показали, что экстракт сигаретного дыма вызывает преждевременное старение нормальных фибробластов мыши, однако

он не вызывает старения клеток, в которых был выключен ген кавеолина-1. Исследования in vivo

показывают, что кавеолин необходим для развития легочной эмфиземы и преждевременного старения.

Таким образом, кавеолин представляет собой мишень для воздействия с целью предотвращения старения и возрастных болезней легких.

| 90 | Научные тренды продления жизни

Кавеолин восстанавливает жизнеспособность клеток путем подавления синтеза сурвивина

Лаборатория профессора Андрю Квеста сфокусировала свою работу на двух основных вопросах. Вопервых, 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.

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.

Андрю КВЕСТ (Andrew QUEST)

Предполагается, что кавеолин-1				Центр молекулярных
подавляет опухоль. Группой		Важно отметить, что в клетках с по-		исследований клетки
профессора Квеста была		вышенным количеством кавеолина-1		Факультета медицины
				Университета Чили
проверена гипотеза, что		подавлялся синтез сурвивина, восста-		(Center For Molecular
кавеолин-1 делает это путем		навливалась жизнеспособность и спо-		Studies Of The Cell,
репресии сурвивина – ингибитора		собность к пролиферации.		Universidad de Chile,
				Facultad de Medicina),
синтеза белка, вызывающего
				Сантьяго, Чили

На основе кавеолина-1 может быть создано лекарство от атеросклероза

Жерард

ПАСТЕРКАМП

(Gerard

PASTERKAMP)

Лаборатория экспериментальной кардиологии Медицинского центра Утрехтского университета (Experimental Cardiology Laboratory, University Medical Center Utrecht), Утрехт, Нидерданды.

Кавеолин играет большую роль в связывании холестерина и развитии атеросклероза.

Кавеолин-1 представляет собой регуляторный белок артериальной стенки, однако его роль в развитии человеческого атеросклероза была неизвестна.

В лаборатории профессор Жерарда Пастеркампа изучалась связь между уровнем кавеолина и образованием артеросклеротических бляшек.

ваний в течение 30 дней после операции и тенденции к снижению числа сердечно-сосудистых осложнений после последующих мер.

Эти клинические данные были подтверждены исследованиями на линии мышей с выключенным геном CAV-1.

Данное исследование показывает, что кавеолин-1 может считаться новым потенциальным стабилизирующим фактором человеческого

Пониженное содержание кавеолина-1			атеросклероза.
наблюдалось в бляшках, полученных
от больных с историей раз-		Таким образом, с учетом большого числа об-
вития инфаркта миокарда
и осложнений. Содержание		следованных пациентов, можно считать, что
		исследования кавеолина-1 – это перспектив-
выше среднего уровня на-
		ное направление для разработки методов ле-
блюдалось при отсутствиеи
		чения и профилактики атеросклероза.
новых сосудистых заболе-

Научные тренды продления жизни | 91 |

Регуляция на уровне генома и эпигенома

Влияние старения на стабильность ДНК

	АФК, ИР, алкилирование,		УФ-свет, канцерогены		ИР, УФ-свет, средства		Ошибки репликации,
Повреждения	дезаминирование				химиотерапии		повреждение
			циклобутановые димеры,
							репликационной вилки
	модификация оснований,		(4-6)-РР, сложные		двунитиевые разрывы,
	однонитевые разрывы, АП-сайты		химические аддукты		сшивки: ДНК-ДНК,		неспаренные основания
					ДНК-белок

Репарация

Эксцизионная репарация		Эксцизионная репарация	Репарация с вовлечением	Пострепликативная
оснований (ЭРО)		нуклеотидов (ЭРН)	систем ЭРН, негомологичного	репарация
			соединения концов,
ЭРО длинными и короткими		глобальная ЭРН и		репарация неспаренных
			гомологичной рекомбинации
заплатами, репарация		геноспецифическая,		оснований, ресинтез с
однонитевых разрывов		сопряженная с транскрипцией		обходом повреждения

Различные повреждения ДНК и системы их репарации (сокращения: АФК-активные формы кислорода, ИР-ионизирующая радиация, АП-сайты – участки с потерей оснований ДНК (апуринизацией и апиримидинизацией). (4-6)-РР –(4-6)-фотопродукты).

C.elegans – идеальная модель изучения механизмов старения

Дэвид ГЕМС (David GEMS)

Лаборатория старения C.elegans Института здорового старения Лондонского университетского колледжа (C.elegans aging Lab, Institute of Healthy aging UCL), Великобритания.

Задача лаборатории – понимание механизмов биологии старения и долголетия на модели C.elegans.

В то время как генетика развития является областью интенсивных исследований в течение многих лет, изучение роли генов в ограничении продолжительности жизни и процессе старения, начались сравнительно недавно. Идеальная модель – нематоды. Их геном полностью сиквенирован, а

продолжительность жизни – 2-3

недели. Однако различные мутации C.elegans предоставляют еще больше возможностей для экспериментов по продлению жизни. Некоторые из них живут в пять раз дольше по сравнению с обычными представителями вида.

Понимание механизмов старения у таких простых организмов может дать возможность приблизиться к пониманию аналогичных механизмов у человека, что, в свою очередь, сократит риск возникновения широкого спектра возраст зависимых заболеваний.

Ретротранспозоны ингибируют механизм, не связанный с дезаминированием

Рубен ХАРРИС (Reuben HARRIS)

Отдел биохимии, молекулярной биологии и биофизики Института молекулярной вирусологии, Центр генной инженерии, Университет Миннесоты (Department of Biochemistry, Molecular Biology and Biophysics, Institute for Molecular Virology, Center for Genome Engineering, University of Minnesota), Миннеаполис, США.

Основной темой исследования профессора Харриса является приобретенные и врожденные механизмы направленного мутагенеза.

Разнообразие антител на генном уровне и ограничение подвижности ретроэлементов – оба эти механизма катализируются ДНК цитозиндезаминазами. Установлено, что

белки семейства дезаминаз могут ингибировать ретротранспозцию мобильных элементов L1, а также вируса ВИЧ с помощью механизма,

время трансляции белков или посттрансляционно.

Полученные учеными данные предполагают, что белки семейства дезаминаз являются неотъемлемой частью врожденного иммунитета и играют важную роль в создании многообразия антител. Возможно, что белки этого семейства (такие как APOBEC3) используют тканьспецифичные кофакторы или

посттрансляционные модификации для максимально эффективной коррекции рестрикции.

не связанного с
дезаминированием.		Результаты этих исследований помогут глубже понять
Этот механизм		механизмы «благоприятных» мутаций, разработать те-
работает в		рапевтические подходы к управлению ими, и разобрать-
цитоплазме		ся, как сбой в работе этих механизмов может приводить
клеток во		к неоплазии.

Различные формы аполипопротеинов защищают клетки от экзогенных ретровирусов и эндогенных ретроэлементов

Установлено, что APOBEC3G (A3G) и родственные деоксицитидин дезаминазы представляют собой противоретровирусные факторы защиты. A3G экспрессируется как ферментативно активный с низкой молекулярной массой (НММ), так и ферментативно неактивный с высокой молекулярной массой (ВММ). В покоящихся CD4+ T клетках экспресссируется только

A3G НММ. При активации Т клеток происходит накопление A3G ВММ и образование комплекса с массой от 5 до 15-MДa, чьи функции в настоящее время неизвестны.

являются атрибутом A3G ВММ. Анализ молекул РНК в данных комплексах показал, что они – Alu и малые Y РНК, которые представляют собой неавтономные мобильные элементы в клетках человека. Показано, что A3G значительно ингибируют L1-зависимую ретротранспозицию маркированных ретроэлементов Alu. И это происходит не через ингибирование L1, а через связывание Alu

РНК в цитоплазматические комплексы отдельно от ядерной ферментативной системы L1.

С помощью аффинной очистки, сотрудникам лаборатории Грина удалось выявить гранулы, транспортирующие РНК и рибонуклеиновые комплексы, которые

Результаты исследований говорят о том, что ретроэлементы Alu и hY являются естественными мишенями A3G, и показывают, как различные формы белка A3G защищают клетки от экзогенных ретровирусов и эндогенных ретроэлементов.

Варнер ГРИН (Warner GREENE)

Институт вирусологии и иммунологии Глэдстона (Gladstone Institute of Virology and Immunology), Сан– Франциско, США

| 92 | Научные тренды продления жизни

Научные тренды продления жизни | 93 |

Фаза клеточного цикла влияет на ретротранспозицию

Вера ГОРБУНОВА (Vera GORBUNOVA)

Отделение биологии Университета Рочестера (University of Rochester, Department of Biology), Рочестер, США.

Влаборатории Веры Горбуновой было изучено влияние клеточного цикла деления на ретротранспозицию в

культивируемых клетках человека.

Враковых клетках и первичной культуре фибробластов было отмечено ингибирование ретротранспозиции в фазах G1, S, G2, и M клеточного деления. Ретротранспозиция также

ингибировалась в стареющих

клетках первичной культуры фибробластов.

Количество транскриптов L1 было значительно снижено в клетках, которые находились в состоянии неделения

(arrested cells), указывая на то, что снижение уровня транскриптов L1 ограничивает ретротранспозицию в неделящихся клетках.

Предполагается, что ингибирование ретротранспозиции в неделящихся клетках защищает соматические клетки от опасных мутаций, вызванных L1 элементами.

Репаративная активность ферментов старых клеток восстанавливается при добавлении ДНК-гликозилазы и ДНК-лигазы, полученных из клеток молодых особей

Исследователи в лаборатории Кристи Уолтер выясняют репаративную активность ферментов в тканях мышей разного возраста. Так, изучая половые (сперматогониальные) клетки трансгенных мышей, они обнаружили повышение частоты мутаций при старении животного. Кроме того, у молодых мышей значительно лучше работают ферменты репарации. Сходный эффект имеет место и для человека. Исследование ядерных экстрактов сперматогониальных клеток молодых мышей, мышей среднего возраста и старых особей показало снижение

активности репаративных ферментов с возрастом.

При этом активность восстанавливается при добавлении ДНК-гликозилазы и ДНК-лигазы, полученных из клеток молодых особей.

Самая высокая активность ферментов репарации показана для половых клеток, клеток Сертоли

(соматические клетки, расположенные в извитых канальцах семенников млекопитающих). Тимоциты, клетки тонкого кишечника и печени тоже обладают высокой активностью этих ферментов. Самая низкая активность обнаружена в мозге. Причем, наиболее активным в мозге и печени оказался фермент ДНК-лигаза I.

Кристи А. УОЛТЕР (Christi A. WALTER)

Лаборатория клеточной и структурной биологии Центра наук о здоровье при Университете Техаса (Department of Cellular and Structural Biology, Health Science Center at San Antonio, The University of Texas), Сан-Антонио, Техас.

Репарация ДНК играет большую роль в контроле над процессами старения

Ян ХОЙМЕЙКЕРС (Jan HOEIJMAKERS)

Отдел генетики, Медицинский Центр Эразмус (Genetics Department, Medical Genetics Cluster at the Erasmus Medical Center), Роттердам, Нидерланды

	Ян Хоймейкерс изучает воздействия				фенотипы. Изучение этих мутантных
	на репарацию ДНК и стабильность				мышей ценно для понимания
	генома млекопитающих. В частно-				воздействия повреждения и
	сти, он клонировал первый из мно-				репарации ДНК на канцерогенез и
	гих человеческих генов репарации				мутагенез и обнаруживает сильную
	ДНК и обнаружил существенную				связь со старением.
	эволюционную консервативность				У условных мутантов было вызвано
	систем репарации ДНК вообще. Это
					ускоренное старение определенных
	обеспечило основание для разъяс-
					органов/тканей. С помощью
	нения механизма репарации путем
					анализа профиля экспрессии,
	вырезания нуклеотидов (NER). Кро-
					был идентифицирован мощный
	ме того, он установил молекулярные
					‘ответ выживания’ у быстро
	основы множества человеческих NER
					стареющих мутантных мышей,
	синдромов. Его команда внесла боль-
					перенаправляющий ресурсы от роста
	шой вклад в изучение стабильности
					и пролиферации на защиту. Этот
	генома. Ян Хоймейкерс установил
					ответ обеспечивает довольно легкое
	функцию ключевых факторов в NER,
					старение, противодействует раку
	например, роль комплекса ERCC1/
					и может быть вызван постоянным
	XPF эндонуклеазы, показал, что XPC
					повреждением ДНК. Эти
	комплекс – первичный фактор узна-
					результаты расширяют понимание
	вания повреждения и обнаружил
					молекулярных основ старения.
	новый механизм регулирования NER
	повреждением ДНК.
				В настоящее время в рамках этого проекта ве-
	Некоторые мыши несут те
				дется идентификация биомаркеров и веществ,
	же самые мутации, которые
				которые способны предотвратить многие свя-
	найдены у NER-пациентов,			занные со старением болезни, включая рак.
	и имеют подобные

Активность мобильных генетических элементов подавляется с помощью механизма РНК-сайленсинга

Клетки могут целенаправленно регулировать активность своих мобильных генетических элементов с помощью механизма РНКсайленсинга (подавления эспрессии генов при участии коротких одноцепочечных РНК). Новый класс этих РНК – piРНК, связанный с белками семейства Piwi, участвует в подавлении активности подвижных элементов. Показано, что Piwi-белки понижают активность ряда МГЭ в зародышевых линиях не только дрозофилы, но и млекопитающих, рыб и других организмов.

Алексей Аравин впервые идентифицировал механизм сайленсинга

за счет естественных малых РНК в зародышевых клетках дрозофилы и обнаружил новый класс малых РНК, названный piРНК, что открыло новые возможности для исследований эпигенетических систем инактивации транспозонов у млекопитающих. Последующие исследования привели к открытию того факта, что метаболический путь piРНК обеспечивает клетки программируемой иммунной системой, направленной против мобильных генетических элементов, способной как к долгосрочной памяти встраиваний, так и к быстрому ответу на активность мобильных элементов.

Алексей АРАВИН (Alexei ARAVIN)

Калифорнийский

Технологический Институт (California Institute of Technology), Пасадена, США

| 94 | Научные тренды продления жизни

Научные тренды продления жизни | 95 |

Модификация эволюционно-консервативных генов может привести к продлению жизни

Брайан КЕННЕДИ (Brian KENNEDY)

Отделение биохимии, Унверситет Вашингтона (Department of Biochemistry, University of Washington) Вашингтон, США

Сравнивая гены, которые вовлечены в старение эукариот, группа Кеннеди идентифицировала набор консервативных путей продолжительности жизни, которые, вероятно, относятся и к млекопитающим.

Текущие проекты:

1.Путь ТОР, трансляция белка и старение – Снижение ТОРсигналинга продлевает жизнь дрожжей, червей, мух и мышей.

Исследования лаборатории Кеннеди указывают, что главная выгода ингбирования ТОР – измененение трансляции, которое имеет множественное действие.Одно из них – увеличенная трансляция GCN4, который кодирует фактор транскрипции, регулирующий гены ответа на стресс (и другие).

Текущая задача – идентифицировать мишени GCN4, относящиеся к старению. Исследования также

указывают, что уменьшение ТОРсигналинга ведет к продлению жизни через независимые от GCN4 механизмы. Применяются несколько подходов к идентификации этих дополнительных механизмов. В лаборатории проф. Кеннеди создали и охарактеризовали нескольких мышей с нокаутированными генами компонентов пути mTOR. Изучаются фенотипы этих мышей, связанные со старением и возрастными заболеваниями.

2.Сиртуины и старение – Сиртуины

– группа консервативных, зависимых от NAD+ деацетилаз, или ADPрибозилтрансфераз. Сверхэкспрессия SIR2 у дрожжей и их ортолога у червей, SIR 2.1, ведет к продлению жизни. Кроме того, есть указания, что повышение экспрессии ортолога

млекопитающих, SIRT1, может благотворно влиять на ряд моделей возрастных болезней. В то время

как механизмы действия ортологов SIR2, связанные со старением, были предложены в каждом организме, нет никакой объединенной модели для всех организмов. Группа проф. Кеннеди обнаружила при изучении дрожжей, что SIR2 продлевает жизнь по другому механизму, не связанному с внехромосомными кругами рДНК.

3.S6-киназа и старение –

Уменьшение активности S6киназы ведет к продлению жизни дрожжей, червей и мух. Группа проф. Кеннеди изучает S6-киназу беспозвоночных и мышей. Ученые характеризуют свойства мышей, испытывающих недостаток S6K1 и создают тканево-специфичные

нокауты S6K1. Тканевоспецифичные нокауты будут использоваться для определения участков, где

уменьшение активности S6K1 ведет к увеличению продолжительности жизни и защите от возрастных болезней.

4.Ядерный ламин А – В течение ряда лет предметом изучения лаборатории Кеннеди была регуляция функций ядра ламином А. Ламины – единственные промежуточные нити, которые ограничивают ядро. Это требуется для целостности ядра и надлежащего регулирования репликации и транскрипции. Ламин А подвержен

мутациям при ряде болезней, включая мускульную дистрофию, кардиомиопатию и прогерию.

Объектом недавних исследований было обеспечение нормальной сердечной и скелетной функции мышц ламином А и возникновение синдрома прогерии ХатчинсонаГилфорда благодаря мутации ламина А. В этих исследованиях использовали первичную клеточную культуру и модельных мышей.

| 96 | Научные тренды продления жизни

Ферменты, участвующие в репарации ДНК, ингибируют ретротранспозицию мобильных элементов

Прескотт

ДЕЙНИНГЕР

(Prescott

DEININGER)

Центр передовых биомедицинских исследований в генетике рака Национального

института здоровья, Консорциум онкологических исследований Луизианы (NIH Center of Biomedical Research Excellence in Cancer Genetics, The Louisiana Cancer Research Consortium), Новый Орлеан, США

Среди научных интересов профессора Дейнингера – нестабильность генома человека вследствие ретротранспозонов, которые могут вызывать генетические болезни и способствовать генетической вариации ДНК.

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.

Открыты клеточные факторы – ингибиторы ретротранспозонов

Основное направление работы лаборатории Браина

Каллена – изучение герпес вирусов и ретровирусов. При исследовании ретровирусов основной акцент делается на клеточные белки,

которые, будучи частью врожденного иммунитета, способны защищать от ретровирусной инфекции и подвижности ретротранспозонов.

Ученые группы Браина Каллена показали, что белки APOBEC3А,

APOBEC3B и в меньшей степени APOBEC3C специфично ингибируют ретротранспозицию

элементов LINE-1 и Alu, а APOBEC3G и APOBEC3F практически не влияют на подвижность LINE-1. Белки A3A, A3B и A3C могут проникать в клеточное ядро, где обратно транскрибируется LINE-1 и Alu, тогда как A3F и A3G функционируют в цитоплазме.

В перспективе ученые планируют найти ответ на вопрос – как клетки избегают хаотичного мутагенеза с помощью ядерных белков APOBEC3.

Браин КАЛЛЕН (Bryan CULLEN)

Отдел молекулярной генетики и микробиологии Медицинского центра Университета Дюка (Department of Molecular Genetics and Microbiology, Duke University Medical Center), Дарем, США.

Научные тренды продления жизни | 97 |