Потенциальные мишени для генотерапии старения (2)

В этом перечне предоставлена выборочная информация о генах, воздействие на которые может повлиять на процессы старения. Более полную информацию можно получить в online базе данных GenAge, включающей тысячи генов различных видов.

(Вступление и начало списка генов-мишеней см. в первой части статьи).

Печеночные факторы транскрипции: целый спектр факторов транскрипции ассоциирован с развитием и регенерацией печени. Исследователи продемонстрировали, что активация некоторых из них может снижать выраженность фиброза печени путем смещения приоритета делящихся клеток с формирования рубцовой ткани на формирование полезных клеток печени.

Фактор роста гепатоцитов (HGF): в настоящее время находится на этапе разработки компенсаторной терапии для стимуляции ремоделирования и роста новых кровеносных сосудов при ишемической болезни.

INDY: ген INDY, название которого расшифровывается как «я еще не умер» (от англ. «I'm Not Dead Yet»), был одним из первых генов долголетия, идентифицированных у мух-дрозофил. Снижение уровня белка INDY увеличивает продолжительность жизни, что, согласно существующим данным, обусловлено повышением функциональности стволовых клеток кишечника.

Интерлейкин-21 (IL-21): ученые продемонстрировали, что повышение концентрации интерлейкина-21 улучшает состояние иммунной системы за счет ускорения процесса формирования новых иммунных клеток. Возрастное угасание иммунной функции является важным компонентом старческой дряхлости и даже частичная компенсация этого угасания может оказаться очень полезной.

KLF4: избирательное снижение концентрации белка klf4 в гладкомышечных клетках сосудов вызывает положительные изменения в поведении этих клеток. Это проявляется подавлением их чрезмерной реакции на попадание в кровоток поврежденных молекул липидов, что замедляет прогрессию повреждений и реакцию на эти повреждения, ведущие к развитию атеросклероза.

Klotho: согласно имеющимся данным, гиперэкспрессия Klotho увеличивает продолжительность жизни мышей, возможно посредством тех же механизмов, что и низкокалорийная диета. Как и для многих других методов генной инженерии, замедляющих старение лабораторных моделей, для данного механизма характерна сложная биохимия, слабо выраженная эффективность и еще очень много предстоит понять, чтобы разобраться, как он работает в действительности.

Ламины: существует три изоформы ламина: А, В и С. Причиной развития прогерии – редкого заболевания, характеризующегося ускоренным старением, – является мутация ламина А. Намного более низкие концентрации аномального ламина А регистрируются в стареющих тканях, хотя неясно, способствует ли это каким-либо значимым образом прогрессии старения. Интересен тот факт, что для генетически модифицированных мышей, в организме которых синтезируется только ламин С, характерно умеренное увеличение продолжительности жизни. Данный механизм также до конца неясен.

LAMP2A: вариант А мембранного белка-2, ассоциированного с лизосомами, представляет собой рецептор, вовлеченный в процессы аутофагии, необходимые для поддержания эффективной жизнедеятельности клетки, однако его уровни снижаются с возрастом и, по крайней мере, у некоторых видов это является одним из факторов, отвечающих за возрастное угасание аутофагии. Уже около 10 лет назад исследователи продемонстрировали возможность восстановления функций печени старых мышей до уровней, характерных для более молодого организма, путем добавления дополнительной копии гена, что повышало концентрацию данного белка. Повышение эффективности аутофагии проявляется как компонент многих вмешательств, замедляющих старение животных, однако данный пример является одним из немногих, продемонстрировавших определенное омоложение функций органов старых особей.

Фактор, ингибирующий лейкемию (LIF): изменение концентрации фактора, ингибирующего лейкемию, использовалось для стимуляции активности клеток нервной системы с целью повышения эффективности восстановления повреждений миелиновой оболочки нервных волокон. Так как мы все частично утрачиваем эту оболочку с возрастом, данный механизм представляет интерес общего плана и применим не только при состояниях, характеризующихся утратой большой части миелина, таких как рассеянный склероз.

Lin28a: повышение экспрессии Lin28a увеличивает регенерационную способность мышей. Это еще один ген, используемый в репрограммировании обычных клеток в стволовые. Как и для остальных потенциальных вариантов усиления биохимического обмена человека, в данном случае необходимо учитывать риск развития рака, что делает этот метод более подходящим для разработки временной терапии, а не необратимого изменения.

LOS1: LOS1 может быть вовлечен в различные фундаментальные клеточные процессы, начиная от синтеза белков и заканчивая восстановлением ДНК. Однако влияние нокаутирования LOS1 на долголетие изучались только на дрожжах, поэтому доказательство его пригодности в качестве мишени генотерапии требует еще очень много работы.

miR-195: микроРНК miR-195 взаимодействует с теломеразой и ее ингибирование оказывает такой же положительный эффект на активность стволовых клеток, как и повышение уровня теломеразы. Повышенная активность стволовых клеток означает более активную регенерацию, однако, возможно, и повышенный риск развития рака на поздних этапах жизни. Так как активность стволовых клеток угасает с возрастом, очень большое количество исследовательских групп занимаются разработкой потенциальных методов восстановления, как вариант даже временного, этой активности до уровней молодого организма.

Митохондриальный комплекс 1: ученые продемонстрировали, что частичное нарушение функционирования митохондриального комплекса 1 умеренно увеличивает продолжительность жизни целого ряда видов. Согласно доминирующей теории, это обусловлено эффектом гормезиса, при котором усиление формирования активных форм кислорода заставляет клетки более активно реагировать путем активизации процессов устранения повреждений и поддержания функциональности. Важным моментом является степень нарушения, так как слишком незначительное или слишком сильное нарушения могут либо не оказывать никакого эффекта, либо быть губительными для клетки. Аналогичных эффектов можно достичь путем изменения аппарата синтеза белка этого комплекса или других комплексов цепи переноса электронов. Совершенно очевидно, что митохондриям принадлежит важная роль в старении, однако воздействие на их работу таким образом выглядит малопродуктивным по сравнению с предлагаемым концепцией SENS подходом, подразумевающим устранение влияния повреждений митохондриальной ДНК путем аллотопической экспрессии митохондриальных генов в ядерной ДНК.

Механистическая мишень рапамицина, или мишень рапамицина млекопитающих (mTOR): исследователи продемонстрировали, что манипуляции над геном mTOR и уровнями его белкового продукта умеренно увеличивают продолжительность жизни некоторых видов. Существует также несколько синергичных генетических изменений, вовлекающих mTOR и другие гены, выявленные у низших животных, которые обеспечивают значительно более выраженные эффекты. Белок mTOR вовлечен во многие фундаментальные клеточные процессы, также как и многие ассоциированные с долголетием гены лабораторных животных, и может вызывать действительно всеобъемлющие изменения в клеточном метаболизме. Однако точная расшифровка происходящего внутри клетки еще далека до окончания как для этого, так и для многих схожих генов долголетия.

Миостатин: снижение уровня миостатина усиливает рост мышечной ткани, что может быть полезной компенсацией возрастного уменьшения мышечной массы и силы. Благодаря существованию ряда естественных линий животных с данной мутацией на сегодняшний день нокаутирование миостатина является наиболее хорошо изученным и протестированным из всех потенциальных генотерапевтических подходов. Например, были проведены клинические исследования блокады миостатина с помощью антител, помимо этого известно даже о нескольких имеющих развитую мускулатуру людях с мутациями, нарушающими функционирование миостатина.

НАД-зависимая метилентетрагидрофолатдегидролаза-метенилтетрагидрофолатциклогидролаза (NMDMC): повышенные уровни NMDMC умеренно замедляют старение мух-дрозофил, наиболее вероятно посредством улучшения митохондриальной функции.

Ядерный фактор «каппа-би» (NF-κB): ингибирование этого гена умеренно увеличивает продолжительность жизни у ряда видов низших животных, однако учитывая его вовлеченность в иммунитет, воспаление, апоптоз и другие фундаментальные процессы, при попытках объяснить базовые механизмы этого эффекта у исследователей буквально разбегаются глаза. Детальное изучение всех подобных глобально измененных состояний метаболизма, сопровождающихся замедлением старения, требует очень много времени и сил, поэтому их изучение до сих пор далеко до завершения.

NRF2 / SKN-1: повышенные уровни NRF2 у мышей или его гомолога SKN-1 у нематод приводят к замедлению старения и умеренно увеличивают продолжительность жизни (обычно уровень NRF2 снижается по мере старения). Этого можно добиться с помощью манипуляций над уровнем других взаимодействующих белков, таких как глутатионтрансфераза (gGsta4). Считается, что в данном случае в механизм действия вовлечена устойчивость к окислительным повреждениям и усиленный контроль качества поврежденных белковых молекул. Интересен тот факт, что для долгоживущих голых землекопов характерны высокие уровни NRF2.

Oct4: этот ген является одним из генов-мишеней при репрограммировании клеток в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Недавно было установлено, что Oct4 может стабилизировать атеросклеротические бляшки, снижая риск смерти от этого заболевания. Однако такое вмешательство выглядит слишком запоздалым. Гораздо лучше удалять бляшки или предотвращать их формирование, чем тратить большие усилия на снижение их опасности для жизни.

P16: наверное, P16 лучше всего известен как индикатор физиологического старения клетки – механизмов, приводящих к утрате способности к делению или саморазрушению поврежденных клеток или клеток, достигших предела Хейфлика. Самый лучший подход к вступившим в фазу физиологического старения клеткам – это их уничтожение, однако существуют свидетельства в пользу того, что в некоторых случаях прицельное снижение уровня P16 может приносить чистую выгоду, например при его использовании для повышения активности стволовых клеток в пожилом возрасте.

P21: как мыши линии MRL, так и мыши с нокаутированным P21 способны к регенерации небольших повреждений без формирования рубцов, что недоступно большинству млекопитающих. Судя по всему, сниженные уровни белка p21 являются общим фактором для двух упомянутых линий генетически модифицированных мышей. P21 очень близок гену-супрессору опухолевого роста Р53. Супрессия опухолевого роста и усиленная регенерация часто оказываются разными сторонами одной медали. Это делает данный ген сложной мишенью для генотерапии, однако работающие с Р53 исследователи нашли методы, позволяющие обойти вопрос увеличения риска развития рака.

P53: белку р53 принадлежит роль супрессора опухолевого роста, однако общее повышение уровня р53, помимо снижения вероятности развития рака, будет ускорять процесс старения путем подавления поддержания жизнеспособности ткани за счет формирования новых клеток. Однако существует ряд подходов, при которых уровни р53 можно увеличивать только при необходимости. Один из них подразумевает снижение уровня mdm2, являющегося ингибитором р53. Еще один подход использует дополнительную копию гена р53, встраиваемую без вмешательства в существующий регуляторный процесс, управляющий уровнями р53. Во втором случае продолжительность жизни генетически модифицированных мышей умеренно увеличивается за счет снижения частоты развития рака.

Parkin: увеличение уровня белка parkin является одним из методов, позволяющих индуцировать повышение эффективности поддержания функционирования клетки посредством аутофагии, что приводит к улучшению состояния здоровья и умеренному увеличению продолжительности жизни. В литературе существует множество данных, подтверждающих беспрекословную положительную роль аутофагии в вопросах, касающихся здоровья и старения. Множество методов увеличения продолжительности жизни лабораторных животных ассоциированы с усилением аутофагии и в некоторых случаях, таких как низкокалорийная диета, было показано, что аутофагия является необходимым фактором для увеличения продолжительности жизни.

PCSK9: ведущие к утрате функциональности мутации PCSK9 снижают риск развития заболеваний сердечно-сосудистой системы. Наиболее вероятно, что это обусловлено снижением концентрации холестерина в крови. Подтверждающие данный принцип исследования проводились на мышах.

PER2: делеция у мышей гена PER2, ассоциированного с циркадианным ритмом, повышает эффективность восстановления повреждений ДНК в популяциях стволовых клеток, имеющих отношение к иммунной системе. Это приводит к улучшению состояния популяции иммунных клеток, повышению эффективности иммунной функции в преклонном возрасте и умеренному увеличению продолжительности жизни. Тревожным моментом в данном случае является то, что мутации PER2 существуют в популяции человека и ассоциированы с нарушениями сна.

PGC-1: повышенные уровни PGC-1 в ткани кишечника увеличивают продолжительность жизни мух-дрозофил, возможно благодаря улучшению функционирования митохондрий и стволовых клеток. Функционирование кишечника особенно важно как детерминанта старения и смертности мух, поэтому этот орган является мишенью многих экспериментальных вмешательств. У мышей введение в геном определенного варианта PGC-1 обеспечивает усиленный рост мышечной ткани, наиболее вероятно за счет его взаимодействия с миостатином.

PHD1: белок PHD1 выступает в роли сенсора кислорода. Не имеющие этого белка мыши защищены от ишемических повреждений при инсульте, для них характерна гибель меньшего количества клеток и более полное последующее восстановление.

PEPCK: повышенные уровни PEPCK, достигаемые с помощью генетической манипуляции, приводят к появлению очень энергичных мышей, которые едят больше и живут умеренно дольше своих немодифицированных сородичей.

PIM1: мыши с гиперэкспрессией PIM1 в ткани сердца живут дольше за счет улучшения способности ткани сердца к восстановлению и самоподдержанию.

Ингибитор активатора плазминогена-1 (PAI-1): снижение уровней ингибитора активатора плазминогена-1 умеренно замедляет старение, возможно за счет устранения одного аспекта губительного действия клеток, вступивших в фазу физиологического старения. Однако непосредственное уничтожение таких клеток наверно является лучшим вариантом, чем попытки безопасно вмешаться в биохимию организма человека для того, чтобы сделать их присутствие менее губительным.

Ассоциированный с беременностью протеин-А плазмы (PAPP-A): нокаутирование гена этого белка изменяет метаболизм инсулина и обеспечивает улучшение состояния здоровья и увеличение продолжительности жизни мышей, аналогичное достигаемому с помощью других методов с похожим действием.

Гомолог фосфатазы и тензина (PTEN): добавление в геном мышей дополнительной копии гена-супрессора опухолевого роста PTEN не только снижает частоту развития рака, но и увеличивает продолжительность жизни. Это нехарактерно для супрессоров опухолевого роста, так как большинство из них уменьшают продолжительность жизни посредством подавления регенерации и поддержания жизнедеятельности ткани.

RbAp48: уровни RbAp48 в гиппокампе снижаются с возрастом. Исследователи продемонстрировали, что прицельное восстановление характерных для молодого возраста уровней этого белка у старых мышей восстанавливает большую часть проявлений возрастного ухудшения памяти.

Рецептор ретикулона-4 (RTN4R): сниженные уровни рецептора ретикулона-4 могут повышать пластичность головного мозга взрослых мышей, улучшая восстановление повреждений головного мозга и повышая способность к обучению новым навыкам. Судя по всему, это является компонентом механизма, с помощью которого пластичность головного мозга подавляется после выхода из детского возраста.

Rpd3: снижение уровня Rpd3 обеспечивает улучшение сердечной функции и умеренно увеличивает продолжительность жизни мух-дрозофил, однако в механизмах действия еще предстоит разобраться более детально.

SERCA2a / SUMO-1: повышенные уровни любого из этих взаимосвязанных белков (SUMO-1 регулирует активность SERCA2a) могут обеспечивать более эффективное ремоделирование кровеносных сосудов сердечной ткани, чем происходит в обычных условиях. Поэтому такой подход потенциально является компенсаторной терапией, способной замедлить прогрессию многих заболеваний сердечно-сосудистой и циркуляторной систем.

Сиртуины: гены сиртуинов громко обсуждались как мишень миметиков низкокалорийной диеты, однако на практике все оказалось не так просто. Полученные в экспериментах на мышах результаты не были ни значимыми, ни достоверными, ни легковоспроизводимыми. Свидетельства в пользу того, что изменения уровней сиртуинов обеспечивают убедительные положительные результаты, весьма противоречивы, тогда как некоторые исследования демонстрируют маргинальные или полоспецифичные эффекты.

Теломераза: было показано, что повышенные уровни теломеразы увеличивают продолжительность жизни мышей, а также снижают вероятность развития рака у представителей данного вида. Над полным пониманием лежащих в основе этого механизмов еще предстоит поработать, однако наиболее правдоподобной причиной является повышение активности стволовых клеток, тогда как влияние на риск развития рака может объясняться более высокой активностью иммунной системы, хотя на сегодняшний день это является лишь гипотетической теорией. Достаточно большое количество научных данных свидетельствуют о потенциальной полезности такой терапии, однако динамика теломер мышей значительно отличается от человеческой, что является серьезным предостережением. Разумно было бы провести эксперименты на собаках, свиньях и других млекопитающих, динамика теломер которых более близка человеческой. Однако компания BioViva уже продвигается вперед с генотерапевтическим подходом, мишенью которого является теломераза. Помимо этого в исследовательской среде существуют группировки, целью работы которых является проведение клинических исследований более консервативных методов повышения активности теломеразы.

Трансформирующий фактор роста-бета-1 (TGF-β1): экспрессия трансформирующего фактора роста-бета-1 повышается с возрастом, при этом он вовлечен в утрату функциональности стволовых клеток. Вмешательство в этот механизм через любой из вовлеченных в него белков с целью снижения уровня этого фактора может быть жизнеспособным методом повышения активности стволовых клеток в преклонном возрасте.

Фактор транскрипции EB (TFEB): повышенная активация фактора транскрипции ЕВ увеличивает активность аутофагии, таким образом повышая эффективность поддержания оптимального состояния клеток. Судя по всему, усиленная аутофагия практически во всех ситуациях является хорошей новостью, помимо этого она задействована во многих методах умеренного увеличения продолжительности жизни лабораторных животных.

Тропонин С: исследователи продемонстрировали, что встраивание модифицированной версии кальциевого рецептора тропонина С в клетки сердца млекопитающих может улучшать функционирование сердца и работу сердечно-сосудистой системы.

TRPV1: нокаутирование гена болевого рецептора TRPV1 является одним из ряда методов замедления старения и увеличения продолжительности жизни мышей, которые работают посредством воздействия на опосредуемый инсулином сигнальный механизм. Еще один потенциальный механизм заключается в том, что нокаутирование этого гена блокирует взаимодействие между болевыми рецепторами и хроническим воспалением, которое, согласно современным представлениям, оказывает губительное действие на стареющие ткани и органы. Также как и для многих других вмешательств, замедляющих старение мышей, в данном случае для того, чтобы разобраться в механизмах действия еще придется проделать немало работы. Более того, неясна целесообразность практического применения данного вмешательства, так как боль является полезным механизмом, а необратимое подавление болевых ощущений на уровне рецепторов, скорее всего, неразумно.

Разобщающие белки (UCP): разобщающие белки манипулируют митохондриальной функцией для регуляции температуры тела. Как и для многих других белков, оказывающих влияние на митохондриальную функцию, изменение концентрации или генетические вариации могут обеспечивать улучшение состояния здоровья и увеличение продолжительности жизни. Хотя для разобщающих белков большое значение имеет компромисс, так как слишком активное разобщение быстро переходит от губительного к фатальному.

Урокиназа (uPA): мыши линии αMUPA имеют дополнительный ген урокиназы, что обеспечивает им более длинную жизнь. Ген uPA является родственным гену PAI-1, который позиционируется как увеличивающий продолжительность жизни мышей через поведенческие изменения: снижение количества употребляемой пищи, запускающее реакцию на низкокалорийную диету. Очень интересно, будет ли подобное вмешательство полезным для человека, другими словами, отреагирует ли человек таким же образом на изменение аппетита.

Фактор роста сосудистого эндотелия (VEGF), Gata4, Mef 2c и Tbx5: значительное количество исследований и разработок посвящено попыткам применения фактора роста сосудистого эндотелия для ускорения регенерации повреждений сердечно-сосудистой системы, в особенности сердца, в случае млекопитающих обладающего весьма ограниченной способностью к регенерации. В одном из наиболее успешных экспериментов на грызунах исследователи использовали смесь из VEGF, Gata4, Mef 2c и Tbx5 для стимуляции превращения рубцовой ткани сердца в нормальный миокард.

Ссылки на источники см. в оригинале статьи.

Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru

04.07.2016