6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Научные тренды продления жизни
.PDFМНОГИЕ процессы, связанные со старением организма, невозможно объяснить исключительно
старением отдельных клеток. Так, при различных возрастных заболеваниях и просто в стареющих организмах, белки и белковые агрегаты могут накапливаться как внутри клеток (агрегация тау-белка при болезни Альцеймера и таупатиях, агрегация супероксид дисмутазы при боковом амиотрофическом склерозе и др., так и во внеклеточном матриксе (бетаамилоиды, конечные продукты усиленного
гликозилирования (AGE), модифицированные коллаген и эластин и др.).
Борьба с белковыми агрегатами и модифицироваными белками во внеклеточном матриксе – одно из
перспективных направлений в области борьбы со старением.
ОДИН ИЗ ВОЗМОЖНЫХ ПОДХОДОВ К УВЕЛИЧЕНИЮ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ И КАЧЕСТВА ЖИЗНИ – ПОИСК СПОСОБОВ НОРМАЛИЗАЦИИ СОСТОЯНИЯ ВНЕКЛЕТОЧНОГО МАТРИКСА.
ДРУГАЯ проблема, которая не может быть решена без исследования взаимодействий между клетками при
помощи экскретируемых белков цитокинов – это снижение эффективности работы иммунной системы при старении.
Главная задача иммунной системы организма – распознавать признаки вторгшихся в организм бактерий и вирусов, а также признаки своих «измененных» клеток, например раковых. ВОЗРАСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ ПРЯМО ИЛИ КОСВЕННО СВЯЗАНЫ С ХОРОШО ИЗВЕСТНОЙ ПРЕДРАСПОЛОЖЕННОСТЬЮ ПОЖИЛЫХ ЛЮДЕЙ К ИНФЕКЦИЯМ, АУТОИММУННЫМ ЗАБОЛЕВАНИЯМ, РАКУ И СНИЖЕННЫМ ИММУННЫМ ОТВЕТОМ НА ВВЕДЕНИЕ ВАКЦИН.
Хроническое воздействие антигенов на протяжении жизни, по-видимому, является главной движущей силой
старения иммунитета. При этом происходит постоянное уменьшение пула наивных
(т.е. не вовлеченных в процесс узнавания антигенов) имунных Т-клеток, что связано с инволюцией тимуса – органа, в котором созревают Т-клетки. С возрастом также уменьшается активность других клеток иммунной системы – лейкоцитов, включая макрофаги, моноциты, нейтрофилы и эозинофилы. Это приводит к различным возраст-зависимым заболеваниям. В частности, в основе патогенеза болезни Альцгеймера лежит нарушение функции микроглии, а атеросклероза – макрофагов.
Для повышения эффективности работы иммунной системы стареющего организма необходимо решить три задачи:
1. Разработка методов избирательного уничтожения стареющих иммунных клеток. перспективные направления:
t Выработка антител к маркерам сенесцентных (стареющих) клеток.
t Использование естественных апоптотических факторов.
t Ограничение калорий.
2.Разработка методов усиления эффективности иммунных клеток.
3.Разработка методов борьбы с инволюцией тимуса.
РАК И СТАРЕНИЕ – ЭТО ПРОЦЕССЫ, ОБЛАДАЮЩИЕ РЯДОМ ОБЩИХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ. Оба процесса развиваются вследствие накопления клеточных нарушений и сбоя в нормальном функционировании клеток, однако происходит это, в частности, за счет межклеточных взаимодействий. Защитные механизмы, которые предохраняют клетки от нарушений и повреждений, должны
одновременно защищать и от рака, и от старения. В то же время, онкогенез и
высокая продолжительность жизни требуют наличия существенного пролиферативного клеточного потенциала.
Следовательно, системы, которые ограничивают бесконтрольную пролиферацию, должны защищать от
развития рака, но ускорять старение. Таким образом, рак и старение можно рассматривать как совместно эволюционирующие процессы, регулирующиеся определенными конвергентными и дивергентными механизмами.
ИССЛЕДОВАНИЯ В ОБЛАСТИ БОРЬБЫ СО СТАРЕНИЕМ И В ОБЛАСТИ БОРЬБЫ С РАКОМ ДОЛЖНЫ ВЕСТИСЬ ОДНОВРЕМЕННО, Т.К. РАК И СТАРЕНИЕ НЕРАЗРЫВНО СВЯЗАНЫ ПРОИСХОДЯЩИМИ ПРОЦЕССАМИ
ОДНИ из самых быстроразвивающихся направлений в области борьбы со старением – стволовые
клетки, регенеративная медицина и моделирование тканей. Все типы клеток,
существующих в организме, произошли исходно из одного типа – стволовых клеток, что позволяет использовать их для регенеративной медицины и лечения
различных заболеваний. Поэтому изучением стволовых клеток, их окружения, и возможностей перепрограммировать обычных клеток в стволовые занимаются множество научных групп.
Известно, что способность стволовых клеток к самообновлению и дифференцировке
свозрастом снижается. Это ведёт,
содной стороны, к истощению пула стволовых клеток, а с другой – к уменьшению количества выделяемых ими факторов. В связи с этим существуют ДВА НАПРАВЛЕНИЯ АНТИВОЗРАСТНОЙ ТЕРАПИИ – ТЕРАПИЯ СТВОЛОВЫМИ КЛЕТКАМИ И ТРОФИЧЕСКИМИ ФАКТОРАМИ.
МНОГОЧИСЛЕННЫЕ ситуации (травмы, рак, инфекции и др.), при которых невозможно
адекватное восстановление функции органа, вызывают необходимость полной или частичной его замены. ПЕРСПЕКТИВНЫМ БИОИНЖЕНЕРНЫМ МЕТОДОМ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТКАНЕЙ И
ОРГАНОВ ЯВЛЯЕТСЯ «БИОПЕЧАТАНИЕ» – искусственное воспроизведение тканевых
структур, основанное на способности клеток к слиянию и самосборке. В процессе биопечатания используются «биочернила» (клеточные агрегаты), «биобумага» (биосовместимый матрикс) и «биопринтер» (техническое устройство, позволяющее наслаивать клетки на матрикс в соответствии с разработанной программой). Биокартриджем являются микропипетки, из которых «чернила» выпускаются на «бумагу».
Благодаря накопленным знаниям, уже сегодня БИОИНЖЕНЕРНЫЕ МЕТОДЫ ПОЗВОЛЯЮТ СОЗДАВАТЬ
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ НЕИММУНОГЕННЫЕ ТКАНИ И ОРГАНЫ, КОТОРЫЕ МОГУТ БЫТЬ БЫ ИМПЛАНТИРОВАНЫ НУЖДАЮЩИМСЯ В ЭТОМ ПАЦИЕНТАМ.
ИЗВЕСТНО, что ткань, сохраненная при сверхнизких температурах (температуре жидкого азота до
196°С), может сохраняться очень долго без ухудшения своего состояния. Этот факт дает возможность сохранения органов и тканей во время транспортировки и долгосрочного хранения для будущего
использования. ОСНОВНОЙ ПРОБЛЕМОЙ КРИОКОНСЕРВАЦИИ ЯВЛЯЕТСЯ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТКАНЕЙ И ОРГАНОВ ВО ВРЕМЯ ОТТАИВАНИЯ. Пока не существует методики, которая бы на 100% гарантировала сохранение клеток и тканей после глубокого замораживания.
Основные направления научных исследований в области криобиологии:
1.Разработка криопротекторов – наименее токсичных, не вызывающих побочных реакций организма.
2.Разработка методов криоконсервации тела человека в медицинских целях.
3.Разработка способов восстановления органов, тканей и организма после размораживания.
4.Разработка методов преодоления химического изменения молекул организма, особенно мозга.
5.Разработка методов сохранения биологической информации.
| 138 | Научные тренды продления жизни |
Научные тренды продления жизни | 139 | |
Внеклеточный матрикс и старение
Внеклеточные белковые скопления (амилоиды)
и старение
Восстановление уровня фермента неприлизина предотвращает развитие болезни Альцгеймера
Марк С. КИНДИ (Mark S.KINDY)
Кафедра
нейробиологии,
Медицинский
колледж,
медицинский университет Южной Каролины (Medical University of South Carolina, США).
Отложение бета-амилоида играет |
пространственной памяти в |
||
центральную роль в развитии |
лабиринте Морриса. |
|
|
болезни Альцгеймера. Очевидно, |
|
|
|
что для замедления развития |
Полученные |
результаты свиде- |
|
болезни необходимо либо уменьшить |
тельствуют о том, что сверхэк- |
||
аккумуляцию амилоида в мозгу, либо |
спрессия гена неприлизина приво- |
||
ускорить процесс его выведения. |
дит к уменьшению бета-амилоида |
||
|
и сопутствующих патологических |
||
Неприлизин – главный фермент |
процессов. |
|
|
мозга, отвечающий за разрушение |
|
|
|
бета-амилоида. |
Эта данные показывают, что |
||
|
|||
|
восстановление уровня неприлизина |
||
На ранних стадиях болезни |
в мозгу на ранних стадиях болезни |
||
Альцгеймера и в результате |
Альцгеймера является эффективным |
||
возрастных изменений активность |
методом предотвращения или |
||
неприлизина снижается. |
смягчения развития болезни. |
||
В своей работе Марк Кинди |
|
|
|
исследовал эффект |
|
|
|
введения человеческого |
Схема образования амелоида в мозге |
||
гена неприлизина в мозг |
|
|
|
мышей с моделью болезни |
Blood |
|
|
Альцгеймера на ранних |
|
Neuron |
|
Vessel |
|
||
стадиях до формирования |
Oligomers |
|
Nucleus |
амилоидных бляшек и |
Aβ |
|
Signaling |
оценивал влияние этого |
|
Protofibrils |
|
|
Molecules |
||
|
|
||
воздействия на отложение |
|
|
Neurite |
бета-амилоида и связанные |
Neuron |
|
|
с ним патогенетические |
|
Amyloid Plaque |
Synapse |
|
|
||
изменения. |
|
|
|
Synapse |
|
|
|
|
Impaired |
|
|
Также у мышей, |
Neurofibrillary |
|
|
Tangles |
|
|
|
подвергавшихся |
|
|
|
|
|
Axon |
|
воздействию, |
|
|
|
наблюдалось улучшение |
|
|
|
| 140 | Научные тренды продления жизни
Многофункциональный рецептор LR11 регулирует образование бета-амилоида
Джеймс Дж. ЛА (James J. LAH)
Отделение
нейрологии Университета Эмори (Emory University), Атланта, США.
Болезнь Альцгеймера (БА) является наиболее известным заболеванием с формированием классических амилоидных отложений. Мутации ответственны за развитие заболевания в 2% случаев, тогда как причина развития спорадических форм не совсем понятна. Данные, полученные нейропатологами и генетиками, свидетельствуют,
что при этом происходит потеря многофункционального рецептора LR11(нейронального рецептора аполипопротеина Е), также известного как SORLA и SORL1.
Исследования на клеточном уровне позволяют предположить, что LR11 снижает образование бетаамилоидных отложений.
Ранее было обнаружено, что мыши, мутантные по LR11 (c недостаточным синтезом этого рецептора), показывают тенденцию к повышению экспрессии бета-амилоида в головном мозге. В данном исследовании мыши с дефицитом LR11 были
скрещены с трансгенными мышами, экспрессирующими человеческие гены, ответственные за развитие болезни Альцгеймера – пресенилин (presenilin-1) и белок-предшественник амилоида (APP).
Джеймс Ла с коллегами показали, что дефицит LR11 значительно увеличивает уровень бета-амилоида и усугубляет раннюю патологию в этой модели болезни Альцгеймера у трансгенных мышей, вызывая ускорение в ее развитии, зависимое от дозы гена LR11. Потеря этого рецептора повышает скорость накопления продуктов метаболизма АPP. Авторы предположили, что рецептор LR11 регулирует процессинг и накопление бета-амилоида in vivo, а также то, что он важен для запуска патологического каскада реакций образования амилоида.
Поэтому контроль над экспрессией рецептора LR11 может оказывать очень важное влияние на предрасположенность к развитию болезни Альцгеймера у человека.
Препарат мелфалан и трансплантация стволовых клеток вызывают ремиссию при AL-амилоидозе
AL-амилоидоз (амилоид при этом состоит из легких цепей иммуноглобулинов) – наиболее распространенный системный амилоидоз.
Для пациентов с множественной миеломой высокие дозы препарата мелфалан, а также аутологичная трансплатация стволовых клеток являются терапией первой линии, так как обеспечивают высокий гематологический ответ и более высокую выживаемость по сравнению
с обычной химиотерапией. Высокие результаты, полученные при лечении миеломы, натолкнули на мысль о возможности использования
этого подхода для борьбы с ALамилоидозом.
Учеными группы профессора Санчоравалы было обнаружено, что этот подход приводит к ремиссии у больных AL-амилоидозом, увеличивая выживаемость пациентов.
Вайшали
САНЧОРАВАЛА
(Vaishali
SANCHORAWALA)
Клинический директор программы трансплантации стволовых клеток в Бостонском университете (Boston University, медицинский центр), США
Научные тренды продления жизни | 141 |
Клетки микроглии в мозге способствуют уменьшению количества отложений бета-амилоида
Серж РИВЕСТ (Serge RIVEST)
Кафедра
молекулярной
медицины
медицинского
факультета Университета Лаваля (Laval University) Квебек, Канада.
|
|
|
|
из костного мозга, |
||
|
|
|
|
обладали более |
||
|
|
|
|
выраженными |
||
|
|
|
|
фагоцитарными |
||
|
|
|
|
свойствами, |
||
|
|
|
|
чем микроглия, |
||
|
|
|
|
образовавшаяся в |
||
|
|
|
|
мозге. В связи с этим, |
||
|
|
|
|
|||
Серж Ривест и его коллеги из университета Лаваля по- |
|
встал вопрос, каково |
||||
ставили перед собой задачу выяснить, какую роль на |
|
происхождение |
||||
самом деле играет микроглия в развитии и протекании |
|
клеток микроглии, |
||||
болезни Альцгеймера. |
|
|
||||
|
|
окружающей |
||||
|
|
|
|
|||
Один из патологических процессов, |
|
|
амилоидные бляшки. |
|||
|
|
В результате |
||||
сопровождающий болезнь |
|
|
||||
проведенных исследований ученые |
||||||
Альцгеймера – образование в |
||||||
выяснили, что основная часть этих |
||||||
мозге скоплений бета-амилоида, |
||||||
клеток образовалась в костном мозге. |
||||||
так называемых амилоидных |
||||||
|
|
|
|
|||
бляшек. Многочисленные |
|
|
|
|
|
|
|
Амилоидные бляшки выделяют факторы, |
|||||
исследования показали, что |
|
|||||
|
привлекающие стволовые клетки, в даль- |
|||||
вокруг амилоидных бляшек |
|
|||||
|
нейшем дифференцирующиеся в микро- |
|||||
происходит накопление клеток |
|
|||||
|
глию. В мозге эти клетки путем фагоцито- |
|||||
микроглии, иммунных клеток |
|
|||||
|
за способствуют уменьшению количества |
|||||
центральной нервной системы. |
|
|||||
|
отложений |
бета-амилоида, ограничивая |
||||
Долгое время ученые считали, |
|
|||||
|
развитие болезни Альцгеймера. |
|||||
что эти клетки секретируют |
|
|||||
|
|
|
|
|
||
нейротоксические факторы |
Таким образом, была |
|||||
и таким образом способствуют |
||||||
развитию нейродегенеративных |
показана ошибочность старой |
|||||
процессов, характерных для болезни |
модели лечения болезни |
|||||
Альцгеймера. Поэтому для лечения |
Альцгеймера с использованием |
|||||
использовали нестероидные |
противовоспалительных |
|||||
противовоспалительные |
средств. Также открываются |
|||||
средства, тормозящие иммунную |
широкие возможности лечения и |
|||||
функцию микроглии. С другой |
профилактики болезни Альцгеймера |
|||||
стороны, существовала точка |
с использованием стволовых клеток |
|||||
зрения, что микроглия обладает |
костного мозга. При этом на ранних |
|||||
нейропротекторными свойствами и |
стадиях развития заболевания не |
|||||
способствует уменьшению скоплений |
будет необходимости даже делать |
|||||
бета-амилоида в мозге. |
инъекции клеток непосредственно |
|||||
в пораженные области, так |
||||||
Ученые провели эксперименты с |
||||||
как амилоидные бляшки сами |
||||||
использованием трансгенных мышей |
||||||
привлекают стволовые клетки. |
||||||
с нарушениями, аналогичными |
||||||
Следующим этапом работы |
||||||
тем, что наблюдаются у людей, |
||||||
должны стать исследования на |
||||||
страдающих болезнью Альцгеймера. |
||||||
человеческих клетках и белках, |
||||||
Исследования показали, что клетки |
||||||
проведенные in vitro. В случае успеха |
||||||
костного мозга могут свободно |
||||||
этих экспериментов, можно будет |
||||||
проходить гематоэнцефалический |
||||||
говорить о проведении клинических |
||||||
барьер и дифференцироваться в |
||||||
исследований. |
||||||
головном мозге в клетки микроглии. |
Причем, такие клетки, пришедшие
Ингибиторы связывания белка SAP с амилоидными фибриллами можно использовать для лечения амилоидозов
Филип ХОКИНС (Philip.N. HAWKINS)
Ведущий научный сотрудник Национального центра исследования амилоидоза (National Amyloidosis Centre), UCL (University College of London), Лондон, Великобритания.
Обычный белок плазмы – плазменный компонент амилоида P (SAP) связывается с фибриллами всех типов амилоидных отложений и таким образом участвует в образовании амилоида. Это связано со специфическим кальций-зависимым связыванием с аминокислотными мотивами, которыми обладают все типы амилоидных фибрилл.
SAP очень устойчив к протеолизу, его связывание с амилоидными фибриллами защищает их от разрушения фагоцитами и протеолитическими ферментами.
Таким образом, SAP остается в составе амилоидных отложений в течение длительного времени, не изменяясь. У мышей и хомяков плазменные концентрации
SAP напрямую связаны с
амилоидогенезом. Филип Хокинс с коллегами предположили, что SAP может отвечать за невозможность удаления амилоидных отложений, приводя, таким образом, к повреждению ткани и развитию заболевания.
Для вмешательства в этот процесс был разработан препарат, являющийся конкурентным ингибитором связывания SAP с амилоидными фибриллами. Это вещество димеризует молекулы SAP, образуя поперечные сшивки, поэтому они легко выводятся через печень.
Это приводит к значительному снижению уровня циркулирующего SAP. Это вещество представляет собой новый подход к лечению как системных, так и локальных амилоидозов, включая болезнь Альцгеймера и диабет типа 2.
Изоформы белка цистатина С формируют амилоид и участвуют в развитии ангиопатии
Хорошо изученный белок цистатин С, ингибитор протеаз, играет значительную роль в развитии заболевания, приводящего к повторным инсультам (Цистатин С амилоидной ангиопатии человека).
В ходе исследования группа Рози Стэнифорс выявила несколько изоформ этого белка, которые могут инициировать процесс сборки амилоидных фибрилл.
В том числе, к ним относится димерная форма, образующаяся в результате соединения двух молекул цистатина и их обмена участками цепей между собой. В результате этого процесса происходит формирование особо устойчивых олигомеров, что является важным
этапом формирования амилоидных фибрилл.
Исследования доктора Стэнифорс проливают свет на механизм превращения нормальных форм белка в патогенные комплексы. Понимание последовательных стадий превращения необходимо для регуляции этого процесса на разных уровнях.
Кроме того, как показывают исследования, некоторые промежуточные продукты этого превращения более токсичны для организма, чем конечные.
Таким образом, проведенные исследования открывают широкие возможности для разработки новых методов лечения амилоидозов.
Рози СТЭНИФОРС (Rosie STANIFORTH)
Кафедра
молекулярной биологии и биотехнологии, Университет Шеффилда (Sheffield Uviversity, Великобритания).
| 142 | Научные тренды продления жизни |
Научные тренды продления жизни | 143 | |
Модификации белка транстиретина могут влиять на формирование амилоида
Лоурин КОННОРС Lawreen CONNORS
Кафедра биохимии школы медицины Бостонского университета (Boston University, США).
Транстиретин в норме является устойчивым белком плазмы, но в случае старческого амилоидоза он откладывается в ткани в виде амилоидных фибрилл, что приводит к тяжелым дисфункциям органов.
кацией отдельно взятого остатка цистеина (Cys10) в его составе путем образования смешанных дисульфидных связей. Наиболее распространенными модификациями белка в организме является присоединение к нему S-сульфоната и S-цистеина.
Обычно транстиретин присутствует |
Группа Лоурин Коннорс провела ис- |
||||
следование влияния S-сульфоната и |
|||||
в организме в форме тетрамера, но в |
|||||
S-цистеина на устойчивость четвер- |
|||||
некоторых случаях образуются моно- |
|||||
тичной структуры транстиретина. |
|||||
меры белка, способные связываться |
|||||
В результате было показано, что |
|||||
между собой и образовывать фибрил- |
|||||
S-сульфонирование транстиретина |
|||||
лы, что и становится причиной раз- |
|||||
усиливает процесс диссоциации те- |
|||||
вития амилоидозов. Следовательно, |
|||||
трамера белка, что способствует раз- |
|||||
для развития заболевания тетрамер |
|||||
витию заболевания, в то время как |
|||||
белка сначала должен диссоцииро- |
|||||
присоединение S-цистеина, напро- |
|||||
вать на мономеры. |
|
|
|||
|
|
тив, стабилизирует комплекс. |
|||
Ранее было показано, |
|
|
|||
|
|
|
|
||
что способность транс- |
|
В дальнейшем понимание механизмов регуляции |
|||
тиретина образовывать |
|
||||
|
устойчивости стабильного тетрамера транстирети- |
||||
устойчивый комплекс |
|
на может способствовать созданию новых методов |
|||
может быть связана с |
|
лечения и профилактики амилоидозов. |
|||
химической модифи- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Воздействие на никотиновые рецепторы может снижать уровень бета-амилоида
Уровень бета-амилоида в мозгу курящих пациентов с болезнью Альцгеймера достоверно ниже, чем у некурящих больных. Аналогичные данные были получены при изучении эффектов никотина на трансгенных мышах с повышенным уровнем предшественника амилоида.
Для выяснения механизма, с помощью которого никотин регулирует процессинг предшественника амилоида (АPP), ученые группы Агнеты Норнберг измерили его уровень и уровень бета-амилоида в линиях клеток, экспрессирующих различные подтипы никотиновых рецепторов или не экспрессирующих их.
Результаты исследований показали, что для
специфических изменений в процессинге APP необходимо связывание вещества с сайтом связывания агонистов, а не активация рецептора. При этом блокатор открытых каналов мекамиламин снимал никотинзависимое повышение уровня APP.
Кроме того, в клетках, не экспрессирующих никотиновые рецепторы, изменения процессинга APP не наблюдалось, что свидетельствует о том, что описанные эффекты опосредованны воздействием на рецептор, а не прямым действием никотина на клетку.
Полученные результаты могут быть использованы в разработке новых препаратов, снижающих уровень амилоида, путем воздействия на никотиновые рецепторы ацетилхолина.
Агнета НОРНБЕРГ (Agneta NORDBERG)
Кафедра
нейробиологии, гигиены и социологии, Каролинский институт (Karolinska Unstitute, Стокгольм, Швеция).
Количество неэнзиматических сшивок при старении скелетной мускулатуры зависит от физической активности
Группа Тодда Траппе изучает изменения в структуре, функциях и биохимии коллагена в соединительной ткани мышц в процессе старения.
Исследования на животных показали, что при старении и длительной неподвижности в соединительной ткани мышц увеличивается содержание коллагена, накапливаются гидроксилизилпиридинолиновые сшивки и продукты неэнзиматического гликозилирования. Исследования для человека впервые провела группа Тодда Траппе. После биопсии соединительной ткани мышц тренированных и нетренированных мужчин и женщин разного возраста удалось измерить концентрацию коллагена, коллагеновых сшивок и продуктов неэнзиматического гликозилирования. Среди
людей, ведущих пассивный образ жизни (как мужчин, так и женщин) изменений концентрации коллагена и гидроксилизилпиридинолиновых сшивок с возрастом не наблюдалось. Однако отмечалось увеличение количества неэнзиматических сшивок при старении (на 200%). Также было показано, что в соединительной ткани мышц нетренированных людей вне зависимости от пола количество продуктов неэнзиматического гликозилирования увеличено, тогда как концентрации коллагена и гидроксилизилпиридинолиновых сшивок остаются неизменными.
Изучение механизмов неэнзиматичекого гликозилирования в соединительных тканях мышц поможет понять причины старения и дисфункции скелетной мускулатуры.
Тодд ТРАППЕ (Todd TRAPPE)
Школа физкультуры, спорта, и научного подхода к упражнениям Государственного университета Ball (School of Physical Education, Sport, and Exercise Science at Ball State University), University of Wisconsin), Манси, США.
Связь гликозилирования белков и белковых сшивок конечных продуктов гликозилирования (AGE) со старением
Фармакологическое расщепление сшивок белка
Группа ученых под руководством доктора Жозефины Форбс изучает осложнения гликирования и диабета в Бэйкерском Исследовательском институте сердца в Мельбурне (Австралия).
Исследователи ведут поиск способов разработки фармакологических препаратов, использование которых даст возможность отделять молекулы белков и сахаров для разрушения перекресных связей.
Создание таких лекарств позволит уменьшить количество конечных продуктов гликирования в тканях.
Возможно, что в перспективе белок сможет восстанавливаться и возвращаться к своему нормальному состоянию, что отменит негативные эффекты гликации.
Жозефина
ФОРБС
(Josephine
FORBES)
Бэйкерский
Исследовательский Институт Сердца, Мельбурн, Австралия (Baker Heart Research Institute, Melbourne, Australia)
| 144 | Научные тренды продления жизни |
Научные тренды продления жизни | 145 | |
Накопление продуктов неэнзиматического гликозилирования способствует развитию диабета, ночного апноэ и других возраст-зависимых заболеваний
Ричард БУКАЛА, (Richard BUCALA)
Отдел внутренней медицины (Department of Internal Medicine) Медицинской школы Йельского университета (Yale University School of Medicine) New Haven Школа Медицины, НьюХейвен, США.
Ученые группы Ричарда Букалы изучают уровень накопления продуктов неэнзиматического гликозилирования у пациентов с различными возраст-зависимыми заболеваниями.
Входе исследования ученые определяли количество продуктов неэнзиматического гликозилирования у пациентов с обструктивным ночным апноэ (119 человек), не болеющих диабетом, среди больных диабетом второго типа (134 человека) и среди здоровых людей (234 человека – контрольная группа).
Врезультате было обнаружено, что уровень продуктов неэнзиматического гликозилирования был увеличен в сыворотке крови пациентов с диагно-
зом апноэ в сравнении с контролем, но самым высоким уровень был среди больных сахарным диабетом второго типа. Интересно, что количество продуктов неэнзиматического гликозилирования коррелировало с длительностью ночных задержек, содержанием 8-изопростана в плазме (биохимический маркер оксидативного стресса), но не с уровнем глюкозы.
Ученые также выяснили, что продукты неэнзиматического гликозилирования играют роль в воспалительных процессах, сосудистых патологиях, изменениях структуры стекловидного тела и нефропатиях, связанных с сахарным диабетом и процессами старения.
Важность научной работы группы Ричарда заключается в детальном исследовании механизмов влияния продуктов неэнзиматического гликозилирования на иммунную систему, структуру сосудов, стекловидного тела, работу почек при старении и различных возрастных заболеваниях.
Аминогуанидин ингибирует гликилирование и предотвращает старение кожи
Результаты исследований косметической компании Лореаль показывают, что продукты гликилирования накапливаются при старении в медленно обновляющихся тканях, включая кожу.
Анализ биомаркеров кожи выявил биологические и морфологические изменения, которые прямо связаны с гликилированием.
Эти изменения включают в себя активацию фибробластов, увеличение количества матриксных молекул коллагена, продукцию металлопротеиназы и утолщение базальной мембраны. Данные изменения ингибировали с помощью аминогуанидина, хорошо
известного ингибитора гликилирования. Действия аминогуанидина заключаются в формировании гуанидин-дикрбонильных остатков, которые, таким образом, снижают количество свободных карбонилов. Все эти процессы происходят на ранних стадиях гликилирования.
Таким образом, результаты исследования группы Герве Пагеона показывают, что ингибирование гликилирования предотвращает старение кожи.
В дальнейшем эти разработки будут использованы для создания передовой косметики для борьбы со старением кожи.
Герве ПАГЕОН (Hervé PAGEON)
Научный центр Шарля Звиака Компании Лореаль (L’Oréal, Centre Charles Zviak, Центр, Clichy Cédex France), Клиши Седекс, Франция
| 146 | Научные тренды продления жизни
Продукты неэнзиматического гликозилирования влияют на развитие старческих заболеваний
Анна Мария ШМИДТ (Ann Marie SCHMIDT)
Отделение хирургии Медицинского центра Колумбийского университета (Columbia University Medical Center, Department of Surgery), Нью-Йорк, США.
Группа Анны Марии Шмидт изучает AGEs и влияние их взаимодействий со специфическими рецепторами на развитие старческих заболеваний (сердеч- но-сосудистые, нейродегеративные, воспалительные).
Продукты неэнзиматического гликозилирования, продукты окисления белков и липидов (AGEs) накапливаются в течение жизни организмов. Важную роль AGEs играют в активации рецептора для AGEs – RAGE, трансмембранного рецептора семейства иммуноглобулинов. Ученые предполагают, что таким образом AGEs
стимулируют процессы, сопряженные с воспалением и его последствиями в разных тканях, а это способствует осложнениям при диабете, воспалительных и нейродегенеративных
процессах и в ходе старения. Научной группой Шмидт на культуре клеток и на животных моделях было показано, что рецепторы RAGE, активированные AGEs, влияют на прогрессию сосудистых заболеваний.
Кроме того, в патогенезе болезни Альцгеймера также прослеживается взаимодействие между бетаамилоидным белком и рецепторами RAGE. Влияние RAGE на микроглию, гематоэнцефалический барьер и нейроны осуществляется через множество сигнальных каскадов. Последние исследования показали, что комплекс бета-амилоид+
RAGE усиливает стресс нейронов и дальнейшее накопление бета-
амилоида, что приводит к ухудшению памяти и обучаемости.
Целевое терапевтическое влияние на уровень рецепторов к AGEs в организме может быть полезным в лечении сосудистых и нейродегенеративных заболеваний. Поскольку гены, кодирующие эти рецепторы, очень полиморфны, в качестве лечебного подхода можно рассматривать генетический контроль.
Генетическая регуляция рецептора конечных продуктов гликирования защищает от образования вредных белковых комплексов
Высокие уровни окислительного стресса и воспаления ассоциированы с сердечно-сосу- дистыми заболеваниями и связаны с конечными продуктами
гликирования. Они взаимодействуют с различными рецепторами, включая RAGE1.
В своем исследовании Хелен Влассара из Медицинской школы Гора Синай (Нью-Йорк), показала, что суперэкспрессия рецептора
RAGE1 способствует удалению продуктов гликирования и блокирует окислительный стресс и воспаление.
В результате повышается защита организма от артериальной гиперплазии и воспаления, вызванного травмой.
Поэтому так важно найти способы |
|
Хелен ВЛАССАРА |
фармакологическогой регуляции |
(Helen VLASSARA) |
|
экспрессии рецептора RAGE1. |
Медицинская школа |
|
|
|
Гора Синай, (Mount |
|
|
Sinai Medical Center) |
|
|
Нью-Йорк, США |
Научные тренды продления жизни | 147 |
Феноцилтиозолин способен разрывать поперечные сшивки между белками
Джон БЕЙНЕС (John W. BAYNES)
Отдел химии и биохимии Университета Северной Каролины (Dept. of Chemistry and Biochemistry, University of South Carolina), Ко- лумбия, США
Образование продуктов ускоренного гликилирования белков провоцируется гипергликемией, которая ведет к осложнению диабета. Такие продукты как N-ε-карбоксиметил лизин и пентозидин формируются как результат гликилирования и автоокисления. Противостоять гликилированию могут ингибиторы, которые благодаря нуклеофильной природе взаимодействуют в карбонильными интермедиатами и нейтрализуют их.
В качестве критерия оценки ингибирования использовали концентрацию вещества, способного ингибировать на уровне 50% автокисление аскорбиновой кислоты в фосфатном буфере, которое катализируется ионами меди. В качестве ингибиторов
окислительного стресса успешно использовали аминогуанидин, пиридоксамин, карнозин, феназинедиамин, OPB-9195 и тенилзетам.
Наиболее эффективно поперечные связи между продуктами гликилирования устранялись феноцилтиозолином и продуктами его гидролиза.
Ученые пришли к выводу, что миллимолярные концентрации ингибиторов в исследованиях in vitro действуют как хелатирующие агенты или ингибиторы окисления, а при
терапевтических концентрациях данные вещества способны создавать защиту от последствий диабета и старения, что может быть учтено при разработке медицинских препаратов.
Молекулярные механизмы, вызывающие повреждение и гибель нервов при диабетической гипергликемии
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Hyperglycemia |
|
|
|
|
|
|
|
Microvascular vasoconstriction, |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
capillary basement membrane |
|
|||||
|
|
Increased extracelluiar |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
thickening, endothelial hyperplasia, |
|
|||||||||||||||||
|
|
protein glycation |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
hemologic abnormalities |
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Increased intracellular glucose |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
in nerve and vascular tissue |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
AGE formation |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Neural hypoperfusion and ischemia |
|
|||||
|
|
|
|
RAGE activation |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Increased glycolysis |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
and TCA cycle activity |
|
|
Increased |
|
Redox reaction: glucose –> |
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
Sugar+ROSs–>carbonyls |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
diacylglycerol |
|
sorbitol –> fructose |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
Carbonyls + proteins or |
|
|
Mitochondrial |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
lipids –> glycoxidation or |
|
|
dysfunction |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
lipoxidation products |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Reduced NADPH + glutathione, |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NADH:NAD+ masbalance |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Increased |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Protein + glucose |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
superoxide |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Oxidative stress Polyol pathway flux
Protein kinase C
AGEs
Nerve dysfunction and death
Тенилсетам блокирует поперечные сшивки между амилоидными бляшками
Геральд МЮНЧ (Gerald MÜNCH)
Университета Джеймса Кука (James Cook University) Квинсленд, Австралия
Один из научных интересов группы Геральда Мюнча – болезнь Альцгеймера с акцентом на карбонильный стресс при старении и нейродегенеративных процессах.
Неферментативное гликозилирование белков, которое ускоряется при диабете ведет образованию продуктов усиленного гликилирования (AGE). Тенилсетам успешно используется для ингибирование поперечных сшивок между AGE in vitro.
Ученые группы Геральда Мюнча показали, что Тенилсетам ковалентно присоединяется к гликилированным белкам, блокируя активные сайты для дальнейшей полимеризации в AGE.
Применение Тенилсетама благоприятно сказывается на пациентах с болезнью Альцгеймера. Препарат блокирует поперечные сшивки между амилоидными бляшками и уменьшает воспалительные реакции в микроглии.
Витамина Е снижает количество гликилированного гемоглобина и уровень перекисного окисления липидов
Основными |
|
Добавление витамина Е в пищу снижает ко- |
факторами борьбы |
|
|
|
личество гликилированного гемоглобина, |
|
с гликилированием |
|
|
|
уровень перекисного окисления липидов и |
|
являются классические |
|
|
|
окисления липидов низкой плотности. |
|
антиоксиданты такие, |
|
|
|
|
|
как витамин Е или |
|
2,3-диаминофеназон, OPB-9195, |
N-ацетилцистеин. |
|
|
|
метформин и аминогуанидин. |
|
|
|
Среди молекул, которые способны противостоять AGE, выделяют такие нуклеофилы как пиридоксамин, тенилсетам,