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

Ян ВАЙ (Jan VIJG)

Отделение генетики Медицинского колледжа Альберта Энштейна (Albert Einstein College of Medicine, Department of Genetics) , НьюЙорк, США.

Исследования лаборатории Яна Вая посвящены геномной нестабильности и механизмам, которые могут приводить к старению и развитию опухолей.

Двухцепочечные разрывы ДНК представляют серьезную опасность для жизни клеток и способны накапливаться в течение жизни.

В лаборатории Яна Вая изучаются механизмы индукции мутаций. Для исследования используются линии трансгенных мышей и дрозофил, в клетках которых содержатся плазмиды, несущие бактериальный ген lac Z. Эти плазмиды могут быть

снова выделены из эукариотических клеток для измерения числа мутаций, произошедших в них при создании условий генотоксического стресса.

С помощью трансгенных мышей (несущих ген LacZ) удалось изучить спектр

Группа ученых под руководством Александра Бёркле изучает белок Parp 1, который участвует во множестве процессов в клетке, в том числе, в процессе репарации ДНК. Доказано, что этот белок определяет структуру хроматина в процессах транскрипции, образовании митотического веретена, теломерных структурах,

при множественной лекарственной устойчивости и гибели клеток.

Ученые выяснили, что Parp 1 – один из ключевых регуляторов и модификаторов стабильности генома. Белок регулирует работу ключевых ферментов репарации – ДНК-лигазы и ДНК-полимеразы. Исследования показали существенные

различия в репаративной способности белка Parp 1 в мононуклеарах периферической крови у млекопитающих с разной продолжительностью жизни. Кроме того, активность белка в клетках снижалась с возрастом. Ученые также обнаружили полиморфизм Parp 1, что предполагает повышенный уровень Parp 1 и, соответственно «пониженный уровень старения», присущий некоторым генотипам.

То есть, высокая активность Parp 1 может обеспечить «здоровое старение», протекающее без старческих заболеваний.

Александр

БЁРКЛЕ

(Alexandr

BUERKLE)

Лаборатория молекулярной токсикологии Университета Констанца (Laboratory of Molecular Toxicology, University of Konstanz) Констанц, Германия

Константин

ХРАПКО

(Konstantin

KHRAPKO)

Отделение геронтологии, Медицинский Центр Бет Израэль Диконесс (Gerontology Division, Beth Israel Deaconess Medical Center, Johannes Gutenberg-University), Бостон, США

В лаборатории возглавляемой Константином Храпко особый интерес уделяется исследованию роли соматических мутаций мтДНК в человеческом старении. При этом исследуется количество мутаций мтДНК в отдельных клетках. С использованием такого подхода – определение количества мутаций мтДНК в отдельной клетке – было обнаружено что уровень делеций мтДНК в пигментированных нейронах у человека очень высок. Среди других направлений разрабатываемых в лаборатории: исследование рекомбинации мтДНК и исследование мтДНК с помощью метода микрочипов.

Обычно принято считать, что мутации в мтДНК возникают в тех клетках, в которых эти мутации и нашли: то есть в данный момент. Однако показано, что клетки,

несущие определенную мутацию в мтДНК склонны объединяться в кластеры. Клетки в этих кластерах являются как правило потомками одной клетки. Таким образом мутации в мтДНК возникают не в них, а в клетках-предшественниках, например в стволовых клетках или даже раньше в процессе развития.

Джуд АЙКЕН (Judd AIKEN)

Школа ветеринарной медицины, Университет Висконсина (School of Veterinary Medicine, University of Wisconsin), Мэдисон, США

Одно из направлений исследований профессора ШмуклерРайса – поиск генов, регулирующих продолжительность жизни у нематоды C. elegans.

В его лаборатории были созданы мутанты нематоды по гену age-1, у которых вырезана каталитическая субъединица фосфатидининозитол- 3-киназы (PI3K(CS)), обладающие выдающейся продолжительностью жизни.

Эти нематоды обладают гораздо более длительным периодом развития, нормальной подвижностью, однако при этом

мутантным животным приходится

пожертвовать размерами тела и скоростью метаболизма.

Мутантные черви живут 145-190 дней при 20 градусах Цельсия, что составляет продление средней и максимальной продолжительности жизни примерно в 10 раз.

Также эти черви обладают исключительной устойчивостью к оксидативному и электрофильному стрессам по сравнению с червями, обладающими нормальными аллелями или аллелями, ассоциированными с меньшей продолжительностью жизни.

Роберт ШМУКЛЕРРАЙС (Robert J. SHMOOKLER-REIS)

Отледение Геронтологии, Университет медицинских наук Арканзаса (Departments of Geriatrics, University of Arkansas for Medical Sciences), ЛитлРок, США

Линда

ПАРТРИДЖ

(Linda

PARTRIDGE)

Институт здорового старения Лондонского университетского колледжа (UCL Institute of Healthy Ageing), Великобритания

Главная цель исследований лаборатории Линды Партридж, которая является одним из самых крупных специалистов в мире по генетике старения, – обнаружение

иизучение генов и механизмов, которые определяют скорость этого процесса. При поддержке других лабораторий Партридж и ее коллеги пытаются изучить эволюционные аспекты старения. Большая часть работ проводится на дрозофилах

иподкрепляется сравнительными исследованиями на C.elegans и

мышах. Работа фокусируется также на изучении влияния ограничения питания и стрессоустойчивости.

По результатам, снижение активности молекулярного

сигнального пути жировых тканей может способствовать увеличению продолжительности жизни на 50 и более процентов. Мутации генов, отвечающих за белковые компоненты каналов, через которые поступают питательные вещества в организм, способствовали увеличению продолжительности жизни животных, на которых проводились эксперименты.

Так как данные каналы существуют у всех представителей животного мира, исследования направленные на дальнейшее их изучение могут дать ключ к механизму понимания и практического осуществления

продления жизни человека.

Другие эксперименты лаборатории показали, что на долголетие в значительной

степени влияет баланс аминокислот в пище.

Сейчас они детальнее изучают этот вопрос.

Профессор Лонго и его команда сумели продлить жизнь дрожжевых клеток в десять раз, что является рекордом в опытах по продлению жизни.

Для достижения результата, учёные использовали сочетание двух приёмов: они выключили определённые гены (Ras2, Tor1 и Sch9) в клетках и посадили их на низкокалорийную диету.

Лонго и его коллеги выключили данные гены у дрожжей, добившись огромного роста срока жизни — до 10 недель, вместо «стандартной» одной недели. Исследователи также обнаружили, что для продления жизни дрожжей необходима серин-треониновая киназа Rim15.

Авторы эксперимента объясняют эффект продления жизни так: обычно организм направляет энергию на рост и развитие, что, однако, приводит к появлению генетических ошибок.

Выключение генов Ras2, Tor1 и Sch9 наряду с ограничением калорий, заставляет организм переключать свои усилия с роста (размножения клеток) на «консервацию» — защиту ДНК в клетках.

Вальтер ЛОНГО (Valter LONGO)

Школа геронтологии Леонарда Дэвиса, Университет Южной Калифорнии (Leonard Davis School of Gerontology, University of Southern California), Дэвис, США

Карин ОЖЕ ГУИЛЛУ

(Corinne AUGEGOUILLOU)

Университет Франсуа Рабле де Тур (Université François Rabelais de Tours), Тур, Франция.

Плавающие мобильные элементы типа Mariner (MLEs) – широко распространенные транспозоны в геноме эукариот, включая человека. Для транспозиции

in vitro требуется транспозаза, а если транспозиция происходит in vivo, то дополнительное влияние оказывают физико-химические факторы.

Транспозиция Mos1, впервые открытая у Drosophila mauritiana, способна протекать in vitro при длине транспозона от 80 до 120 п.н. Однако, в работах лаборатории Карин Оже Гуиллу было показано, что высокая

температура негативно регулирует транспозицию Mos1, в результате которой вырезанные продукты для транспозиции не способны реинтегрировать. Было также установлено, что сверхспирализация сайта встраивания транспозона, возможно, необходима для эффективности этого процесса.

Transposon excision

Binding of the transposontransposase complex

to another DNA

Transposon integration

Сверхспирализация сайта встраивания транспозона необходима для эффективности процесса

Перспективное направление изучения свойств Mos1 – использование его в качестве вектора для переноса генов

Роберт М. БРОШ (Robert M. BROSH)

Лаборатория молекулярной геронтологии Национальный институт старения (Laboratory of Molecular Gerontology, National Institute of Aging), США.

Лаборатория Роберта Броша занимается исследованием репаративной функции хеликаз и выяснением роли хеликаз в процессе старения.

Хеликазы играют важную роль в поддержании стабильной структуры ДНК.

Это стало очевидным, когда выяснилось, что некоторые

синдромы, вызывающие преждевременное старение, возникают при отсутствии некоторых хеликаз.

Так, например, синдром Вернера (Werner) характеризуется ускоренным старением, начиная

спериода полового созревания. Продолжительность жизни людей

сэтим синдромом может достигать 30-40 лет, а смерть наступает при характерных для глубокой старости явлениях угасания функций либо от типичной возрастной патологии, включая

рак, сердечную недостаточность, мозговые нарушения и другие заболевания.

Синдром Блума (Bloom) возникает очень редко. Дети, страдающие этим заболеванием, рождаются очень маленькими и редко вырастают выше 1,5 метров. Они более подвержены инфекциям дыхательных путей и ушей, и у них выше риск заболевания определенными видами рака. При культивировании лимфоцитов и фибробластов таких больных

обнаруживаются многочисленные хромосомные абберации.

Ученые выяснили, что хеликаза RecQ необходима для создания «правильного» интермедиата при репликации ДНК. Хеликазы также способны взаимодействовать с белками репарации и влиять на их работу.

Так, например, RecQ хеликаза человека Wrn взаимодействует с ДНК-полимеразой и эндонуклеазой при эксцизионной репарации оснований. Исследования показали, что в клетках, в которых отсутствовал белок Wrn, продукты оксидативного стресса (8-оксо- 2дезоксогуанин) накапливались быстрее.

Терапевтический контроль над уровнем хеликаз может стать одним из решений проблем старения и канцерогенеза.

Биотин – водорастворимый член группы витаминов В, известный также под названиями витамин Н, витамин В7 и кофермент R. Ковалентное связывание биотина с гистонами осуществляется синтетазой холокарбоксилазы.

Группой профессора Земплени из Университета Небраски было показано, что введение в диету взрослых людей повышенных доз

биотина приводит к увеличению уровня биотинилирования гистонов в лимфоцитах и снижении транспозиций ретроэлементов.

Таким образом, биотинилирование гистонов представляет собой новый, зависимый от диеты, путь эпигенетической регуляции стабильности генома и связанного с ней процесса старения.

Жанос ЗЕМПЛЕНИ (Janos ZEMPLENI)

Университет Небраски (University of NebraskaLincoln), США

ской бляшки и инфаркте миокарда. Это патологическое подмножество развивается при репликативном стрессе и у больных с хроническими воспалительными заболеваниям, а также с возрастом.

Ученые группы профессора Ричардсона предположили, что дефекты

в сигнальных путях ERK и JNK ответственны за изменения экспрессии генов в человеческих CD4 + CD28клетках за счет воздействия на метилирование ДНК. Вывод, сделанный на основе экспериментов, заключается в том, что пониженный ERK и JNK сигналлинг в CD4 + CD28– группе, возникающий вместе с репликативным стрессом, может привести к суперэксперсии генов, обычно подавленных за счет воздействия на Dnmts и, следовательно, изменению структуры хроматина.

Таким образом, JNK-киназы влияют на работу генов за счет воздействия на метилирование ДНК, и механизмы этих влияний изучены недостаточно.

Основным направлением работы лаборатории Ксу Донг Жу является изучение функций белков, участвующих в репарации ДНК на теломерных участках человека. TRF2 является компонентом белкового комплекса шелтерина (shelterin complex), который защищает теломеры.

В лаборатории под руководством Ксу Донг Жу было показано, что аминокислотные замены с

аргинина на лизин в основном домене TRF2 вызывают дисфункцию теломер, что приводит к клеточному

старению. Клетки с повышенной экспрессией мутантного белка TRF2 с лизином накапливают теломерные дуплеты, свидетельствующие о нестабильности теломерных

концов. Также было установлено, что TRF2 взаимодействует с PRMT1, а аргининовые основания метилируются PRMT1 in vitro и in vivo. Устранение PRMT1 приводит

к блокированию деления в нормальных клетках человека, но не действует на раковые клетки.

Нокдаун PRMT1 в раковых клетках позитивно регулирует связь TRF2 с теломерами и способствует их укорочению.

Ксу Донг ЖУ (Xu-Dong ZHU)

Биологический отдел Университета МакМастера (Department of Biology, McMaster University), Гамильтон, Канада.

Жан-Пьер ИССА (Jean Pierre ISSA)

Отдел исследования лейкемии Онкологического центра Андерсона, Университет Техаса (Department

of Leukemia, M. D.

Anderson Cancer Center, The University of Texas), Хьюстон, США.

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. Ме-

тилирование 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 приво-

дит к инактивации регуляторов клеточного цикла, инактивации рецепторов эстрогена, и супрессоров опухолей. Мети-

лирование 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 (мисмэтчрепарации). 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).

Лаборатория под руководством доктора Эдварда Сето активно занимается изучением ингибиторов деацетилаз гистонов. В частности, учеными было показано, что

одна из деацетилаз HDAC3 регулируется как белок-белковыми соединениями с белком NCoR/ SMRT, так и процессами фосфорилирования и дефосфорилирования, а соответственно,

ферментами фосфатазами, например протеинкиназой

CK2. Фосфорилирование HDAC3 по серину изменяет свойства этого фермента.

HDAC8 также негативно регулируется фосфорилированием АМФ-зависимой протеинкиназой А, которая изменяет их свойства.

Эдвард СЕТО (Eduard SETO)

Онкологический центр и исследовательский институт им. Х.Ли Моффит (H. Lee Moffitt Cancer Center & Research Institute), Тампа, США.

Девид СИНКЛЭР (David SINCLAIR)

Факультет патологии Гарвардской Медицинской школы (Department of Pathol- ogy Harvard Medical School), Бостон, США.

Ричард

МОРИМОТО (Richard I. MORIMOTO)

Северо-Западный университет (Northwestern University), США.

Работая в области структурной биологии, группа исследователей под руководством доктора Марморштейна показала, что компонент обычного витамина В3, известного как ниацин – никотинамид, способен связываться со специфическим сайтом на молекуле сиртуина Sir2 и ингибировать его активность.

Это наблюдение предполагает, что вещества, которые предотвращают связывание компонента витамина В3, могут проявлять свое действие как активаторы сиртуинов.

По сути, любое такое вещество «ингибирует ингибиторный эффект» никотинамида, из чего и получается активация белка. Ронен Марморштейн считает, что

Лаборатория доктора Марморштейна изучает механизмы генной экспрессии и их взаимодействие в процессах старения и рака с помощью биохимических, биофизических методов и структурных техник.

никотинамид-связывающий сайт, который обнаружили исследователи, является уникальным для сиртуинов, поэтому вещества, мишенью которых будет данный сайт, будут проявлять высокую специфичность. В связи с этим снижается риск нежелательных побочных эффектов.

Ронен

МАРМОРШТЕЙН

(Ronen

MARMORSTEIN)

Институт Вистар Университета Пенсильвании (Wistar Institute University Pennsylvania), Филадельфия, США.

Чарльз БРЕННЕР (Charles BRENNER)

Медицинский колледж Университета Айовы (Carver College of Medicine University of Iowa), США.

Основная тема исследований группы Чарльза Бреннера – метаболизм никотинамид аденин динуклеотида (НАД) – молекулы, являющейся коэнзимом для реакций с переносом водорода и субстратом для НАД-зависимых сигнальных ферментов, таких как сиртуины и поли(АДФрибозо)полимеразы.

Исследовательская группа под руководством Чарльза Бреннера обнаружила, что недавно открытый витамин – никотинамид рибозид (NR, nicotinamide riboside) – натуральный компонент, найденный в молоке, активирует антивозраст-

ной продукт гена Sir2 дрожжей. Никотинамид рибозид является предшественником

в метаболических превращениях молекулы НАД+. Активность сиртуинов зависит от уровня НАД+, поэтому они могут рассматриваться как связующее звено между статусом клеточного метаболизма и адаптивным транскрипционным ответом. В свою очередь, уровень НАД+ повышается при ограничении калорийности питания.

Таким образом, можно проследить связь между положительным действием ограничения калорийности питания и сиртуинами.

Исследования показали, что никотинамид рибозид способен повышать уровень НАД+ в клетке без введения ограничений в питании, что приводит к активации сиртуинов.

Исследовательская группа под руководством Эдуардо изучает вторичные мессенджеры – малые сигнальные молекулы, которые производятся клеткой в ответ на различные физиологические стимулы.

Белок CD38 является многофункциональным ферментом, использующим молекулу НАД+ в качестве субстрата для синтеза вторичных мессенджеров, например цАДФ-рибозы. Интересно также то, что белок CD38 присутствует на внутренней ядерной мембране. Под руководством Эдуардо Чини было проведено исследование опосредованного влияния белка CD38 на ферментативную активность SIRT1, через регуляцию уровня НАД+.

Триандафилос

ЛИЛОГЛУ

(Triantafillos

LILOGLOU)

Школа исследований рака при Университете Ливерпуля (The University of Liverpool, School of Cancer Studies) Ливерпуль, Великобритания.

Группа под руководством профессора Лилоглу занимается изучением нарушения механизмов метилирования ДНК в раковых клетках человека и возможной роли гипометилирования в процессах ретротранспозиционной нестабильности генома.

LINE-1 и Alu – ретротранспозоны без длинных концевых повторов (non-LTR retrotransposons) – активно метилируются в опухолях человека. С помощью

пиросеквенирования в лаборатории профессора Лилоглу были изучены уровни метилирования ретротранспозонов

LINE-1 и Alu в 48 типах клеток карциномы. Было показано, что в этих клетках значительно снижен уровень метилирования данных

последовательностей. Генетическую нестабильность тестировали с помощью флуоресцентных микросателитных маркеров,

расположенных на раковых клетках легких.

Было установлено, гипометилирование обоих элементов связано с повышенной нестабильностью генома. Таким образом, показана очевидная связь между гипометилированием

мобильных элементов и генетической нестабильностью в клетках карциномы.

В настоящее время деметилирующие агенты активно проходят клинические испытания, а более глубокое понимание процессов реактивации ретротранспозонов поможет сделать прорыв в лечении рака.

Лаборатория Яна Виллиса изучает механизмы регуляции транскрипции эукариотических клеток в ответ на питание, окружающую среду и клеточный стресс.

В лаборатории Яна Виллиса изучалась регуляция активности Sir2 – НАД+-зависимой деацетилазы, играющей важную роль в механизмах эпигенетики и старения. Известно, что клеточный стресс влияет на активность Sir2, однако точные механизмы регуляции еще не известны. Никотинамид является физиологическим ингибитором деацетилазной активности Sir2.

Исследователи предложили химическую стратегию активирования Sir2-зависимого транскрипционного молчания.

Они обнаружили, что эндогенный уровень никотинамида ограничивает активность Sir2 в клетках дрожжей дикого типа. Ингибирование никотинамидом Sir2 антагонизируется in vitro изоникотинамидом (isonicotinamide), что приводит к повышению деацетилазной активности Sir2. Изоникотинамид так же повышает транскрипционное молчание в локусах, регулируемых Sir2.

Ян ВИЛЛИС (Jan M. WILLIS)

Отделение биохимии Медицинского колледжа имени Альберта Энштейна при университете Йешива (Albert Einstein College of Medicine), Нью-Йорк, США

Конрад ХОВИТЦ (Konrad

T. HOWITZ)

Директор отделения Молекулярной биологии компании БИОМОЛ (BIOMOL Research Laboratories, Inc)

Лаборатория молекулярной биологии компании BIOMOL под руководством Конрада Ховитца разрабатывает и производит исследования рекомбинантных ферментов, играющих роль в передаче сигнала на клетках млекопитающих, а так же разрабатывает системы для скрининга.

Внастоящий момент активно исследуются гистоновые деацетилазы, включая сиртуины, для которых Ховитц разработал несколько флуоресцентных субстратов и количественных систем.

Влаборатории Конрада Ховитца исследовался класс компонентов, активирующих сиртуины. Они называются STAC (Sirtuin-activating compound) и являются активаторами Sir2/SIRT1 NAD+-зависимых деацетилаз, увеличивающих продолжительность жизни многих видов животных, а так же способных откладывать

по времени развитие заболеваний, ассоциированных со старением, таких как, например, рак, диабет, нейродегенеративные заболевания и др.

STAC, получаемые из растений, такие как фисетин (fisetin) и резвератрол, имеют некоторые недостатки, например низкую стабильность и относительно низкую эффективность активации сиртуинов. Для разработки улучшенных STA в лаборатории были синтезированы производные стильбена (stilbene) с модификацией В кольца в 4-ом положении. Они обладали пониженной токсичностью по отношению в человеческим клеткам, высокой эффективностью активации SIRT1 и с высокой способностью увеличивать продолжительность жизни дрожжей Saccharomyces cerevisiae.

Леонард

ГУАРЕНТЕ

(Leonard

GUARENTE)

Отделение биологии, Массачусетский технологический институт (Department of Biology, Massachusetts Institute of Technology), Кембридж, США.

Лаборатория Леонарда Гуаренте ищет ответы на основные вопросы биологии старения: почему живые организмы стареют, как гены влияют на продолжительность жизни, можно ли удлинить жизненный цикл с помощью генетических манипуляций.

Доктор Гуаренте и его коллеги занимаются изучением роли

гистоновой деацетилазы Sir2 в старении и продолжительности жизни. Показано, что делеция SIR2 укорачивает жизненный цикл, а дополнительная копия этого гена, наоборот, продлевает жизнь.

Кроме того, активность гена Sir2 также отвечает за саленсинг, что в свою очередь связано с процессами старения.

Ученые говорят о возможности контроля Sir2 с помощью NAD, так как Sir2 относится к NAD-зависимым деацетилазам. Эта регуляция определяет связь между потреблением калорий и скоростью старения, о которой говорят многие

ученые, занимающиеся проблемами старения.

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.

В раковых клетках была обнаружена аберрантная экспрессия и нарушение активности HDAC и гистоновых ацетилтрансферраз, что доказывает их роль в развитии рака.

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.

Кроме того, разные ингибиторы деацетилаз гистонов показали хороший результат при клинических испытаниях на больных мезотелиомой, предыдущее лечение которых оказалось неэффективным.

Уильям Кевин КЕЛЛИ (William Kevin KELLY)

Отделение медицинской онкологии, Йельский центр рака, Йельский университет, (Department

of Medical Oncology, Yale Cancer Centre, Yale University), НьюХейвен, США

Йошиуки САКАКИ (Yoshiyuki SAKAKI)

Центр исследования генома человека, Институт медицинских наук при Университете Токио (Human Genome Center, Institute of Medical Science, University of Tokyo), Токио, Япония

В лаборатории Йошиуки Сакаки был изучен эффект метилирования на транскрипцию элемента L1 in vivo и in vitro.

Трансфекция клеток линии плазмидой, содержащей вставку промотора L1, показала, что

метилирование действительно репрессировало активность мобильного элемента L1.

Изучение процессов транскрипции in vitro

с использованием матриц, подвергнутых мутагенезу, выявило, что метилирование первых семи нуклеотидов CpGs в L1 промоторе, было критичным для ингибирования.

Таким образом, сайтспецифичное метилирование способно регулировать транскрипцию L1.

Доктор Чуанг занимается изучением ингибиторов HDAC и их терапевтического применения при лечении различных нарушений нервной системы.

Многие нарушения в работе мозга связаны с дисбалансом в уровне ацетилирования белков и нарушениями транскрипции.

Группа Чуанга показала, что с помощью воздействий разнообразными ингибиторами HDAC можно исправить эти нарушения, и это является перспективной стратегией в терапии нервнодегенеративных заболеваний.

Кроме того, доктор Чуанг совместно с докторами Ким и Лидс показал

влияние ингибитора HDAC – бутирата натрия – на нейрогенез в ишемизированном мозге. Полученные результаты указывают на то, что пролиферация, миграция и дифференциация клеток, вызванная ингибиторами гистоновых деацетилаз, может способствовать длительному благоприятному эффекту бутирата натрия после ишемических повреждений.

Д-р Чуанг говорит и о других ингибиторах дейцетилаз гистонов, в частности о вальпроевой кислоте.

Это широко описанное и изученное лекарство от биполярных психозов и припадков – является ингибитором HDAC.

Исследования показали, что трихостатин А и бутират натрия – два структурно различных ингибитора HDAC – также вызывают апопотоз микроглии.

Воздействие ингибиторов HDAC после инсульта вызывает уменьшение объема инфаркта мозга.

Д-р Чуанг с коллегами проводили инъекции трех ингибиторов HDAC мышам через 24 часа после искусственно вызванного инсульта. Показано, что все три ингибитора приводят к уменьшению объема инфаркта. Они разрушают ДНК клеток микроглии, но эффект вальпроевой кислоты сильнее.

Эти исследования открыли новые механизмы усиления нейропротекции с помощью ингибиторов HDAC.

Де-Моу ЧУАНГ (De-Maw CHUANG)

Секция молекулярной нейробиологии, Национальный институт психического здоровья (Molecular Neurobiology Section, National Institute of Mental Health) Бефезда, США

Пол МАРКС (Paul MARKS)

Мемориальный Слоан-Кеттеринг Центр рака (Memorial Sloan-Kettering Cancer Centre), Нью-Йорк, США.

Известно, что гистоновые деацетилазы, такие как Sir2 и Rpd3 участвуют в удлинение жизненного цикла у дрожжей и C.elegans.

Ингибитор деацетилаз – фенил бутират значительно увеличивает жизненный цикл у дрозофилы, не уменьшая при этом двигательную активность, устойчивость к стрессу и способность к размножению.

Даже небольшое по времени воздействие оказывается эффективным.

Группа Киунг-Тай Мина доказала, что изменения в паттерне экспрессии генов, может быть важным фактором, определяющим продолжительность жизненного цикла.

Изменения в паттерне экспрессии генов включали индукцию или репрессию ряда генов, вовлеченных в контроль над продолжительностью жизни, из-за ацетилирования гистонов.

Киунг-Тай МИН (Kyung-Tai MIN)

Отделение нейрогенетики, Национальный институт здоровья (Neurgenetics Branch, National Institute of Health), Бефезда, США.

Фрэнк СЛЭК (Frank SLACK)

Факультет

молекулярной и клеточной

биологии, Йельского Университета (Yale University), США

Лаборатория профессора Слэка является одной из ведущих лабораторий в области изучения роли микроРНК в регуляции, функционировании и процессе самообновления стволовых клеток. Работы ведутся в основном на модельном организме, С. elegans, но также и на культуре клеток человека.

прессия которых является «маркерной» для стволовых клеток.

С момента расшифровки роли малых РНК в практически всех жизненных клеточных процессах, многие ведущие лаборатории направили свою научную деятельность на изучение микроРНК в функционировании стволовых клеток. Важной находкой лаборатории Слэка стало идентификация целого ряда микроРНК, экс-

Прорывной можно считать работу, в

которой лаборатория Слэка описывает микроРНК lin-4 и ген её регуляции – транскрипционный фактор lin-14. Эта микроРНК ответственна за продолжительность жизни червя C. elegans. Оказалось, что эта зависимость наблюдается и у человека.

С возрастом увеличивается риск развития меланомы и рака кожи других типов. Лаборатория Эстелы Медрано занимается изучением регуляции старения и рака меланоцитов человека. Работа ведется по двум проектам. Первый направлен на изучение роли гистоновой

ацетилтрасферазы p300/CBP и гистоновой деацетилазы HDAC1. В рамках другого проекта работа ведется по изучению роли белка SKI в прогрессии меланомы.

Эстела МЕДРАНО (Estela MEDRANO) Медицинский колледж Бейлор (Baylor College of Medicine), Хьюстон, США.

Родерик ДЭШВУД (Roderick DASHWOOD)

Отделение экологической и молекулярной токсикологии, Институт Лайнуса Паулинга, Государственный Университет штата Орегон, (Department of Environmental and Molecular Toxicol-

ogy, Linus Pauling Institute, Oregon State University), Корваллис, США.

В лаборатории профессора Поспелова проводится исследование антипролиферативного действия ингибиторов HDAC. Они стимулируют ре-ацетилирование нуклеосомных гистонов и тем самым вызывают преобразование структуры хроматина в тех участках генов, в которых имела место HDAC-зависимая репрессия генов, в частности, контролирующих клеточный цикл.

Проведенные эксперименты показали, что ингибиторы HDAC, не изменяя экспрессии р53, приводят к подавлению активности циклинкиназных комплексов. Кроме того, ингибиторы HDAC подавляют экспрессию ряда позитивных регуляторов клеточного цикла.

Исследования показали, что ингибиторы HDAC влияют на экспрессию важных компонентов, отвечающих за межклеточные взаимодействия (адгезию) и Wntсигнальный путь.

В частности, бутират натрия вызывает накопление ключевого компонента Wnt-сигнального пути – бета-катерина, который вместе с кадгеринами участвует в адгезионной функции клетки, а вместе с факторами семейства Lef/

Tcf осуществляет транскрипционную функцию.

Возможно, антипролиферативное действие ингибиторов HDAC может осуществляться через модуляцию активности кадгерин/бета-катенинового сигнального пути.

Валерий

ПОСПЕЛОВ

Лаборатория молекулярных основ дифференцировки клетки, Институт Цитологии РАН, СанктПетербург, Россия.

Исследования Шона Олдема направлены на понимание генетического взаимодействия метаболизма, роста и старения, путем изучения чувствительности пути инсулин-TOR, в том числе -влияния инсулина на фактор FOXO.

Установлено, что тучность и старение – главные причины сердечных болезней, диабета и рака. Прогрессу исследования тучности препятствует сложность в генетических/метаболических и экологических взаимодействиях. Поэтому ученые изучают влияние высокожирной диеты (HFD), вызванной ею тучности и старения на дрозофиле, которая недавно стала мощным инструментом для открытия консервативной генетической сети метаболизма и

главных путей регулирования роста и старения.

Используя дрозофилу, ученые группы Шона Олдема изучают:

– как генетическая манипуляция новыми путями передачи сигналов метаболизма жира может

модулировать сердечную структуру и функцию;

–какие пути и как регулируют старение и влияют на функцию ISC кишки – в пределах ISC и в пределах нишы (стромы) на клеточном уровне;

–какие генетические компоненты способствуют развитию диабета и тучности, каков их автономный и неавтономный вклад в чувствительность к инсулину в модели диабета 2 типа

Ученые группы Шона Олдема показали, что сокращение функции TOR у дрозофилы приводит к уменьшению жировых отложений

иуровня глюкозы. Важно, что сокращение деятельности dTOR блокирует устойчивость к инсулину

иметаболические синдромы фенотипа, связанные с увеличенной активностью инсулин-зависимого фактора транскрипции, dFOXO.

Сокращение функции dTOR также защищает от возраст-зависимого снижения сердечной функции и увеличивает долговечность.

Шон ОЛДЭМ (Sean OLDHAM)

Институт медицинских исследований Барнхама (Burnham Institute for Medical Research), Ла-Джолла, США.

Хенрик ДЖАСПЕР (Heinrich JASPER)

Департамент Биологии Университета Рочестера (Department of Biology, University of Rochester), Рочестер, США.

Лаборатория Энтони Дж. Муслина занимается исследованиями сигнальной трансдукцией в сердце.

Внутриклеточные МАРК (митоген активированной протеинкиназы) сигнальных каскадов, вероятно, играют важную роль в патогенезе сердечно-сосудистых заболеваний.

Однако роль отдельных сигнальных белков в патогенезе сердечнососудистых патологий все еще не ясна.

В исследовании группы Энтони Дж. Муслина изучалась роль MAPKs ERK (внеклеточная сигналрегулируемая киназа), JNK (C-Jun N-терминальная киназа) и p38 МАРК в гипертрофии сердца, сердечной реконструкции после инфаркта миокарда, атеросклероза и сосудистого рестеноза.

Существует несколько локальных медиаторов, таких как норадреналин, цитокины, ростовые

факторы FGF1, которые после инфаркта миокарда активируют рецепторы трасмембранного и внутриклеточного каскада МАРК.

Исследования показали, что активация MKKK-MKK3/6-

p38α МАРК и ASK1-MKK4/7- JNK1/2 каскадов способствует патологическим перестройкам в сердце, таким как апоптоз кардиомиоцитов, торможение

митоза кардиомиоцитов, воспаление и фиброз.

Таким образом, разработка терапии, ингибирующей эти каскады, является перспективным направлением в лечении сердечно-сосудистых заболеваний.

Энтони Дж. МУСЛИН (Anthony J. MUSLIN)

Центр сердечнососудистых исследований Вашингтонской высшей школы медицины (Center

for Cardiovascular Research, Washington University School of Medicine), Сент-Луис, США.

Тимоти ЧАМБЕРС (Timothy CHAMBERS)

Департамент биохимии и молекулярной биологии, Университет медицинских наук Арканзаса (Depart- ment of Biochemistry and Molecular Biology, University of Arkansas for Medical Sciences), США..

C-Jun киназа является основным компонентом фактора транскрипции АР-1 и играет ключевую роль в регуляции различных биологических процессов, включая пролиферацию и апоптоз.

Лечение клеток винбластином – ингибитором микротрубочек – приводит к увеличению экспрессии С-Jun киназы, ее фосфорилированию и активации AP-1-зависимой транскрипции. Однако роль JNK в реак-

ции клеток на винбластин оставалась невыясненной.

Ученые из группы профессора Тимоти Чамберса для ответа на этот вопрос использовали линии раковых клеток, в которых экспрессируется негативная форма киназы (ТАМ-67), а также клетки, которые обладают гиперэкспрессией C-Jun. В результате исследования гибель клеток, индуцированная винбластином, проявилась в культуре с ТАМ-67, а клетки с С-Jun гиперэкспрессией не погибли.

Однако, с учетом того, что исследование проводилось на раковых клетках, а винбластин используется как противораковый препарат – подобное влияние JNK является негативным. Необходимо выяснить, какое действие будет оказывать гиперэкспрессия JNK на нормальные клетки.

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.

В настоящее время выявлено нарушение функций MAPKs при множестве заболеваний, начиная от рака и воспалительных процессов и заканчивая ожирением и диабетом.

MAPKs ERK1 / 2 связаны с клеточной пролиферацией. ERK1 / 2, как полагают, играет определенную роль в развитии некоторых раковых забо-

леваний, 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 дифференциро-

ванных 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 под-

желудочной железы, производящих инсулин в ответ на повышение концентрации глюкозы.

Мелани Х. КОБ (Melanie H. COBB)

Департамент

Фармакологии, Южно-восточный Медицинский Центр Техасского университета (Department of Pharmacology, The University of Texas Southwestern Medical Center), Даллас, США