0
7734

Контроль активности факторов FOXO для продления жизни

Проект ведется по заданию фонда "Наука за продление жизни".

на сайте с 14 октября 2009

Синтия Кеньон доказала влияние активности DAF-16 (FOXO) на долголетие

 

Синтия Кеньон, Ph.D
Место работы: Калифорнийский университет, отделение биофизики и биохимии
Отрасль: биохимия, биофизика

 
Синтия Кеньон - профессор Американского Общества Рака и Директор Центра Hillblom Биологии Старения в Университете Калифорнии, Сан-Франциско. Доктор Кеньон широко известна ее руководством исследованиями  червя Caenorhabditis elegans,  которое показало, что изменения в  отдельном гене могут удвоить продолжительность жизни червя. Ее работа положила начало интенсивному изучению молекулярной биологии старения и привела к открытию, что  гормональная система передачи сигналов контролирует старение также и  в других организмах, включая млекопитающих.

 К эндокринным сигналам, которые обеспечивают клеточно неавтономный контроль продолжительности жизни скорее, чем клеточно-автономные механизмы старения, относится путь инсулин/IGF1. Снижение передачи сигналов через путь инсулин/IGF1 может увеличивать продолжительность жизни червей до 250% , а у мух до 85%. Путь передачи сигналов инсулин/IGF1 высоко консервативен у червей, мух и млекопитающих.

Одним из промежуточных звеньев сигнального каскада инсулин/IGF1 является активация каталитических белков, серин/треонин киназы AKT/протеинкиназы B (PKB) и сыворотка/глюкокортикоид-зависимой киназы (SGK).С точки зрения старения наиболее важными субстратами для AKT/PKB и SGK , по-видимому, является класс O из семейства транскрипционных факторов forkhead (FoxOs). AKT/PKB- и SGK-обусловленное фосфорилирование FoxOs  (DAF-16 у червей и FOXO у мух) приводит к секвестрации FoxO в цитоплазме.

Мутации, которые снижают передачу сигналов посредством сигнального пути инсулин/IGF1 , редуцируют фосфорилирование FoxOs, приводя к его транслокации в ядро. В ядре, FoxOs модулирует экспрессию генов, которые увеличивают продолжительность жизни. Увеличение продолжительности жизни за счет передачи сигналов по пути инсулин/IGF1 нуждается в daf-16 у червей. Аналогично, избыточная экспрессия FOXO достаточна для увеличения продолжительности жизни у мух. Хотя умеренное снижение передачи сигналов по пути инсулин/IGF1 удлиняет продолжительность жизни у червей.  

Перспективы

Дальнейшая работа в этом направлении может привести к созданию способов лечения, которые позволят гораздо дольше, чем обычно, сохранять молодость и избегать раковых заболеваний.  

Интересные публикации

1.Сигналы от репродуктивной системы регулируют продолжительность жизни C. elegans
Signals from the reproductive system regulate the lifespan of C. elegans
Kenyon, C., Hsin, H. (1999)  

2.Целевые гены DAF-16/FOXO, которые регулируют рост опухоли в Caenorhabditis elegans.
DAF-16/FOXO targets genes that regulate tumor growth in Caenorhabditis elegans. 
 Julie Pinkston-Gosse, Cynthia Kenyon. Nature genetics 2007 Nov.

Контакты:
Сайт лаборатории
http://kenyonlab.ucsf.edu/index.html
E-mail: cynthia.kenyon@ucsf.edu

Баудевейн М. Т. Бургеринг исследует роль взаимодействия FOXO и протеинкиназы В в передаче клеточных сигналов

      Баудевейн М. Т. Бургеринг
   
Профессор в области  сигнальных путей
Отрасль: Физиологическая химия

Баудевейн M.T. Бургеринг работает в качестве профессора в области сигнальных путей в Отделе биомедицинской генетики Медицинского центра Университета Утрехта, Нидерланды. 

Сотрудничество Б.Бургеринга с П. Коффером привело к открытию серин-треонин киназы ПКБ  как  новой цели инсулиновых сигналов.

Впоследствии, его и другие лаборатории обнаружили О-поле семейства транскрипционных факторов Forkhead- (FOXO) в качестве важного субстрата ПКБ. С тех пор роль ПКБ / FOXO в клеточных сигналах была центральной темой исследований Б.Бургеринга. В настоящее время развивается идея, что сигнализация через ПКБ / FOXO играет важную роль в процессе старения, и что неполное функционирование этой сигнализации обеспечивает важный вклад в развитие возрастных заболеваний, таких как рак и диабет.  

Тематика исследований  

Малые ГТФ-азы семейства Ras являются молекулярными переключателями, функция которых - ведение внеклеточных сигналов в направлении клеточных ответов. Группа профессора Бургеринга изучает три его члена: Ras, Rap1 и Ral. Ras, наиболее изученный член семейства, выполняет функции контроля пролиферации и дифференцировки клеток и клеточной смерти. Rap1 могут играть определенную роль в контроле внутренней организации клетки, а Ral - в контроле везикулярных транспортных систем. ПКБ является серин-треонин-киназой, которая играет роль в регуляции метаболических процессов, зависящих от фактора роста, и в регулировании выживаемости клеток. Цель исследований проф. Бургеринга состоит в определении функций и молекулярных механизмов сигнальных путей, в которых участвуют члены семейства Ras и ПКБ.   

 Пути протеинкиназы В  

ПКБ является целью воздействия PI-3 киназы и в качестве такого элемента целевым объектом Ras-опосредованной сигнализации. Однако, большинство внеклеточных сигналов могут активировать этот путь независимо от Ras. ПКБ получила всеобщее внимание в связи с открытием, что эта киназа является основным посредником сигналов к выживанию, отвечающих за защиту клеток от смерти путем апоптоза. Кроме того, ПКБ является посредником сигналов, таких, как сигналы,индуцированные инсулином, которые регулируют клеточный метаболизм. Группой профессора Бургеринга обнаружено, что две другие киназы фосфорилированы и регулируются ПКБ: киназы p70S6 и ГСК-3. Недавно было установлено, что ПКБ фосфорилирует и инактивирует транскрипционный фактор AFX, обеспечивая интересную связь с путем RalGEF-Ral. Это фактор транскрипции, скорее всего, участвует в регуляции метаболических процессов. В ближайшем будущем мы будем продолжать поиск новых элементов, участвующих в ПКБ-опосредованной сигнализации и выявить соответствующие гены, которые регулируются фактором транскрипции AFX. 

Интересные публикации:  

1.Краткое введение в фоксологию.
A brief introduction to foxology
B. M. Th. Burgering.
Члены подсемейства Forkhead O (FOXO) - класс транскрипционных факторов, играющих ключевую роль в регуляции решений судьбы клетки, таких как смерть клеток, пролиферация клеток и клеточный метаболизм. Кроме того, на модельных организмах, уже было продемонстрировано, что функция FOXO влияет на продолжительность жизни этих организмов. Разнообразные сигнальные пути регулируют функции FOXO, но самое главное, они подавляются  (PKB / Akt)-опосредованным фосфорилированием протеинкиназы B и являются, таким образом, важным нисходящий компонент инсулинового сигнального пути. Эта работа обеспечивает своевременный обзор нашего понимания функций FOXO и влияние на FOXO сигнальных функций. Обзор исследований по функциям и регуляции FOXO предоставляет убедительные доказательства того, что FOXO действуют на перекрестке между старением и возрастными заболеваниями, включая диабет и рак. С этой точки зрения, необходимы дальнейшие исследования функций и регуляции FOXO, что может пролить свет на то, как возраст воздействует на возникновение и прогрессирование болезни.  

2. Прямой контроль фактора транскрипции forkhead AFX протеинкиназой B. 
 Direct control of  the transcription factor forkhead AFX by protein kinase B.
FOXO transcription factor activation by oxidative stress mediated by small GTPase Ral and JNK
Vries-Smits LMM, Essers MAG, Saarloos I., Weijzen S., Bos JL, Burgering BMT. EMBO J 23: 4802–4812, 2004.


Фосфатидилинозитол-3-гидрокси-киназа (PI (3) K), исполнительный элемент протеинкиназы B, регулирует некоторые инсулин-зависимые гены, но факторы транскрипции, регулируемые протеинкиназой B, еще не идентифицированы. Генетический анализ в C. Elegans показали, что фактор транскрипции Forkhead DAF-16 регулируется путем, состоящим из инсулин-рецепторов, таких, как DAF-2 и Р I (3) К-like age -1. В данной работе показано, что протеинкиназа B фосфорилирует AFX, гомолог  DAF-16 у человека, IN VITRO и IN VIVO. Подавление активности эндогенной PI (3) К и протеинкиназы B препятствует зависимому от протеинкиназы B фосфорилированию AFX и показывает остаточное независимое от протеинкиназы B- фосфорилирование, которое требует Ras передачи к Ral ГТФ-азе. Кроме того, фосфорилирование AFX протеинкиназой B подавляет его транскрипционную активность. В совокупности эти результаты очерчивают путь PI (3) К-зависимой сигнализации в ядро.

3. Активация транскрипционного фактора Forkhead FOXO4 клеточным окислительным стрессом при посредничестве Ral ГТФ и JNK

 FOXO transcription factor activation by oxidative stress mediated by small GTPase Ral and JNK

Vries-Smits LMM, Essers MAG, Saarloos I., Weijzen S., Bos JL, Burgering BMT. EMBO J 23: 4802–4812, 2004.

Члены семейства FOXO защищают клетки от окислительного стресса через регулирование MnSOD и каталазы экспрессии генов. В данной работе показано, что функция FOXO4 имеет обратную связь. Обработка клеток перекисью водорода приводит к фосфорилированию FOXO4. Это стресс-зависимое фосфорилирование опосредовано малыми ГТФ-азами RAL. Ral активируется вслед за окислительным стрессом и это приводит к фосфорилированию JNK-зависимых T447 и T451 в FOXO4. Низкий уровень окислительного стресса приводит к транслокации и активации FOXO4. Эти результаты показывают, что члены FOXO играют роль в поддержании клеточного окислительно-восстановительного гомеостаза. Увеличение окислительного стресса может активировать FOXO, и это приводит к снижению окислительного стресса посредством FOXO-зависимых MnSOD и регулированием генов каталазы. 

 4.Транскрипционная активность FOXO4 регулируется моноубиквитилированием и USP7/HAUSP
The Peptidyl-Isomerase Pin1 Regulates p27kip1 Expression through Inhibition of Forkhead Box O Tumor Suppressors. Arjan B. Brenkman, Peter L.J. de Keizer, Niels J.F. van den Broek, Petra van der Groep, Paul J. van Diest, Armando van der Horst, Alida M.M. Smits and Boudewijn M.T. Burgering. Cancer Research 68(18), 7597–605, September 15, 2008.  
 
Транскрипционные факторы FOXO (Forkhead Box O) являются важными регуляторами клеточного метаболизма, прогрессии клеточного цикла и гибели клеток. Деятельность FOXO регулируется несколькими посттрансляционными модификациями, в том числе фосфорилированием, ацетилированием и полиубиквитинированием. В данной статье показано, что FOXO становится моноубиквтинированным в ответ на повышение окислительного стресса клеток, в результате повторной локализации ядра и увеличению его транскрипционной активности. Деубиквитинирование FOXO требует деубиквитинирующего фермента USP7/HAUSP (связанная с герпесом убиквитин-специфическая протеаза), который деубиквитинирует FOXO в ответ на окислительный стресс. Вызванное окислительным стрессом убиквитинирование и деубиквитинирование по USP7 не влияют на период полураспада белка FOXO. Однако, USP7 снижает транскрипционную активность FOXO по отношению к эндогенным промоутерам. Результаты, полученные авторами статьи, демонстрируют новый механизм регулирования FOXO и указывают, что USP7 играет важную роль в регулировании FOXO-опосредованной реакции на стресс.  

5. Пептидил-изомераза Pin1 регулирует выделение p27kip1 с помощью ингибирования подавителей опухоли семейства Forkhead. 
The Peptidyl-Isomerase Pin1 Regulates p27kip1 Expression through Inhibition of Forkhead Box O Tumor Suppressors. Arjan B. Brenkman, Peter L.J. de Keizer, Niels J.F. van den Broek, Petra van der Groep, Paul J. van Diest, Armando van der Horst, Alida M.M. Smits and Boudewijn M.T. Burgering. Cancer Research 68(18), 7597–605, September 15, 2008.
В этой статье Бургеринг с соавт. рассматривает, как факторы FOXO влияют на подавление опухоли. Авторы характеризуют новые участки фосфорилирования FOXO 4 после повышенного окислительного стресса клетки и идентифицируют изомеразу Pin1, белок, выделение которого часто повышается при раке, как критический регулятор гена остановки клеточного цикла  p27kip1 посредством ингибирования FOXO4. Интересно, Pin1 действует на FOXO через возбуждение деятельности деубиквитинилирующего фермента HAUSP/USP7. Таким образом, Pin1 идентифицирован как новый отрицательный регулятор FOXO.

6. Должен ли я остаться или пойти: бета-катенин решает в условиях стресса.
Should I stay or should I go: beta-catenin decides under stress 
 Hoogeboom D., Burgering B.M.T.Biochimica et biophysica acta 2009 ; 1796 ( 2 ): 63-74.
Активные формы кислорода (АФК) имеют важное значение для эффективного и надлежащего выполнения большого числа клеточных процессов, в том числе сигналов, индуцированных экзогенными факторами. Однако, АФК - одни из самых активных в природе, и чрезмерное или длительное образование АФК может привести к значительному повреждению клеточных компонентов и возникновению целого ряда заболеваний, а также участвовать в процессе старения. Управление АФК для предотвращения возможного ущерба достигается за счет многочисленных ферментных систем, например, пероксидазы, супероксиддисмутазы и т.д., и малые молекулы, например, глутатион, которые в совокупности составляют клеточную антиоксидантную систему. O-класс транскрипционных факторов Forkhead (FOXO), регулируюет клеточное сопротивление окислительному стрессу. В свою очередь, сами FOXO регулируются посредством АФК и окислительным стрессом клеток, вызванным активацей FOXO.  Характерной особенностью АФК-индуцированной активации FOXO является связыание бета-катенина с FOXO. Однако, АФК влияет на многие транскрипционные программы, кроме FOXO. В работе обсуждается прогресс в понимании того, как АФК регулирует взаимодействия между некоторыми АФК-чувствительными факторами транскрипции за счет отщепления бета-катенина от этих транскрипционных факторов. Профессор Бургеринг полагает, что бета-катенин выступает в качестве ключевого переключателя между различными АФК-чувствительными программами транскрипции.

Контакты:

E-mail:

B.M.T.Burgering@med.uu.nl

BMTBurgering@umcutrecht.nl

Номер телефона:

+31 (0) 88 75 61918 +31 (0) 88 75 61918

Номер факса:

+31 (0) 88 75 69035 +31 (0) 88 75 69035

Адрес для посетителей:

UMC Utrecht
Heidelberglaan 100
3584 CX Utrecht  Номер: ул. 3.233

Корреспонденция:

Ул. 3.223
PO Box 85500
3508 GA Utrecht 3508 Г. Утрехт
 Нидерланды

 

Пауль Коффер доказал опосредованное влияние цитокинов на активность FOXO



Пауль Коффер: ведущий исследователь, профессор детской иммунологии

Научные интересы и направленность исследований:

Регулирование иммунного гомеостаза требует четкой связи между клетками врожденной и адаптивной иммунной системы. Нарушение регуляции в производстве или функции компонентов обоих типов клеточного иммунитета может привести к целому ряду патологических нарушений, начиная от аутоиммунного заболевания и воспаления лейкоза и иммунодефицита. Один из наших давних вопросов исследования является выявление специфических молекулярных механизмов, регулирующих выживание, пролиферацию и дифференцировку клеток иммунной системы. Исследования П.Коффера в основном сосредоточены на клетках миелоидной Lineage, испольуемой на модельных системах IN  VITRO и IN VIVO, и преследует  цель добиться лучшего понимания молекулярных причин, лежащих в основе различных педиатрических иммунных / гематологических заболеваний.  

В лаборатории профессора Д. Вудджетта П. Коффер идентифицировал киназу белка B (PKB/c-akt), новое звено во внутриклеточной передаче сигнала.

Вместе с профессором Б. Бургерингом П.Коффер доказал, что PKB – критический посредник трансдукции цитокин-зависимого сигнала.

Исследовательская группа П. Коффера показала, что PKB-зависимое фосфорилирование факторов транскрипции FOXO является  критическим для регулирования быстрого увеличения лейкоцитов и выживания. Эти исследования подтвердили роль эволюционно-консервативных транскрипционных путей в поддержании неограниченного срока службы кроветворных стволовых клеток и положили основу для дальнейшего исследования в регуляции гематопоэтического решения судьбы клетки.

В работах [2,6] выполненных совместно с профессором Бургерингом показана роль членов семейства факторов FOXO в иммунной системе. По результатам совместных исследований, активация только одного FKHR-L1  может объединить все известные элементы программы апоптоза, обычно вызываемой изъятием цитокина. Таким образом, PI3K/PKB–зависимое запрещение этого фактора транскрипции, вероятно, обеспечивает важный механизм, которым факторы выживания действуют, чтобы предотвратить запрограммированную клеточную смерть.

Пауль Коффер продолжает  исследования  регулирования внутриклеточных сигнальных путей и их роли в регулировании решений судьбы стволовой клетки. Текущая работа в его исследовательской группе сосредоточена на применении этого фундаментального исследования к изучению детской лейкемии и аутоиммунных болезней.  

Интересные публикации  

1. Экспрессия про-апопототического Bcl-2 член семейства Bim регулируется фактором транскрипции FOXO3 семейства Forkhead .

 Expression of the pro-apoptotic Bcl-2 family member Bim is regulated by the Forkhead transcription factor FOXO3

Dijkers, P.F., Medema, R.H., Lammers, J-W.J., Koenderman, L. and Coffer, P.J. (2000) Curr. Biol. 10, 1201-1204

2. Фактор транскрипции FOXO3 семейства Forkhead модулирует цитокин-зависимое транскрипционное регулирование p27KIP1.

 The forkhead transcription factor FOXO3 modulates cytokine-dependent transcriptional regulation of p27KIP1

Dijkers, P.F., Medema, R.H., Pals, C., Banerji, L., Thomas, N.S.B., Lam, E.W., Burgering, B.M.T., Lammers, J-W.J., Koenderman, L. and Coffer, P.J. (2000) Mol. Cell. Biol. 20, 9138-9148

3. FOXO3 может действовать как критический исполнительный элемент клеточной смерти, вызванной изъятием цитокина: PKB повышает выживаемость клетки через сохранение митохондриальной целостности.

FOXO3 can act as a critical effector of cell death induced by cytokine withdrawal: PKB enhanced cell survival through maintenance of mitochondrial integrity

Dijkers, P.F., Birkenkamp, K.U., Lam, E. W-F., Thomas, S.B., Lammers, J-W.J., Koenderman, L. and Coffer, P.J. (2002) J. Cell. Biol. 156, 531-542

4. Постоянная активация белка киназы B (PKB/c-akt) ведет к апоптозу, вызванному транскрипционной регуляцией ROS-зависимой  Foxo3a.

Chronic protein Kinase B (PKB/c-akt) activation leads to apoptosis induced by ROS-mediated Foxo3a transcriptional upregulation

Van Gorp, A.G.M., Pomeranz, K.M., Birkenkamp, K.U., Hui, R. C-Y., Lam, E. W-F. and Coffer, P.J. (2006) Cancer Res. 66, 10760-20769

5. FOXO3a вызывает дифференцирование преобразованных клеток Bcr-Abl через транскрипционную регуляцию Id1.

FOXO3a induces differentiation of Bcr-Abl transformed cells through transcriptional down-regulation of Id1

 Birkenkamp, K.U., Essafi, A., van der Vos, K., da Costa, M., Hui, R. C-Y., Holstege, F., Koenderman, L., Lam, E. W-F. and Coffer, P.J. (2007)  J. Biol. Chem. 282, 2211-2220  

6. Транскрипционные факторы семейства Forkhead и их роль в иммунной системе

 Forkhead-box transcription factors and their role in the immune system 

Coffer, P.J., Burgering, B.M. (Nat Rev Immunol. 2004 Nov; 4(11):889-99)

7. Регуляция выживания и пролиферации клеток с помощью FOXO (семейство Forkhead, класс О) подсемейства транскрипционных факторов Forkhead.
Regulation of cell survival and proliferation by the FOXO (Forkhead box, class O) subfamily of Forkhead transcription factors.
K.U. Birkenkamp and P.J. Coffer
Biochemical Society Transactions (2003) 31, (292–297).

Контакты:

Deparment of Immunology, University Medical Center, Lundlaan 6, 3584 EA Utrecht, The Netherlands.

E-Mail: PJCoffer@umcutrecht.nl;

Номер телефона:       +31 (0) 88 75 54306 +31 (0) 88 75 54306

 Номер факса:            +31 (0) 88 75  54306 +31 (0) 88 75 54306

 Адрес для посетителей:  
Wilhelmina Children's Hospital (Вильгельмина детская больница)
Lundlaan 6
3584 AE Utrecht 
Room: KC.01.071.1 

Корреспонденция:          
 Room: KC.02.085.2
PO Box 85090
3508 AB Utrecht,
The Netherlands  

Исследования Ph.D. Энн Брюне в области молекулярных механизмов старения и долголетия.




 Энн Брюне -  доцент кафедры генетики Стэнфордского университета. Тема ее докторской диссертации - «Транскрипционные факторы подсемейства FOXO: регулирование P13 киназы / Akt – cигнального пути и роль в гибели клеток, клеточный цикл и стресс-ответ». Лаборатория А.Брюне специализируется на исследовании молекулярных основ долголетия, с акцентом на роль нервной системы в области контроля процесса старения. Участвует в программе биологии рака.

Опубликовала общую схему действия транскрипционного фактора FOXO в живой клетке.

Широкий диапазон человеческих болезней, включая рак, сильно  зависит от возраста. Однако, молекулярные механизмы, которые объединяют старение и рак, только начинают исследоваться. Факторы транскрипции FOXO возможно, служат молекулярными связями между подавлением опухоли и долговечностью. В отсутствии факторов роста, FOXO белки перемещают к ядру и регулируя ряд целевых генов, таким образом, инициируя остановку клеточного цикла и клеточную смерть, или апоптоз. Стимуляторы стресса также вызывают переход факторов FOXO в ядро, таким образом, усиливая адаптивный ответ. Поскольку стрессоустойчивость ассоциируется с продлением жизни, активация факторов транскрипции FOXO у червей и мух приводит к увеличению продолжительности их жизни. Также есть свидетельства того, что факторы FOXO играют роль подавителя опухоли в разнообразных раковых образованиях. Таким образом, FOXO белки переводят экологические стимулы на изменения в программах экспрессии генов, которые могут координировать долговечность организма и подавление опухоли.

По мнению А. Брюне, то, что фактор FOXO регулирует гены стрессоустойчивости и одновременно  про-апоптотические гены - не обязательно парадокс. FOXO факторы могут организовать различные образцы экспрессии гена, основанного на интенсивности внешнего воздействия, возможно, активизируя гены стрессоустойчивости в мягких условиях, а про-апоптотические гены активизируются, когда интенсивность стимулов напряжения превышает некоторый порог. Также возможно, что FOXO факторы регулируют различные гены в различных типах клеток, вызывая апопотоз в некоторых из них (например, нейроны, лимфоциты) при стимуляции выживания в других. Важно, индукция aпоптоза фактором FOXO может вызвать смерть поврежденных или неправильных клеток, поэтому способствует долговечности целого организма.   
 

 

 

 

 

 

 
 

Перспективы: 

    Оснавная задача  лаборатории - объяснение молекулярных механизмов долголетия. Долголетие организма  регулируется сочетанием генетических и средовых факторов. Компоненты сигнальных путей, которые соединяют инсулин с транскрипционными факторами FOXO и деацетилазы SIRT играют консервативную роль в регуляции старения. Вместе с тем, как эти функции пути регулируют продолжительность жизни,  еще не достаточно хорошо ясно. 

    1. Первая цель лаборатории - определение молекулярных механизмов действия известных генов долголетия (FOXO и SIRT) в клетках млекопитающих. Сотрудники лаборатории особенно заинтересованы в расшифровке химизма молекулярных процессов, с помощью которых эти гены долголетия под влиянием экологических стимулов приводят к изменениям в программах на экспрессию генов. Исследователи используют комбинацию молекулярного и клеточного подходов с использованием большого количества генетического материала к анализу выбора этих генов долголетия  хроматином в ответ на стимулы окружающей среды, включая питательный стресс, окислительный стресс и повреждение ДНК.

2.  Вторым направлением лаборатории является определение роли факторов FOXO у млекопитающих, причем особое внимание уделяется нервной системе. В связи с недавним открытием, что FOXO может регулировать нейропептиды в гипоталамусе, можно предположить, что FOXO влияет на поведение животного, и будущие исследования объяснят, как гормоны и нейронные сигналы вызывают FOXO-зависимую транскрипцию целевых генов, которые затрагивают целый организм. Ученые особенно заинтересованы в понимании механизмов регуляции стволовых нервных клеток в головном мозге и в области использования регенеративного потенциала этих клеток. При этом используется  комбинация  подходов генетики мышей с Cre / loxP системой рекомбинации и РНК-интерференционным подходом, для того, чтобы воздействовать на выделение групп белков FOXO и SIRT  у мышей. Изучается влияние этих воздействий на самообновление и разнообразные возможности нервных стволовых клеток в VITRO и IN VIVO и на когнитивные функции, которые, как известно, ухудшаются с возрастом, в том числе обучение и память.

3. Наконец, работа лаборатории направлена на  выявление новых генов и процессов, которые играют важную роль в процессе старения. Большинство  генов, на которые целенаправленно действует FOXO,  нужно обнаружить, также как и регуляторы функции FOXO. Перспективной областью будущего исследования  представляется определение того, как факторы FOXO влияют на  неавтономные клеточные процессы в целом организме.

 Используются достижения генетики беспозвоночных червей C. Elegans для определения механизмов долголетия, индуцированных диетическими ограничениями, а также для проверки роли хроматина в старении. 

Выводы

Эффективный контроль за деятельностью FOXO в ответ на стимулы окружающей среды может иметь решающее значение для предотвращения старения и возраст-зависимых заболеваний, включая рак, нейродегенеративные заболевания и диабет.  

Некоторые результаты исследований 

 - Показано, что фермент SIRT1 оказывает двойное воздействие на функции FOXO3: SIRT1 повышает способность FOXO3 вызывать у клетки устойчивость к окислительным стрессам, но препятствует способности FOXO3 вызывать гибель клеток. Таким образом, один из путей, которым белки семейства Sir2 могут продлить жизнь организма – это изолирование FOXO- зависимых ответов от апоптоза, не затрагивая связь этих ответов со стрессоустойчивостью [1]. 
 - Показано, что FOXO факторы играют роль подавителя опухоли в разнообразных раковых образованиях [2].  

Интересные публикации

1. Стресс-зависимые факторы регуляции транскрипции FOXO SIRT1 деацетилаз.
Stress - dependent factors of regulation of FOXO transcription factors by the SIRT1 deacetilase
Anne Brunet, Lora B Sweeney, J Fitzhugh Sturgill, Katrin F Chua, Paul L Greer, Yingxi Lin, Hien Tran, Sarah E Ross, Raul Mostoslavsky, Haim Y Cohen, Linda S Hu, Hwei-Ling Cheng, Mark P Jedrychowski, Steven P Gygi, David A Sinclair, Frederick W Alt, Michael E Greenberg
Science (New York, NY) (2004) Volume: 303 Issue: 5666 Pages: 2011-5  

2. Факторы транскрипции FOXO во взаимодействии между долговечностью и подавлением опухоли.
FOXO transcription factors at the interface between longevity and tumor suppression 
 Eric L Greer and Anne Brunet. -  Oncogene (2005) 24, 7410–7425. doi:10.1038/sj.onc.1209086  

3. Код FOXO. 
 The FoxO code.
Calnan DR, anne.brunet@stanford.edu

Электронная почта: mailto:anne.brunet@stanford.edu

Телефон: 1 650 725 8042

 

 

Профессор К. Арден исследует проблемы генетики рака, на модельных животных

Карен Арден
(Нет фото)

Звание: Профессор  

Отрасль: Медицина (Фармацевтика) 

Место работы:Отделение медицины, Людвигский Институт раковых исследований, Калифорнийский университет в Сан-Диего школа медицины, Ла Хойя, Калифорния, США  

Научные интересы:Рак, генетика, генетика рака млекопитающих, рак у детей, рак простаты, трансдукции процессы сигнала, гены рака и программа генома.

Исследования

К. Арден исследует проблемы генетики рака. Главным направлением ее исследований является характеристика функции гена, связанного с t (2; 13), найденного в альвеолярном подтипе опухоли скелетной мышцы rhabdomyosarcoma. Это хромосомное перемещение кончается сплавом PAX3 гена на 2q35 с FKHR геном на 13q14. Мало известно о роли сплава генов PAX3-FKHR в этиологии rhabdomyosarcoma, несмотря на ее уникальное и специфическое сопутствие 80 % rhabdomyosarcomas альвеолярного подтипа. Исследовательская группа К.Арден вывела трансгенных мышей, у которых экспрессию генов PAX3-FKHR управляется  последовательностью инициализация/усиление агента Pax3. Результирующий фенотип был близок к тому, о котором было сообщено для Pax3-дефектных пятнистых мышей, в предположении, что PAX3-FKHR может интерферировать с нормальной функцией Pax3. Мы проверили эту гипотезу, спаривая наших мышей, обладающих геном PAX3-FKHR, с пятнистыми мышами, таким образом, сокращая уровни Pax3 и приводя к повышению болезненности фенотипа. Эти данные позволяют предположить, что связанный опухолью сплав белков PAX3-FKHR сталкивается с нормальными функциями PAX3, возможно как прелюдия к преобразованию. Однако, в отличие от генов сплава, созданных в результате подобных типов хромосомных перемещений в лейкемиях и лимфомах, одного PAX3-FKHR не достаточен, чтобы выявить опухоли, что доказано отсутствием опухолей более чем у 300 мышей. Возможно, что PAX3-FKHR может взаимодействовать с другими мутациями типа инактивации p53, чтобы вызвать перерождение. Как вариант можно предположить, ген сплава может вызвать остановку развития, создавая расширенное объединение целевых клеток, накапливая дополнительные генетические повреждения. В настоящее время проводятся опыты, чтобы проверить эти возможности.

Чтобы далее характеризовать роль сплава генов PAX3-FKHR в rhabdomyosarcoma, исследовательская группа К.Арден предприняла детальное изучение FKHR и двух дополнительных генов, которые составляют подсемейство FKHR генов forkhead. Исследователи предварительно  описали это подсемейство в клетках человека и  клонировали и охарактеризовали гомологи этих генов у мышей, Fkhr1, Fkhr2, и Afxh. В работах К.Арден показано, что транскрипционная деятельность Fkhr1 подчинена отрицательному регулированию факторами роста, которые активизируют фосфатидилинозитол-3 киназу (PI-3 киназу). Активация PI-3 пути передачи сигнала киназы затрагивает инактивацию Fkhr1 двумя различными механизмами: запрещение транскрипционной деятельности и возбуждение активного (CRM1-зависимого) ядерного экспорта. Ключевой переносчик влияния активации киназы PI-3 на транскрипционную активность Fkhr1 – это серин/треонин-киназа AKT (или киназа белка B, PKB). Исследования научной группы К.Арден показали, что не только Fkhr1 - прямая цель AKT-зависимого фосфорилирования, но также и что это фосфорилирование способствует функциональной инактивации Fkhr1.

Пытаясь расширить биохимические исследования и изучение клеточных культур,  ученые вывели линию мышей, которые несут целевой (или пустой) аллель Fkhr1. Эмбрионы, испытывающие недостаток в функциональном Fkhr1, умирают в средней стадии сердечно-сосудистой недостаточности. Детальный анализ проводится в настоящее время. Также созданы линии мышей, которые несут пустые аллели Fkhr2 и Afxh, другие два члена FKHR подсемейства генов forkhead. К.Арден ожидает, что опыты, подобные предпринятым с Fkhr1-/-животными, обеспечат понимание роли Fkhr2 и Afxh в течение развития.

Как часть межинститутской работы на базе Сан-Диего, включая UCSD Центр Рака, Больницу Администрации Ветеранов, Центр Рака Сиднея Киммэля и Людвиговский Институт, К.Арден использует Ориентир Ограничения Геномного Просмотра  (Restriction Landmark Genomic Scanning, RLGS), чтобы идентифицировать изменения в метилировании ДНК в опухолях простаты, которые внесут вклад в молекулярную характеристику рака простаты. RLGS обеспечивает и количественную генетическую и надгенетическую оценку метиленирования  цитозина  в тысячах островов CpG в отдельном геле, не требуя предшествующего знания последовательности генов. RLGS полагается на двухмерное разделение радиомаркированной геномной ДНК приблизительно в 2 000 дискретных фрагментов. Из-за выбора специфических ферментов ограничения резки ДНК, каждый фрагмент, вероятно, будет содержать последовательности генов. Окончательный профиль RLGS показывает  номер копии и статус метиленирования островов CpG. После идентификации различий в профилях RLGS , интересные  фрагменты могут быть клонированы и подвергнуты анализу последовательности. Определенные изменения в профилях RLGS, связанные с опухолью, были  предварительно идентифицированы для других типов опухоли. Сравнение профилей опухоли простаты позволит легко идентифицировать образцы подобия и различия между опухолями и устанавливать маркеры, которые внесут вклад в молекулярную классификацию опухолей.

Интересные публикации:

1. Модели FOXO на животных показывают разнообразие ролей факторов транскрипции FOXO.
FOXO animal models reveal a variety of diverse roles for FOXO transcription factors
Arden KC. Oncogene. 2008 Apr 7;27(16):2345-50. Review.  

2. Гаплонедостаточность FoxO1 защищает от устойчивости к инсулину, вызванной высокожировой диетой с повышенной активацию активированного пролифератором пероксисом гамма-рецептора в жировой ткани.
FoxO1 haploinsufficiency protects against high-fat diet-induced insulin resistance with enhanced peroxisome proliferator-activated receptor gamma activation in adipose tissue.
Kim JJ, Li P, Huntley J, Chang JP, Arden KC, Olefsky JM. Diabetes. 2009 Jun;58(6):1275-82. Epub 2009 Mar 16.

3. Транскрипционный фактор Foxo3 контролирует увеличение иммунного ответа T-клеток модулированием функции стволовых клеток.
Тranscription factor Foxo3 controls the magnitude of T cell immune responses by modulating the function of dendritic cells.
Dejean AS, Beisner DR, Ch'en IL, Kerdiles YM, Babour A, Arden KC, Castrillon DH, DePinho RA, Hedrick SM. Nat Immunol. 2009 May;10(5):504-13. Epub 2009 Apr 12. 

Контакты:

Д-р K.C. Арден, департамент медицины, Людвиг Институт раковых исследований, Калифорнийский университет Сан-Диего, школа медицины, 9500 Gilman Drive, № 0660, La Jolla, CA 92093-0660 США.

Электронная почта:

 karden@ucsd.edu

Группой профессора Равкана разгадан важный генетический ключ к продлению жизни





Гэри Равкан, Ph.D

Место работы: Массачусетский Центральный Госпиталь – Исследовательский Центр Simches.  

Гэри Равкан - директор компании Молекулярной Биологии MBL  Курса Старения и профессор генетики в Гарвардской Медицинской Школе. Его исследование относительно червя C. elegans, вело к многочисленным открытиям в областях micro-РНК, вмешательства РНК, и долговечности.
По мнению Гари Равкана, вполне возможно, что обычные клетки организма могут приобрести частицу зародышевого бессмертия и стать источником долголетия. Объектом лабораторных исследований этой научной группы стал червь C. elegans, но многие из сделанных с его помощью открытий впоследствии оказались применимы и для людей.
Это открытие может послужить объяснением для многих недавних экспериментов, в ходе которых ученые-биологи воздействовали на гены живых организмов, тем самым, продлевая им жизнь. Большинство из таких генов вовлечены в так называемый инсулиновый сигнальный путь, который влияет на обмен жиров и глюкозы в организме.
Когда этот путь нарушается за счет отключения одного из генов, животные, как правило, живут дольше. Подобный эффект также наблюдается и у лабораторных мышей, которым продлевают жизнь с помощью низкокалорийной диеты.
Этот сигнальный путь активирует мощный регуляторный ген, который, в свою очередь, регулирует многие генетические пути, в том числе управляющие обменом веществ. Группа исследователей во главе с д-ром Равканом сообщила об открытии новой функции этого гена-регулятора: он может включать в обычных, соматических клетках червей два гена, которые обычно активны только в зародышевых клетках, а в соматических клетках отключены.
Эти два гена защищают ДНК клеток червей за счет снижения синтеза белков и, с помощью этого, активируя у червей эквивалент их иммунной системы.
Разгадка бессмертия зародышевых клеток, по-видимому, кроется в более интенсивной защите ДНК. “Эта способность соматических клеток присваивать некоторые особенности стволовых клеток может стать очень важной для продления жизни, ” заявил д-р Равкан.
Впервые, процесс продления жизни объясняется механизмом противодействия зародышевых клеток смерти. “Я считаю это абсолютно новым подходом,” отметил Стивен Оустэд, эксперт по долголетию из Научного Центра Здравохранения Техасского Университета. Он заявил, что понимание характера активности генов в зародышевых клетках “помогло бы найти эффективный способ защиты клеток от разрушительного процесса старения.”
Команда д-ра Равкана изучает регуляторный ген daf-16 червей, гомологичный гену FOXO у млекопитающих.
“Сама идея о том, что соматические клетки обладают потенциальной возможностью восстанавливать эти пути, утерянные в ходе процесса дифференциации, является привлекательной, ” пишет д-р Равкан и, по его мнению, это могло бы помочь найти такое лекарственное средство, которое способствовало бы “клеточному восстановлению, а возможно и регенерации клеток.  

Перспективы

Лаборатория д-ра Равкана использует молекулярную генетику и геном C. elegans, чтобы изучить действие м-РНК и и-РНК . Используя генетический  подход и интерференции РНК, в лаборатории идентифицировали много генов, положительно или отрицательно регулирующих пути и-РНК и micro-РНК.

Лаборатория Равкана обнаружила, что, подобно млекопитающим, C. elegans использует сигнальный путь инсулина, для управления метаболизмом и долговечностью. Гены пути инсулина, которые были выявлены в результате исследований, представляют новые цели для разработки новых препаратов от диабета. Группой Равкана обнаружено, что путь инсулина регулирует продолжительность жизни и метаболизм немедленно, это напоминает об увеличении  продолжительности жизни мышей и крыс, которая вызвана низкокалорийными диетами, которые уменьшают уровень инсулина.  

Функциональные исследования генома, используя библиотеки и-РНК  каждого гена C. Elegans, теперь позволяют систематически изучить метаболизм и старение. Лаборатория рассмотрела 18 000 генов и их действие в регулировании долговечности, отложения жира, и-РНК и линьки. Этот анализ дает глобальное представление молекулярных машин, которые работают в этих путях. В случае старения, теперь ясно, что передача сигналов инсулина является самой мощной инактивацией гена, которая может увеличить продолжительность жизни C. elegans, однако приблизительно 100 других причин инактивации гена в увеличивают продолжительность жизни.

Текущее исследование в лаборатории д-ра Равкана направлено на объединение этих списков регулирующих старение генов в механизмы, которые оценивают и регулируют темп и вид метаболизма, ремонт и регенерацию, защитные и дегенеративные механизмы. Другие инактивации гена возмущают жирые отложения, не затрагивая продолжительность жизни и наоборот. Эти списки генов иллюстрируют многие шаги в регулировании энергии, включая метаболические ферменты, которые хранят и мобилизуют жир,  гормональные сигналы от жирных складов отложений до центров насыщения в мозге. Эти исследования помогут понять нейроэндокринологию баланса энергетического баланса и долгожительства.
Тучность - также одна из главных проблем здоровья. Поскольку для 200 из 400 регулирующих жир генов червя C. elegans существуют гомологи у человека, новые цели для развития лекарств от ожирения могут появиться в результате анализа C. elegans.   

Интересные публикации:

1. DAF-16 целевые гены, которые управляют C. elegans продолжительность жизни и метаболизм.
DAF-16 target genes that control C. elegans life-span and metabolism
S. S. Lee, S. Kennedy, A. C. Tolonen, G. Ruvkun, Science 300, 644-647 (2003).     

2.    Старение, продолжительность жизни, и старость.
Aging, life span, and senescence 
Leonard Guarente, Gary Ruvkun, Richard Amasino.Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Vol. 95, No. 19. (15 September 1998), pp. 11034-11036.
 
Контакты:

185, ул. Кембридж,
Бостон, MA 02114


Телефон: (617) 726-5959


Факс: (617) 726-5949


Электронная почта:

 ruvkun@molbio.mgh.harvard.edu


Сайты:

The Ruvkun Lab Page

 http://ccib.mgh.harvard.edu/faculty-ruvkun.htm

http://www.hms.harvard.edu/dms/bbs/fac/ruvkun.html

Шон Олдем исследует влияние диеты на регуляцию экспрессии генов

ШОН ОЛДЕМ, PH.D.
Звание: Доцент
Отрасль: Трансдукция Сигнала.

 Научные интересы: диета, нутриенты, и экологически регулируемые гены и пути тучности, старении, и раке.

 
Установлено, что тучность и старение – главные причины сердечных болезней, диабета и рака. Однако, генетика отношений старость-тучность в значительной степени неизвестна и таким образом, требует исследования. Прогрессу исследования тучности также препятствует сложность в генетических/метаболических и экологических взаимодействиях. Поэтому представляется целесообразным изучение центральных аспектов высокожирной диеты (HFD) и вызванной ею  тучности (то есть молекулярный контроль накопления жиров) и старения (то есть молекулярные пути, которые управляют старением) в упрощенной системе. Дрозофила недавно стала мощным инструментом для открытия консервативной генетической сети метаболизма и главных путей регулирования роста и старения. Работа Ш.Олдема направлена на понимание генетического взаимодействия метаболизма, роста, и старения, сосредотачиваясь на чувствительности пути инсулин-TOR, поскольку это касается этих болезней, в том числе влияние инсулина на фактор FOXO, играющий роль в регуляции механизмов клеточной смерти и выживания.

Области Исследования:

1. Роль генов и путей в HFD, тучности и сердечных болезнях

Проблема изучения тучности - сложность генетики  млекопитающих и их метаболических систем. Поэтому Ш. Олдем использует генетический потенциал дрозофилы как упрощенную модель для исследования главных метаболических механизмов тучности, вызванной высокожирной диетой, ее отношение к сердечной болезни (в сотрудничестве с доктором Р. Бодмером). Используя дрозофилу, ученые проверяют, как генетическая манипуляция новыми путями передачи сигналов метаболизма жира может модулировать сердечную структуру и функцию.

2. Роль диеты и пищи в функции стволовых клеток кишки и старении

Имеются предварительные данные, показывающие, что увеличение возраста значительно увеличивает накопление триглицеридов и показывает вредное воздействие на структуру и функции кишки и кишечных стволовых клеток дрозофилы как модели генетической системы.  Олдем занят в исследованиях их данных в свете гипотезы старение-рак, согласно которой старение - обмен из-за подавления рака. Дрозофила – стандартная модель для изучения старения, потому что основные функции старения эволюционно сохранены. Дрозофила - также самая простая генетическая модель с кишкой, которая сохранила структуру и функции. Это делает дрозофилу уникальным объектом для изучения путей, которые регулируют старение и их действие на функцию ISC кишки и в пределах ISC и в пределах нишы (стромы) на клеточном уровне.

3. Новые гены и связи тканей при диабете

Дрозофила недавно стала упрощенной моделью для изучения метаболизма липидов и глюкозы, который демонстрирует, что основные метаболические функции  сохранены эволюционно. Гипотеза сохранения гена предполагает, что некоторые варианты генов были отобраны в течение эволюцией во время голода и что эти гены теперь способствуют эпидемии диабета и тучности. В работе Ш.Олдема используются различные генетические подходы, чтобы идентифицировать эти факторы. Дрозофила - также самая простая генетическая модель с передачей сигналов инсулин-TOR (Олдем и Hafen, 2003), что делает ее  идеальным объектом для того, чтобы опознать новые генетические компоненты и изучать их автономные и неавтономные вклады в чувствительность к инсулину в модели  диабета 2 типа у дрозофилы.

Ш.Олдем с сотр. показали, что сокращение функции TOR у Дрозофилы приводит к уменьшению жировых отложений и уровня глюкозы. Важно, что сокращение деятельности dTOR блокирует устойчивость к инсулину и метаболические синдромы фенотипа, связанные с увеличенной активностью инсулин-зависимого фактора транскрипции, dFOXO. Сокращение функции dTOR также защищает от возраст-зависимого снижения сердечной функции и увеличивает долговечность.  

Интересные публикации 

1. Активизированная FOXO-регулируемая устойчивость к  инсулину блокируется понижением активности TOR. 
 Activated FOXO-mediated insulin resistance is blocked by reduction of TOR activity 
 Luong, N., Davies, C. R., Wessells, R. J., Graham, S. M., King, M. T., Veech, R., Bodmer, R., and Oldham, S. M. (2006). Cell Metabolism, 4:133-142.  

2. Свободный окислительный стресс и метаболические пути.
 Drosophila aging 
 Shaw, P., Ocorr, K., Bodmer, R. Oldham, S.M. (2007). 2006/2007. Exper Gerontol. 43(1):5-10.

Контакты:  

858.795.5234 (телефон)
858.795.5298 (факс)
soldham@burnham.org

 

 

 

Комментарии

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями

Share on Twitter