Ученые Института биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН в Сыктывкаре ведут экспериментальные генетические исследования старения и долголетия. Рассматривая на модельных животных организмах механизмы продолжительности жизни в совокупности с рядом факторов, специалисты изучают причины, влияющие на скорость старения. Анализ результатов позволит выделить наиболее перспективные направления для будущих разработок по замедлению процессов старения человека
Развитие инноваций и высоких технологий изменили условия жизнедеятельности современных людей, а тем самым отодвинули границы проявлений биологического старения, способствуя сохранению сил и ресурсов, продлению полноценного функционирования физиологических систем и даже предоставлению возможности воспроизводить потомство в зрелом возрасте. Тем не менее, необратимый процесс старости и появление возраст-зависимых заболеваний заставляет ученых обращать внимание на комплекс разных причин, вызывающих изменение биологической составляющей организма человека. Изучение регенеративных процессов, экспрессии генов, методов фармакологической коррекции позволят понять причину и, вероятно, затормозить патологическое преобразование тканей, а значит увеличат число долгожителей.
Сотрудники Института биологии ФИЦ Коми НЦ УрО РАН выясняют, какие факторы влияют на продолжительность жизни, возрастные изменения иммунитета, активную деятельность, противовирусную и антибактериальную реакцию организма.
Алексей Москалев – профессор, доктор биологических наук, член-корреспондент РАН, заведующий лабораторией геропротекторных и радиопротекторных технологий Института биологии ФИЦ и главный научный сотрудник Научно-клинического геронтологического научного центра в Москве – рассказал о разных аспектах проводимых исследований и выявленных достижениях по вопросу продолжительности жизни.
«Генетику долголетия можно исследовать у людей-долгожителей (людей в возрасте более 90–100 лет). Это самый трудный путь. Второй генетический подход к старению – это модельные исследования с лабораторными животными, у которых с помощью генной инженерии активированы или выключены интересующие нас гены, что привело к существенному продлению жизни у таких линий животных в сравнении с родительскими линиями. Третий источник данных о долголетии – это долгоживущие млекопитающие как наиболее эволюционно близкие к человеку животные. Это эксперимент, который поставила сама природа. Интересно «подсмотреть» механизмы долголетия у таких видов и попытаться их применить у человека. Каким образом? Что касается долголетия, гены, влияющие на него, могут быть интересны как мишени для вмешательств. В общем-то любое лекарство – это активатор или ингибитор каких-либо белков или кодирующих их генов. Зная, какие гены нужно активировать/подавлять для долголетия, можно создать новые лекарства против возраст-зависимых заболеваний или для замедления самого старения у человека».
В 2019 году вместе с сотрудниками из Института молекулярной биологии имени Энгельгардта (г. Москва) и зарубежными коллегами из Румынии (Румынская академия, г. Бухарест,) и Израиля (Университет имени Бен-Гуриона в Негеве, г. Беэр-Шева) было проведено сравнение геномов и транскриптомов долгоживущих (китов) и короткоживущих видов млекопитающих. Учеными был разработан оригинальный метод для анализа экспрессии генов, основанный на ранжировании, который помог объяснить феномен долголетия китов, организмы которых наиболее адаптированы к стрессу и раку.
«Насколько я знаю, это первая работа, в которой сравнивали уровни активности гомологичных генов разных видов млекопитающих. Самое сложное оказалось создать алгоритмы «нормирования» уровней активности генов (транскриптомов), без которого сравнение особей разных видов из разных исследований не представляется возможным. В результате удалось увидеть характерные для долгоживущих и короткоживущих видов млекопитающих «рисунки» активности групп генов, выполняющих разные функции. Наиболее значимо отличались гены китов, связанные с восстановлением ДНК, гены убиквитинирования, иммунитета и апоптоза. Дело в том, что в соматических клетках всего две копии каждой из хромосом (нитей ДНК). Поэтому поломка любой копии чревата серьезными последствиями для жизнеспособности клетки или создает риск ее опухолевой трансформации. Организм не станет долгожителем, если не способен быстро и эффективно чинить ДНК. Белки – основные структурные элементы клетки и молекулярные машины практически для всех процессов метаболизма. Если белки повреждаются (гликируются, окисляются), то они «сбиваются в кучу» (агрегируют) и мешают жизнедеятельности клетки. В клетке предусмотрены механизмы «растаскивания» и утилизации поврежденных и просто лишних белков, за которые отвечает убиквитинирование.
У китов уровни активности генов убиквитинирования были выше, чем у других сравниваемых млекопитающих. Если клетка «постарела», она начинает сообщать о своем неблагополучии другим клеткам в виде сигналов хронического воспаления, пытаясь тем самым вызвать на себя «огонь» иммунной системы, которая должна такие клетки удалять. Однако иммунный ответ снижается с возрастом, поэтому старые клетки накапливаются. Обычно поврежденные клетки уходят в апоптоз (альтруистический суицид), но сенесцентные клетки устойчивы к апоптозу. У китов же активность генов апоптоза выше. Активнее у них и гены иммунной системы. Коронавирус еще раз показал, что без крепкой иммунной системы вероятность прожить долго не велика», – информировал ученый.
На текущий период главные предварительные итоги по исследованию старения и продолжительности жизни, по словам Алексея Москалева, следующие: «Наибольших успехов в продлении жизни в исследованиях на лабораторных животных нам удалось достичь при помощи генетических вмешательств – за счет включения или выключения определенных генов. Например, активация дополнительной копии гена ответа на повреждение ДНК (GADD45) в нервной ткани позволила продлить дрозофилам жизнь на 70%. Фармакологические воздействия пока что оказывают довольно слабый эффект. Наши с коллегами сравнительные исследования геномов и транскриптомов долгоживущих млекопитающих – ночницы Брандта, китов, позволили нащупать новые мишени для продления жизни, связанные с восстановлением ДНК».
«Мы также планируем продолжать поиски геропротекторных свойств веществ и растительных экстрактов. Тем не менее, все больше фактов говорит о том, что ключевые причины старения таятся вне клеток – в жесткости внеклеточного матрикса, чему мы и планируем посвятить несколько дальнейших экспериментальных работ. Кроме того, несколько наших исследований совместно с коллегами позволили создать модели биологического возраста человека – Artery Index и Aging.AI. Запущено два клинических исследования с использованием биологического возраста при воздействии биологически активных препаратов и плазмефереза», – нацелен Алексей Москалев.
Специалисты Института ведут исследования разных аспектов продолжительности жизни. Например, исследовали вещества из группы терпенов (например, каротиноиды) и полифенолов (антоцианы), которые в большом количестве содержатся в различных ягодах. Хотя экстракты ягод аронии и морошки несколько увеличили продолжительность жизни модельных животных при добавлении в корм, выраженного геропротекторного действия они не оказали.
Зато учёные раскрыли, что фукоксантин, пигмент из бурых водорослей, является потенциальным средством для лечения возрастных заболеваний и продления жизни. Известно, что фукоксантин повышает активность фактора транскрипции NRF-2, который, в свою очередь, регулирует активность генов антиоксидантных белков, защищающих от окислительного стресса, возникшего из-за инфекции и воспаления.
Исследователи продемонстрировали, что фукоксантин продлевает жизнь двум видам беспозвоночных, использующимся как модельные организмы — Drosophila melanogaster (плодовая мушка) и Caenorhabditis elegans (круглый червь). Кроме того, он повышал стрессоустойчивость организмов, то есть выживаемость при неблагоприятных условиях среды.
Таким образом, исследованиями феномена старения на организменном, тканевом, клеточном, молекулярно-генетическом уровнях, продолжается активный научный поиск возможных подходов для замедления старения и достижения здорового долголетия.
По материалам СМИ