Ген Klotho

Ген Klotho был открыт профессором Макото Куро-о еще в 1997 году. Свое название он получил в честь одной из трех древнегреческих мойр — богинь судьбы (Лахесис назначает жизненный жребий, Клото прядет нить жизни, а Атропос обрезает жизненную нить). Наблюдения за мышами, лишенными этого гена, показали, что животные-мутанты демонстрируют нормальное развитие лишь до третьей-четвертой недели жизни, после чего начинают быстро стареть: у них развивается остеопороз, эмфизема легких, появляются склеротические изменения сосудов. В общем, весь букет старческих заболеваний. Напротив, трансгенные мыши, отличающиеся чрезмерной экспрессией этого гена, жили на 20-30% дольше обычных.

Сначала профессор Куро-о решил, что ген Klotho поставляет организму некий белок (белок Klotho), который действует как гормон, тормозящий процессы старения. Затем оказалось, что этот белок блокирует внутриклеточные химические сигналы, которые передаются посредством инсулина и инсулиноподобного фактора роста. Известно, что повышенная чувствительность к инсулину ускоряет износ клеток. Опыты на мышах показали, что уровень инсулина в крови трансгенных мышей был гораздо выше, чем у грызунов из контрольной группы, а у мышей, лишенных Klotho, напротив, значительно ниже нормального уровня.

Дальнейшие исследования, результаты которых опубликованы в номере журнала Journal of Biological Chemistry за 11 ноября 2005 года, издаваемого Американским обществом биохимии и молекулярной биологии (ASBMB), выявили сам механизм, с помощью которого Klotho борется с процессами старения, сообщается в пресс-релизе ASBMB.

Как оказалось, Klotho повышает сопротивляемость клеток к оксидативному стрессу — процессу избыточного накопления внутри клеток свободных радикалов, вызывающих повреждение таких важных биологических макромолекул, как ДНК, липиды и белки, что приводит к нарушению нормального функционирования клеток и старению организма. Klotho повышает способность клеток к самостоятельной детоксификации за счет выработки суперокисиддисмутазы — важного антиоксиданта, количество которого в организме, как известно, уменьшается с возрастом. Этот фермент, который обычно находят в клеточных митохондриях, выполняет свою защитную функцию за счет гидролиза вредных супероксидов и превращения их в менее опасный пероксид водорода.

Профессор Куро-о полагает, что сделанное его группой открытие все-таки может быть полезным для создания нового класса лекарственных препаратов, замедляющих процесс старения человеческого организма.
(По материалам сайта www.elementy.ru)

Для того, чтобы понять каковы на сегодняшний день представления о гене Klotho воспользуемся обзором ученых Wang Y и Sun Z из College of Medicine University of Oklahoma Health Sciences Center (OUHSC).
Klotho- это сравнительно недавно открытый ген анти-старения.
 - Генетические мутации в этом гене приводят к преждевременному старению и значительно сокращает продолжительность жизни.
 - Гиперэкспрессия Klotho у мышей подавляет старение и увеличивает продолжительность жизни, возможно из-за влияния на инсулиновый сигнальный путь и оксидативный стресс.
 - Klotho функционирует как кофактор/корецептор FGF23-сигнального пути.
 - Klotho функционирует как глюкуронидаза и активирует ионный канал TRPV5.
 - Klotho защищает против дисфункции эндотелия и регулирует синтез оксида азота.
 - Klotho влияет на внутриклеточные сигнальные пути p53/p21, cAMP, протеинкиназы C (PKC) и Wnt.
 - Кроме того, продукт гена Klotho участвует в метаболизме витамина D.
Открытие Klotho имеет огромное значение для исследований в области старения и анти-старения.

Недавно вышла еще одна статья доктора Макото Куро-О, посвященная Klotho. Ген Klotho кодирует однопроходной трансмембранный белок, который подавляет старение, увеличивает продолжительность жизни при гиперэкспрессии, при подавлении гена старение ускоряется. Фактор роста фибробластов (FGF) 23 (FGF23)-гормон, вырабатываемый в костях, который регулирует обмен фосфатов и витамина Д. Было показано, что у мышей дефектных по гену Klotho и по гену FGF23 развивается сходный фенотип. Также показано, что Klotho является корецептором, необходимым для взаимодействия FGF23 и рецептора FGF.

Кроме того, бетаKlotho, белок из семейства Klotho, также функционирует как кофактор, необходимый для сигнальных путей FGF19 и FGF21. Он определяет ткане-специфичную метаболическую активность FGF19 и FGF21. Эти данные позволяют чуть глубже понять взаимосвязь ростовых факторов в организме и их роль в процессе старения и анти-старения.

Коллектив авторов из Department of Developmental Biology, Harvard School of Dental Medicine в составе Medici D, Razzaque MS, Deluca S, Rector TL, Hou B, Kang K, Goetz R, Mohammadi M, Kuro-O M, Olsen BR и Lanske B представил работу, посвященную роли FGF-23-Klotho-сигнального пути в пролиферации и апоптозе (статья).
FGF23 и Klotho- секреторные белки, которые участвуют в регуляции минерального обмена. У FGF23- и Klotho- дефектных мышей развиваются различные патофизиологические процессы преждевременного старения, включающие атрофию тканей. Авторами показано, что сигнальный путь FGF23-Klotho предотвращает атрофию через стимуляцию пролиферации и предотвращение апоптоза, вызываемого избытком витамина Д. Уровень активного витамина Д в плазме крови значительно увеличивается при дефектах FGF23 или Klotho. Было обнаружено, что эти молекулы обладают двойным действием в подавлении апоптотической активности витамина Д через (1) негативную регуляцию экспрессии 1альфа-гидроксилазы и (2) фосфоинозитид-3- киназа- зависимое ингибирование активности каспаз.
Эти данные дают новую информацию о физиологической роли FGF23 и Klotho.

Klotho- ген антистарения, который ингибирует инсулин и ИФР в мышиных гепатоцитах и миоцитах. ИФР1 и инсулин регулируют пролиферацию, выживание и метастазирование рака груди. В израильском Institute of Oncology Chaim Sheba Medical Center ученые под руководством доктора Ido Wolf провели работу по исследованию экспрессии Klotho и его активности в клетках рака груди (статья).
Иммуноцитохимический анализ экспрессии Klotho показал его высокую
активность в образцах нормальной ткани груди и очень низкую экспрессию в раковых клетках. В образцах опухоли высокая экспрессия Klotho ассоциированна с маленьким размером опухоли и низким связыванием KI67. Индуцированная экспрессия Klotho снижает пролиферацию раковых клеток линий MCF-7 и MDA-MB-231, кроме того, "молчание" Klotho в клетках MCF-7, которые в норме экспрессируют Klotho, усиливает пролиферацию.
Помимо этого, индуцированная экспрессия Klotho в этих клетках или
обработка клеток растворимым Klotho ингибируют активацию ИФР1/инсулинового пути, а также индуцируют транскрипционный фактор CCAAT/enhancer-binding protein beta (белок, связывающийся с энхансером, бэта), ингибитор роста рака груди, который отрицательно регулируется ИФР1. Иммунопреципитация позволила выявить связывание Klotho и рецептора ИФР1. Также Klotho является модулятором пути фактора роста фибробластов (FGF), который ингибирует пролиферацию клеток рака груди. Исследования рака груди выявили повышение активации пути FGF при гиперэкспрессии Klotho. Klotho не влияет на эпидермальный фактор роста в клетках рака груди. Эти данные позволяют считать Klotho опухолевым супрессором и ингибитором пути ИФР1 и активатором FGF в человеческих клетках рака груди.

PPAR-gamma (Peroxisome proliferator-activated receptor gamma)-транскрипционный фактор, вовлеченный в адипогенез (развитие жировой ткани), дифференцировку адипоцитов, гомеостаз глюкозы, перерождение костей и воспаление, а также развитие ожирения, диабета, атеросклероза и рака. Учеными из Division of Experimental Diabetes and Aging, Department of Geriatrics, Mount Sinai School of Medicine Zhang R и Zheng F показано, что PPAR-gamma увеличивает экспрессию Klotho (статья). Klotho экспрессируется в почках и функционирует в почечных канальцах и в крови как фактор анти-старения, а также как гормон, участвующий в минеральном обмене. Данные о том, что PPAR-gamma регулирует Klotho могут помочь раскрыть роль и механизм действия PPAR-gamma и Klotho в процессе старения и заболеваниях костей.

Японские ученые из College of Nutrition, Koshien University создали мутантных мышей, дефектных по гену Klotho, у которых развивается большое число заболеваний и укорочена продолжительность жизни (статья). Введение экзогенного гена Klotho в этих мутантных мышей приводит к восстановлению фенотипа, гиперэкспрессия этого гена в недефектных мышах значительно увеличивает продолжительность жизни. Был сделан вывод о том, что Klotho- это ген анти-старения. У мутантных мышей наблюдаются изменения в ЦНС- нейроны стареют, что было показано с помощью биохимических и морфологических методов. В аксонах увеличилось количество нейрофиламентов, белки субъединиц которых были значительно фосфорилированы, а также была обнаружена экспрессия NF-H или NF-L. Микротрубочки в дендритах клеток Пуркинье были сближены, тубулин был неизменен, но микротрубочки-ассоциированный белок (MAP)2 экспрессировался на значительно более низком уровне. Органеллы нейрона повреждены. Количество лизосом, катепсина Д и легких цепей 3 of MAP1A/B (LC3) возрастало, что сопровождалось появлением структур, похожих на аутофагосомы. Был снижен уровень продукта антиапоптотического гена Bcl-xL и повышен уровень продукта проапоптотического гена Bax, также был снижен уровень митоген-активированной протеинкиназы. Количество синаптических структур и их белков снижалось. Дегенерация нейронов была обнаружена в пирамидальных клетках гиппокампа, а также, возможно, в клетках Пуркинье. Была повышена плотность филаментов в астроцитах и экспрессия кислого фибриллярного белка.
Таким образом, изменения в центральной нервной системе
у мышей с мутацией Klotho имеют сходство с изменениями, наблюдаемыми у стареющих мышей, и приводят к преждевременной гибели. Мыши с мутацией Klotho являются более подходящей моделью процессов старения в ЦНС, чем предшествующие модели.

Klotho, о чем говорилось выше, является ингибитором ИФР1, высокий уровень которого ассоциирован с риском возникновения опухоли и ее прогрессии. Роль Klotho в раке пока неизвестна. Для того, чтобы определить экспрессию Klotho в клетках рака яичника, его ассоциацию с ИФР и прогрессией опухоли, ученые из Department of Epidemiology and Public Health, Yale Cancer Center, Yale University School of Medicine под руководством Herbert Yu провели исследование 189 пациенток с раком яичника из Университетского Госпиталя города Турина, Италия (статья). Все пациентки имели диагноз эпителиальный рак яичника и подверглись хирургическому вмешательству. В ходе операции был проведен забор ткани яичника на исследование. Также была собрана клиническая информация о пациентках, в том числе возраст на момент операции, стадия заболевания, степень заболевания, результаты гистологического исследования опухоли, остаточный размер опухоли, результаты паллиативной резекции опухоли, химиотерапия после операции, ответ на терапию, последующие данные и выживаемость. Экспрессия общего и секретируемого Klotho и ИФР в опухолевой ткани анализировалась в помощью количественной ПЦР в реальном времени. Анализ выживания и ассоциацию экспрессии Klotho с риком прогресса заболевания и смертью исследовали с помощью статистических методов независимо от клинических данных. Экспрессия секретируемого Klotho положительно коррелировала с экспрессией ИФР1 и IGFBP-3,но не с ИФР2.
Выводы: экспрессия Klotho ассоциированна с развитием эпителиального рака яичника и может быть независимым фактором его прогноза. Роль Klotho в развитии рака пока неясна.

Klotho еще сравнительно "молодой" в плане изученности ген. Ясно одно- этот ген является геном анти-старения. Сейчас ведется множество исследований этого гена:
 - связь этого гена с другими (в том числе изученными FGF и ИФР1)
 - роль в старении и анти-старении, механизм действия
 - роль в возникновении заболеваний, в том числе онкологических
 - механизмы его регуляции
 - возможность применения методов воздействия в терапии заболеваний и борьбе со старением

22 декабря 2008 года