Сложности поиска пилюли бессмертия (2)
Беспозвоночные как модельные системы для скрининга способствующих долголетию малых молекул
(Продолжение. Начало статьи см. здесь.)
В силу различных факторов, в особенности легкости генетических манипуляций и схожести физиологии с физиологией человека, мыши стали наиболее востребованным млекопитающим модельным организмом в биологии старения. Однако в силу высоких затрат на содержание и относительно большой продолжительности жизни мышей проведение крупномасштабного объективного скрининга с использованием данного организма невыполнимо. На основании понимания того, что многие ассоциированные со старением сигнальные пути сохранились в ходе эволюции даже у сильно отличающихся видов, для такого скрининга начали использовать короткоживущие беспозвоночные модели. Нематоды Caenorhabditis elegans, отличающиеся короткой продолжительностью жизни, составляющей около 3 недель, легкостью выращивания и проведения генетических манипуляций, а также хорошо описанными биологическими параметрами, представляют собой весьма привлекательную модель для химического скрининга, проводимого с целью идентификации соединений, модулирующих продолжительность жизни и возрастные фенотипы. На сегодняшний день наиболее обширный скрининг увеличивающих продолжительность жизни малых молекул провели Petrascheck et al., проанализировавшие влияние 88 000 соединений на долголетие нематод. Они идентифицировали 115 молекул, значительно увеличивающих продолжительность жизни этих организмов. Интересен тот факт, что структура одного из этих соединений напоминает структуру антидепрессанта, оказывающего влияние на сигнальный механизм, опосредуемый нейротрансмиттером серотонином. Впоследствии они установили, сто антагонист серотонинового рецептора миансерин, также применяемый в качестве антидепрессанта, при применении в определенной концентрации увеличивает продолжительность жизни нематод, предположительно через механизмы, ассоциированные с низкокалорийной диетой. При изучении 19 соединений, заведомо оказывающих влияние на физиологию человека, Evason et al. установили, что противосудорожные препараты этосуксимид, триметадион и 3,3-диетил-2-пирролидинон в определенных дозировках откладывали проявления возрастных изменений и увеличивали продолжительность жизни C.elegans.
В поисках миметиков низкокалорийной диеты помощью биоинформационного подхода Calvert et al. проанализировали препараты, индуцирующие изменения генной экспрессии, аналогичные изменениям экспрессии, ассоциированным с низкокалорийной диетой, и идентифицировали 11 малых молекул, обладающих искомым свойством. Интересен тот факт, что из пяти протестированных препаратов четыре – рапамицин (в дозе 10 мкм), аллантоин (250 мкм), трихостатин А (100 мкм) и LY-294002 (100 мкм) – обеспечивали увеличение продолжительности жизни и увеличение продолжительности здоровой жизни у нематод C.elegans дикого типа. Однако они не оказывали никакого влияния на долголетие мутантов eat-2, являющихся генетической моделью низкокалорийной диеты. Это свидетельствует о том, что увеличивающее продолжительность жизни действие этих препаратов действительно опосредовано механизмами, имеющими отношение к низкокалорийной диете.
Alavez et al. обнародовали данные, согласно которым связывающие амилоид соединения поддерживают белковый гомеостаз и увеличивают продолжительность жизни C.elegans. Воздействие связывающего амилоид красителя тиофлавина Т (ThT) в дозе 50 или 100 мкм на взрослых нематод дикого типа увеличивало среднюю продолжительность жизни на 60% и максимальную продолжительность жизни на 43-78%. Терапия ThT снижала агрегацию бета-амилоида и сохраняло целостность мышечной ткани у C.elegans с моделированной болезнью Альцгеймера, что приводило к уменьшению доли парализованных червей. Опосредованная ThT супрессия агрегации белков и увеличение продолжительности жизни зависели от молекулярных шаперонов, аутофагии, протеосомной функции, регулятора протеостаза белка теплового шока-1 (HSF-1) и фактору транскрипции SKN-124. Структурно схожие с ThT соединения также увеличивают продолжительность жизни нематод на 40%, однако в значительно более низких концентрациях, чем ThT. Более того, воздействие других связывающих белковые агрегаты соединений, таких как куркумин (100 мкм) и рифампицин (10-100 мкм) увеличивало продолжительность жизни нематод на 45%. Эти результаты подчеркивают важность протеостаза в продолжительности жизни и продолжительности здоровой жизни нематод и обеспечивают дальнейший стимул в разработке вмешательств, поддерживающих протеостаз для подавления процесса старения и развития возрастных болезней.
Плодовые мушки дрозофилы Drosophila melanogaster представляют собой еще одну простую модель, подходящую для скрининга потенциальных антивозрастных соединений. Исследователи имеют в распоряжении большое разнообразие генетических линий дрозофил с разной продолжительностью жизни, пригодных для валидации эффективности соединения в отношении разных генетических профилей. Так же как и нематоды C.elegans, дрозофилы имеют короткую продолжительность жизни, и существует большое количество генетических инструментов, позволяющих проводить исследования механизмов действия перспективных соединений. Первое исследование, продемонстрировавшее возможность увеличения продолжительности жизни с помощью химического соединения, было проведено Kang et al., которые показали, что добавление в корм мушек 4-фенилбутирата – препарата, оказывающего множество эффектов, в том числе ингибирующего гистоновую деацетилазу, – в дозе 5-10 мМ значительно увеличивало как медиану, так и максимальную продолжительность жизни, не оказывая отрицательного влияния на подвижность, устойчивость к стрессу и репродуктивную функцию. В более позднем исследовании был описан скрининг ингибиторов протеинкиназы на предмет увеличения продолжительности жизни дрозофил. 17 из 80 протестированных ингибиторов значительно увеличивали продолжительность жизни, не оказывая влияния на количество потребляемой пищи, что свидетельствует о непричастности низкокалорийной диеты. В этом отношении результаты исследования, недавно проведенного Slack et al., свидетельствуют о том, что ослабление активности опосредуемого RAS-Erk-ETS сигнального механизма приводит к снижению активности сигнального пути, опосредуемого инсулином/инсулиноподобным фактором роста, и обеспечивает увеличение продолжительности жизни дрозофил. Траметиниб (1,56-15,6 мкМ), являющийся высокоспецифичным ингибитором MEK, ослабляющим сигналы ниже RAS, может увеличивать продолжительность жизни самок дрозофил на 12% (p=1.92 × 10-10), а в более высоких дозах (156 мкМ) улучшает выживаемость на более поздних этапах жизни. Траметиниб эффективно увеличивает продолжительность жизни даже при добавлении в корм особей среднего возраста. Эти и похожие данные для других препаратов – увеличение продолжительности жизни мышей с помощью терапии рапамицином, начатой в среднем возрасте, см. ниже – указывают на то, что антивозрастные препараты могут быть эффективными для человека даже при применении в зрелом возрасте, что позволяет избежать их потенциального побочного действия на процесс развития.
Продолжение: Ингибитор белка-мишени рапамицина млекопитающих (mTOR)