0
7289

Разработка способов активации протеолиза при старении

Протеолиз - это процесс расщепления белков и пептидов в организме с участием специальных ферментов. Важная роль протеолиза состоит в том, что он приводит к необратимой инактивации белков и, таким образом, участвует в кругообороте белков в клетке. Существуют свидетельства, что накопление повреждённых белков действительно происходит с возрастом и может отвечать за такие ассоциированные с возрастом болезни как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и катаракта.

на сайте с 19 января 2009

Введение: ТЕОРИЯ НАКОПЛЕНИЯ ИЗМЕНЁННЫХ БЕЛКОВ И НАРУШЕНИЕ ПРОТЕОЛИЗА ПРИ СТАРЕНИИ.

Протеолиз - это процесс расщепления белков и пептидов в организме с участием специальных ферментов. Одна из важнейших ролей протеолиза состоит в том, что он приводит к необратимой инактивации белков и, таким образом, участвует в кругообороте белков в клетке. Существует множество ферментов, осуществляющих протеолиз - это разнообразные протеазы (лизосомные, митохондриальные, кальций-зависимые и др.), а так же сложные белковые комплексы, "протеасомы". У эукариот протеасомы присутствуют в цитозоле и ядрах.

Протеасомы выделяют в виде индивидуальных частиц с коэффициентами седиментации 20S и 26S. 20S частица является коровой частью 26S частицы, которая обладает протеолитической активностью. Коровая частица представляет собой белковый комплекс в виде цилиндра, через центральный канал которого "протягивается" молекула гидролизуемого белка. Судя по рентгеноструктурным данным, 20S протеасома представляет собой полый цилиндр, образованный четырьмя лежащими друг на друге кольцами. Каждое из них состоит из семи белковых субъединиц, причем периферические кольца сформированы субъединицами alpha-типа, а два центральных — beta-типа:



Существуют свидетельства, что накопление повреждённых белков  действительно происходит с возрастом и может отвечать за такие ассоциированные с возрастом болезни как болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона и катаракта. Механизмы накопления таких белков могут быть различны.  Например, формирование окисленных белков является типичным результатом влияния активных форм кислорода,  которые образуются в результате многих метаболических процессов клетки и часто препятствуют корректной работе белка. При этом механизмы репарации не всегда могут распознать повреждённые белки и становятся менее эффективными с возрастом, в том числе за счёт снижения активности протеасом. В некоторых случаях белки являются частью статических структур,(например, клеточной стенки), которые не могут быть легко разрушены. Кругооборот белков зависит также и от белков-шаперонов, которые помогают белкам принимать необходимую конформацию. С возрастом наблюдается снижение репарирующей активности, хотя это снижение может быть результатом перегрузки шаперонов (и протеасомы) повреждёнными белками.

 

"АНТИВОЗРАСТНЫЕ" СТРАТЕГИИ ИССЛЕДОВАТЕЛЕЙ, СВЯЗАННЫЕ С ПРОТЕОЛИЗОМ:


Принципиальные воздействия на функциональную активность протеасом могут осуществляться на нескольких уровнях (Chondrogianni and Gonos, 2005):
  • На уровне экспрессии белков субъединиц, входящих в состав протеасом (A);
  • На уровне сборки субъединиц в готовую к выполнению своих функций протеасому (B);
  • На уровне регуляции ферментативной активности как самой протеасомы, так и ее белков-регуляторов (C, D);
  • На уровне белков-ингибиторов протеасом, накапливающихся с возрастом (E).

Доктор Эстафиос Гонос показал, что стимуляция эспрессии субъединиц протеосомного комплекса увличивает уровень его сборки и продолжительноть жизни клеток

Dr. Efstathios S. Gonos

Место работы: Институт биологических исследований и биотехнологий (Institute of Biological Research and Biotechnology), Греция.

Основное направление исследований: Работа группы посвящена молекулярной генетики старения человека.  В лаборатории была разработана бессмертная клеточная линия фибробластов, полученная из эмбрионов крыс. Клеточная линия начинает проявлять признаки старения при инактивации Т-антигеном вируса SV40. Благодаря этому были клонированы несколько ассоциированных генов старения. Исследования показали особо важную роль одного из них - гена, кодирующего кластерин (аполипопротеин J). Также в лаборатории исследуется роль протеасом при репликативном старении. Исследователи показали, что у долгожителей сохраняется с возрастом уровень функционирующих протеасом. В настоящее время они занимаются разработкой способов увеличения продолжительности жизни клеточных линий за счет активации экспрессии субединиц протеасомного комплекса.

Основные последние исследования лаборатории в области активации протеасом:
Исследователей вдохновила работы Голдберга и соавторов 1994 и 1996 г. (Gaczynska et al., 1994, Gaczynska et al., 1996), в которых впервые было показано увеличение активности протеасом в клетках линии HeLa при их трансфекции геном beta-5i субъединицы протеосомы, а также при оверэкспрессии генов beta-1i и beta-1 субъединиц.
В лаборатории Гоноса осуществляли оверэкспрессию субъединицы beta-5 в клетках линии WI38/T и HL60 (Chondrogianni et al., 2005). Оказалось, что при этом уровни экспрессии других субъединиц также возрастали. Кроме того, возрастал уровень сборки субъдинц в протеосомный комплекс, уровень активности протеасом. Такие клетки были более устойчивы к воздействиям различных оксидантов. Важно отметить, что оверэкспрессия субъединицы beta-5 в клеточной линии фибробластов IMR90 увеличивала продолжительность ее жизни на 15-20%, также это уменьшало уровень различных биомаркеров старния. Такие же результаты были получены на эпителиальных клетках хрусталика человека (Liu et al., 2007) и мышиных клетках нейробластомы (Kwak et al., 2007).



Недавно в лаборатории Гоноса показали на линии фибробластов эмбрионов человека WI38/T, что возрастание уровня сборки и функциональной активности протеасом можно добиться оверэкспрессией hUMP1/POMP белка (Chondrogianni and Gonos, 2007). Как известно, данный белок участвует в сборке протеосомного комплекса. Стимуляция его экспрессии также приводила к увеличению устойчивости клеточной линии к различным оксидантам.
В настоящее время в лаборатории Гоноса ведутся исследования с целью поиска других регуляторных факторов, участвующих в сборке хромосом, на уровень которых можно было бы воздействовать. Перспективным считается недавно обнаруженная группа шаперонов PAC1-3 и белок, взаимодействующий с протеасомной АТФазой PAAF1 (proteasomal ATPase-associated factor 1) - негативный регулятор ее протеасомной активности (Chondrogianni and Gonos, 2008).

Важнейшие публикации группы по данной теме:

Активация протеасом как новая стратегия борьбы со старением.
Proteasome activation as a novel antiaging strategy. Chondrogianni N, Gonos ES.IUBMB Life. 2008 Oct;60(10):651-5.

Нарушение функций протеасом при старении млекопитающих: этапы и регулирующие факторы.
Proteasome dysfunction in mammalian aging: steps and factors involved. Chondrogianni N, Gonos ES.Exp Gerontol. 2005 Dec;40(12):931-8. Epub 2005 Oct 24.

Адрес лаборатории и контакты:

http://www.eie.gr/nhrf/institutes/ibrb/cvs/cv-gonos-en.html

National Hellenic Research Foundation (N.H.R.F.)
Institute of Biological
Research & Biotechnology (I.B.R.B.)
48 Vas. Constantinou Ave., Athens
11635, Greece

Телефон: +30.210.7273.756
Факс: +30.210.7273.677

Электронная почта: sgonos@eye.gr

2. Профессор Бертран Фригет показал, что регуляцией уровня экспрессии протеасомных субъедниц, а также обработкой клеток экстрактом водоросли Phaeodactylum tricornutum можно препятствовать старению кожи чловека.

Pr. Bertrand Friguet

Место работы: Лаборатория биохимии и клеточной биологии старения, Парижский Университет (Université Paris), Франция.

Основное направление исследований:
Лаборатория в настоящее время изучает участие систем, осуществляющих модификации и  функциональную поддержку белков в клетке в процессе старения. Группой было показано, что возрастные изменения структуры белков (появление окисленных, гликозилированных, убиквитиллированных белков при старении клеточных линий кератиноцитов человека, фибробластов, моноцитов, миоцитов и др.) сопровождается снижением уровня и активности 20S частицы протеасомы. Те же симтомы наблюдаются при облучении клеток ультрафиолетом, обработке токсичными веществами, оксидантами. Молекулярные механизмы данных процессов являются предметом активного изучения лаборатории Фригета.

Последние исследования лаборатории в области участия протеасом в развитии реакции клетки на окислительный стресс:
Предполагают, что накопление окисленных белков при старении связано с
нарушениями протеасомной деградации. Известно, что облучение ультрафиолетом фибробластов кожи человека запускает в них сигнальный каскад, приводящий к повышенной экспрессии металлопептидазы 1 матрицы (MMP-1), которая вызывает разрушение внеклеточных белков (в том числе, коллагена), приводящее к старению кожи:

                        

Группой Фригета было показано, что эти процессы сопровождались накоплением c-Jun и активацией AP-1 - транскрипционных факторов, регулирующих экспрессию металлопептидазы. Такие же процессы наблюдались при ингибировании протеасом белками, вызывающими формирование поперечных сшивок и лактацистином. Это говорит о том, что механизмы у данных процессов общие. В свою очередь,  оверэкспрессия субъединиц протеасом приводила к тому, что в ответ на облучение уровень металлопептидазы не повышался (Catalgol  et al., 2009). Перспективность данных исследований состоит в том, что, по видимому, воздействуя на активность протеасом можно регулировать интенсивность старения кожи человека. В настоящее время данные закономерности требуют более подробного исследования.

Кроме того, в лаборатории Фригета обнаружили (Bulteau et al., 2006), что экстракт водоросли Phaeodactylum tricornutum способен защитить проеасомы кератиноцитов человека от вредного воздействия ультрафиолетового излучения. Как известно, ультрафиолетовое излучение индуцирует накопление активных форм кислорода в клетках кожи (синглетного кислорода, супероксид-аниона, гидроксильного радикала и пр.). Эти соединения взаимодействуют с белками, липидами и нуклеиновыми кислотами и индуцируют их молекулярные изменения, например, формирование поперечных сшивок, карбоксилированных белков и пр. Ранее в лаборатории было показано, что при облучении ультрафиолетом человеческих кератиноцитов уровень окисленных белков в их цитозоли повышался, а уровень протеолитической активности протеасом, напротив, понижался (Bulteau et al., 2000). Интересно, что похожие процессы происходят в коже в процессе старения. Более того, молекулярные механизмы данных процессов отчасти общие (Petropoulos et al., 2000).
В лаборатории Фригета поставили целю исследовать, могут ли экстракты различных растений каким-либо образом препятствовать трансформации белков при облучении, ведь в таком случае эти препараты в перспективе можно было бы использовать для замедления старения кожи.
Исследования показали, что экстракт водоросли Phaeodactylum tricornutum способен активировать протеолитическую активность протеасом. Даже при облучении у обработанных экстрактом водоросли клеток уровень активных протеасом был практически таким же, как у необлученных клеток и значительно выше, чем у контрольной группы. Более того, уровень окисленных белков при обработке экстрактом и последующим облучением был значительно ниже, чем у необработанных.
Извесно, что в апоптотических сигнальных каскадах, происходщих при облучении клеток, принимают участие белки, регулирующие активность протеасом. Дальнейшие исследования эффектов экстракта Phaeodactylum tricornutum - подающее надежды направление в области повышения жизнеспособности кератиноцитов кожи при воздействии солнечной радиации.

Важнейшие публикации группы по данной теме:

Экстракт водоросли способен защищать и симулировать протеасомную активность кератиноцитов человека, подвергшихся ультрафиолетовому (UVA и UVB) излучению.
Algae extract-mediated stimulation and protection of proteasome activity within
human keratinocytes exposed to UVA and UVB irradiation.
Antioxid Redox Signal. 2006
Jan-Feb;8(1-2):136-43. Bulteau AL, Moreau M, Saunois A, Nizard C, Friguet B.

Протеасома является неотъемлемой частью каскада индукции экспрессии генов, вызванного  солнечным ультрафиолетовым излучением.
The proteasome is an integral part of solar ultraviolet a radiation-induced gene expression. J Biol Chem. 2009 Aug 18. Catalgol B, Ziaja I, Breusing N, Jung T, Hoehn A, Alpertunga B, Schroeder P,
Chondrogianni N, Gonos ES, Petropoulos I, Friguet B, Klotz LO, Krutmann J, Grune T

Функции протеасом при старении и окислительном стрессе: последствия нарушений поддержки функциональности белков.
Proteasome function in aging and oxidative stress: implications in protein maintenance failure.Antioxid Redox Signal. 2006 Jan-Feb;8(1-2):205-16. Farout L, Friguet B.

Адрес лаборатории и контакты:

http://dr.education.fr:8080/annuaire/DescUr.jsp?desc=20011069&prov=DescEd

Laboratoire
de Biologie et Biochimie Cellulaire du Vieillissement, UFR de
Biologie, Université
Paris, 7 - Denis Diderot, CC 71282, Place Jussieu, 75251 Paris Cedex 05,
France.

Электронная почта: bertrand.friguet@snv.jussieu.fr

3. Профессор Мария Перейра показала, что у молодых и у старых особей Drosophila melanogaster различаются основные формы протеосомных субъединиц

Pr. Maria E. Figueiredo-Pereira.


Ме
сто работы: кафедра биологии старения, Хантерский Колледж Нью-Йоркского Университета (Hunter College of City University of New York), США.


Основное направление исследований:
При многих нейродегенеративных заболеваниях (в их числе болезни Альцгеймера, Паркинсона и др.) выявлены сенильные бляшки, различные тела включения и дегенеративные волокна, обогащенные убиквитином. Известно, что подлежащие "утилизацации" белки снабжаются особыми химическими метками, содержащими белок убиквитин. Убиквитин обеспечивает присоединение разлагаемого белка к протеасоме, а непосредственно перед началом разложения отрывается для повторного использования:



Лаборатория в настоящее время изучает роль убиквитин-протеасомного сигнального пути в развитии таких старческих нейродегенеративных заболеваний как болезнь Альцгеймера, Паркисонизм и др. В частности, исследуется, какую роль протеасомы играют в процессах нейродегенерации, клеточной смерти (Vernace et al., 2007). Для этого совместно с группой профессора Томаса Шмидт-Гленевинкеля в лабратории разрабатывается трансгенная модель Drosophila melanogaster, экспрессирующая генетические дефекты протеасомной активности. Эту модель планируется использовать для исследования молекулярных механизмов клеточной смерти вследствие нарушения функциональной активности протеасом.

Последние исследования лаборатории в области роли нарушений активности протеасом при развитии старческих нейродегенеративных заболеваний:
Группа Марии Пейрера исследовала нарушение убиквитин-протеасомного пути на модели старения Drosophila melanogaster. Оказалось, что у старых особей (43-47 дней) основной формой протеасом является менее активная 20S, в то время как у молодых особей (1-32 дней) - 26S. Параллельно показано, что у старых особей снижался общий уровень АТФ более ем на 50%, в то время как сборка 26S протеасомы является АТФ-зависимой. Это также подтверждает снижение двигательной активности у старых особей.
Кроме этого, воздействие ингибитором протеасом PSI на молодых мух не влияло на продолжительность их жизни, в отличие от старых.
Эта работа показывает, что нарушение белкового оборота и накопление ошибочных белков, которое наблюдается в старости, обусловлено, в частности, снижением уровня сборки 26S протеасомы. Важную роль в этих процессах играет понижение уровня АТФ в клетке. Генетические механизмы, являющиеся причиной данных событий - предмет дальнейших планируемых исследований.

Важнейшие публикации группы по данной теме:

Старение Drosophila melanogaster сопровождается нарушением сборки 26S протеасомы.
Aging perturbs 26S proteasome assembly in Drosophila melanogaster. Vernace VA, Arnaud L, Schmidt-Glenewinkel T, Figueiredo-Pereira ME.FASEB J. 2007 Sep;21(11):2672-82.

Старение и регуляция деградации белков: у кого ведущая роль?  
Aging and regulated protein degradation: who has the UPPer hand?
Vernace VA, Schmidt-Glenewinkel T, Figueiredo-Pereira ME.
Aging Cell. 2007 Oct;6(5):599-606. Epub 2007 Aug 6.

Адрес лаборатории и контакты:

http://sonhouse.hunter.cuny.edu/Pereira/

Department of Biological Sciences, Hunter College of City University of New
York, New York, New York 10065, USA.

Телефон: (212) 650-3565

Электронная почта: pereira@genectr.hunter.cuny.edu

ПРОТЕОЛИЗ И МЫШЕЧНАЯ АТРОФИЯ


Мышечная кахексия и саркопения – возрастные патологии, характеризуются не только снижением массы скелетных мышц, но также постепенным ослаблением мышечной функции, включающим уменьшение силы, максимальной скорости сокращений и общим замедлением сокращений и расслаблений. Природой данных болезней считают результат дисбаланса между синтезом и расщеплением белков либо между процессами апоптоза и регенерации. Этот дисбаланс зависит как от нарушений белкового синтеза, так и от изменений процессов протеолиза в мышцах при старении. Убиквитин-протеасомальный путь используется скелетной мышцей для расщепления большей части ее белков, включая самые крупные сократительные белки, такие, как, например, миозин. Его изменения считают одним из механизмов развития мышечных патологий.

4. Доктор Паола Клеменс показала, что трансфекция миобластов геном cFLIP, ингибитором NF-kappaB, активировала дифференцировку миобластов

Paula R. Clemens, MD

Место работы: Служба неврологии, Система Здравоохранения Питтсбурга (Neurology Service, Pittsburgh VA Healthcare
System
).

Основное направление исследований:
Основными интересами доктора Паолы Клеменс являются наследственные мышечные и нервные патологии. Деятельность доктора Клеменс включает как клиническую работу с пациентами, так и научную работу. Последние работы ученого посвящены генной терапии как возможности борьбы с наследственными заболеваниями.


Последние исследования лаборатории в области роли нарушений активности протеасом при развитии старческих нейродегенеративных заболеваний:
Для изучения патофизиологии кахексии как осложнения ракового заболевания и поиска  вариантов лечения исследовали эффект выделяемых раковыми клетками цитокинов на первичные миобласты, полученные из скелетной мускулатуры мышей (Jiang et al., 2006). Эти исследования показали, что факторы, выделяемые раковыми клетками предстательной железы и меланомы ( интерлейкин (IL)-1b, TNF-альфа и фактор, вызывающий протеолиз (PIF)) значительно ингибируют дифференцировку миобластов. При этом связывающая и транскрипционная активность NF-kappaB в обработанных этими факторами миоцитах были повышены. Трансфекция миобластов геном cFLIP (клеточный каспаза-8-подобный белковый ингибиор), который является ингибитором NF-kappaB, активировала экспрессию мышечных маркеров в миобластах. В то же время оверэкспресся антиапоптотического белка Bcl-xL не вызывала подобного эффекта. Эти результаты показывают, что воздействие не на все  молекулярные системы, вызывающие развитие кахексии, может быть эффективным - в ряде случаев баланс можно нарушить, а в ряде случаев она способна восстанавливаться. Перспективной является работа с белком cFLIP, воздействие которым оказывало положительный эффект на развитие мышечных клеток.




Важнейшие публикации группы по данной теме:

Клеточный каспаза-8-подобный белковый ингибитор (cFLIP) предотвращает угнетение дифференцировки мышечных клеток индуцированные раковые клетки.
Cellular caspase-8-like inhibitory protein (cFLIP) prevents inhibition of muscle cell differentiation induced by cancer cells. Jiang Z, Clemens PR. FASEB J. 2006 Dec;20(14):2570-2.

Сравнение возможностей аденовирусных высокоэффективного вектора и вектора первого поколения на мышиных мышечных клетках в период внутриутробного развития.
Comparison of high-capacity and first-generation adenoviral vector gene delivery to murine muscle in utero. Bilbao R, Reay DP, Wu E, Zheng H, Biermann V, Kochanek S, Clemens PR. Gene Ther.
2005 Jan;12(1):39-47.


Адрес лаборатории и контакты:

http://path.upmc.edu/CMP/fac58.htm

Department of Neurology, University of Pittsburgh,
Pittsburgh, PA 15213, USA.

Телефон: (412) 648-8914

Электронная почта: clemenspr@upmc.edu

5. Профессор Рассел Томас Эппле показал, что ограничение калорий способствует осуществлению протеосомного сигнальнго пути при старении

Pr. Russ Thomas Hepple

Место работы: Факультет кинезиологии, Университет Калгари (University of Calgary), Канада

Основное направление исследований:
Основными интересами лаборатории Рассела Томаса Эппле являются причины сокращениея скелетной мышечной массы, которое наблюдается при старении и развитии возрастных заболеваний, таких как сердечно-сосудистые патологии, болезни легких, кахексия, саркопения, рак др. Последние результаты лаборатории показывают, что снижение эффективности работы митохондрий (но не их количества) играет важную роль в ухудшении аэробных функций скелетной мускулатуры при старении. Интересным фактом является то, что длительные ограничения калорийности снижают сокращение скелетной мышечной массы и ее аэробной функции по мере старения. Таким образом, одной из главных задач текущих исследований лаборатории является выявление молекулярных механизмов, посредством которых ограничение калорийности защищает функции митохондрий при старении и в какой степени физические нагрузки могут имитировать этот защитный эффект.

Последние исследования лаборатории в области роли ограничения калорийности питания для сохранении функциональности протеасомного сигнального пути:

Группа Рассела Эппле сравнивала уровень окисления белков и компонентов протеасомного пути при избыточном кормлении и при ограничении калорийности питания на примере подошвенной мышцы (musculus plantaris) крыс. Оказалось, что при ограничении калорийности с возрастом у крыс не наблюдалось накоплния карбонилированных белков, характерных для крыс без ограничения кормления. Параллельно с возрастом в обоих случаях возрастали уровни  убиквитин-лигаз MuRF1 и MAFbx, хорошо известных участников сигнального каскада, приводящего к развитию мышечной атрофии (см. схему раздела "Протеолиз и мышечная атрофия")

 С другой стороны, химотрипсиновая активность протеасом  с возрастом увеличивалась только в случае ограничении калорийности, при том, что экспрессия протеасомной субъединицы С2 возрастала одинаково в обоих группах. Также интересно, что у самых старых животных обоих групп мышечная масса была ниже, чем этого можно было бы ожидать исходя из уровня их протеасомной активности. Исходя из этих результатов авторы предполагают, что ограничение калорийности способствует снижению уровня модифицированных белков и осуществлению протеасомного сигнального пути. У этих результатов большое прикладное значение, так как они демонстрируют эффект ограничения калорийности на замедление развития мышечной атрофии. Лабораторией планируется дальнейшее исследование молекулярных механизмов таких эффектов (Hepple et al., 2008).

Важнейшие публикации группы по данной теме:

Ограничение калорий способствует осуществлению протеосомного пути при старении у подошвнной мышцы крыс: значение для лечения саркопении.
Caloric restriction optimizes the proteasome pathway with aging in rat plantaris muscle: implications for sarcopenia. Hepple RT, Qin M, Nakamoto H, Goto S. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol. 2008 Oct;295(4):R1231-7.

Почему ограничение питания сохраняет работоспособность митохондрий при старении скелетной мускулатуры.
 Why eating less keeps mitochondria working in aged skeletal muscle. Hepple RT. Exerc Sport Sci Rev. 2009 Jan;37(1):23-8. Review.

Активация экспрессии генов каспазы и AIF коррелирует с развитием саркопении в процессе старения у самцов крыс линии F344BN.
Elevated caspase and AIF gene expression correlate with  progression of sarcopenia during aging in male F344BN rats. Baker DJ, Hepple RT. Exp  Gerontol. 2006 Nov;41(11):1149-56. Epub 2006 Oct 6.


Адрес лаборатории и контакты:
http://www.ucalgary.ca/hpl/hepple/

Faculty of Kinesiology 60 Hawkwood Hill, NW
University of Calgary
Calgary, AB
2500 University Drive NW Canada T3G 3C6
Calgary, AB, CANADA T2N 1N4 phone: (403) 264-4713

Телефон: (403) 220-8549 (офис); 220-6731 (лаборатория)
Факс: (403) 284-3553

Электронная почта: hepple@ucalgary.ca

6. Доктор Эрик Блу показал, что механизмы развития атрофии зависят от типа мышеных волокон, в которых она развивается

Dr. Eric Blough

Место работы: Лаборатория Молекулярной Физиологии, Факультет биологических наук, Университет Маршалла (Marshall University), США.


Основное направление исследований:

Основными интересами лаборатории Эрика Блу является исследование молекулярных механизмов, связанных с сократительными сигналами в скелетной и гладкой мускулатуре и то,  каким образом эти сигналы регулируется с помощью упражнений, как изменяются с возрастом. Лаборатория использует различные животные и клеточные модели, а также молекулярные, морфологические и физиологические методы для решения данных исследовательских вопросов.

Последние исследования лаборатории в области роли нарушений протеолизиса при развитии саркопении у пожилых:

Группа Блу исследовала механизмы апотоза мышечных клеток, которые наблюдаются при развитии саркопении, на модели крыс линии F344/N x BN. Известны апототические сигнальные механизмы,  которые осуществляются за счет высвобождения митохондриальных факторов при участии различных каспаз, белков Bax, Bcl-2 и др.:

Целью исследователей было проверить, играют ли они решающую роль при дегенерации разных типов мышечных волокон (быстро и медленно сокращающихся), сопровождающихся фрагментацией ДНК, возникающих  возрастом. Изучали также, принимает ли участие белок калпайн в возраст-зависимых протеолитичеких процессах. Для этого исследовали уровень протеолитической деградации мышечного белка альфа-фодрина. С возрастом у всех типов мышц уровень калпайн-зависимого протеолиза возрастал, а уровень протеолиза, осуществляемого каспазами - только у медленно сокращающегося типа мышц (soleus) у очень пожилых крыс.
Эти результаты говорят о том, что в разных типах мышечных волокон механизм их возраст-зависимой дегенерации различаются, что необходимо учитывать при лечении разных типов мышечных атрофий. Характер этих различий требуют дальнейших исследований для адекватного подбора лекарств и терапии.

 Важнейшие публикации группы по данной теме:

Механизмы апоптотическх процессов у быстро и медленно сокращающихся мышечных волокон регулируется по-разному при старении крыс линии F344 / N X BN.
Sarcopenia-related apoptosis is regulated differently in fast- and slow-twitch muscles of the aging F344/N x BN rat model. Rice KM, Blough ER. Mech Ageing Dev. 2006 . Aug;127(8):670-9. Epub 2006 May 4.

Fischer 344/NNiaHSd X Brown Norway/BiNia лучшая модель для исследования саркопении, чем Fischer 344/NNiaHSd: сравнительный анализ мышечной массы и сократительных свойств на моделях стареющих самцов крыс.
The Fischer 344/NNiaHSd X Brown Norway/BiNia is a better model of sarcopenia than the Fischer 344/NNiaHSd: a comparative analysis of muscle mass and contractile properties in aging male rat models. Rice KM, Linderman JK, Kinnard RS, Blough ER. Biogerontology. 2005;6(5):335-43.

Адрес лаборатории и контакты:

http://science.marshall.edu/blough/index.html

Department of Biological Sciences, Marshall University,
Huntington, WV 25755-1090, USA.

Электронная почта: blough@marshall.edu

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Прошло уже 20 лет с открытия специфического внутриклеточного протеолиза. За это время в мире сложилось несколько научных центров по изучению протеасомы, ее генов и регуляции их считывания.

Сейчас уже никто не сомневается, что без внутриклеточного протеолиза, который специфически “выводит из игры” в нужное время и в нужном месте важнейшие белковые компоненты, клетка не может обойтись. Деградация белков протеасомой — процесс с тонкой настройкой, поэтому сбои в нем, нарушающие равновесие между пролиферацией и апоптозом, служат причиной разных болезней как врожденных, так и приобретенных.  В настоящее время активно исследуются возможность нарушения проеолитических процессов в связи с
накоплением в организме ошибочных белков и, в конечном итоге, развитием
возрастных заболеваний. Сделано очень много, а предстоит еще больше, потому что работа протеолитической частицы теснейшим образом смыкается с патогенезом многих таких заболеваний. А значит, и с возможностью изменять их течение.

Комментарии

Оставить комментарий

Поделиться с друзьями

Share on Twitter