Данная статья собрана из нескольких моих ранних заметок о влиянии внеклеточного матрикса на процесс старения. Текст статьи будет обновляться — я планирую дополнить список литературы и внести некоторые стилистические коррективы. Denis Odinokov

Соединительная ткань включает в себя волокнистые ткани, жировую ткань, хрящи, кости, костный мозг, кровь и включает значительное количество внеклеточных веществ, которые образуют структуру органов и тканей организма. Разнообразные типы коллагенов являются основным компонентом соединительной ткани позвоночных и составляют примерно одну треть белков в организме.

Влияние образования поперечных сшивок между фибрилами коллагена— превалирующего белка внеклеточного матрикса — на процесс старения и связанные со старением заболевания изучалось в ранних работах Йохана Бьоркштена (Johan Björksten), которые датируются 1942 годом. Автор предположил, что образование внутри- и межмолекулярных ковалентных сшивок меняет структуру макромолекул и приводит к их дисфункции: «Старение живых организмов, на мой взгляд, связано с случайным образованием […] мостов между молекулами белка, которые не могут быть разрушены клеточными ферментами» [2].

Фриц Верзар (Fritz Verzár) впервые продемонстрировал в 1950-х годах, что количество «сшитых» коллагеновых волокон внеклеточного матрикса экспоненциально увеличивается с возрастом [3].

Эти модифицированные белки остаются невосстановленными, накапливаются на протяжении всей жизни и вызывают изменения в механических свойствах микроокружения, тканей и органов, что приводит к порочному циклу постепенного увеличения повреждений, и серьезно ограничивают применение сенолитиков, стволовых клеток и других методов «антивозрастной» терапии.

Ни один новомодный метод, обсуждаемый в связи с влиянием на продолжительность жизни, как-то экзосомы стволовых клеток, донорские митохондрии, сенолитики, эпигенетическое манипуляции (список можно продолжить) — не способен восстановить структуру матрикса, физические свойства которого (структура и жёсткость, в основном) являются не менее сильным, чем химический (то есть через ионы и молекулы) сигнальным фактором, определяющим судьбу клеток, тканей, органов и организма в целом.

Кроме интегрирующей роли и связи матрикса с вегетативной нервной системой, которая ранее была изучена Альфредом Пишингер и Хартмут Хайне (Alfred Pischinger, Hartmut Heine) [4], следует отметить что молекулы коллагена содержат большое количество пролина — аминокислоты способной проводить слабые электромагнитные волны, генерируемые клетками и тканями. Поэтому нельзя исключить возможность, что соединительные ткани, в дополнение к механическим и химическим сигналам, формируют единую биоэлектрическую сигнальную систему организма. Тут интересно отметить ряд работ, в которых исследователям удалось, меняя топографию среды [5, 6] или электромагнитное излучение [7, 8], не только управлять клеточным циклом, но и превращать взрослые соматические клетки в стволовые без помощи вирусов с вектором факторов Яманака.

Даже незначительные изменения геометрии межклеточной среды оказывают влияние на экспрессию генов и функцию клеток. Передаваемые через цитоскелет клетки механические сигналы и жесткость ядерной ламины (ядерной пластинки) совместно регулируют динамику ядра и хроматина [9, 10].

Так, «молодые» фибробласты стареют в старом матриксе и наоборот — «старые» клетки утрачивают признаки связанного со старением секреторного фенотипа в «молодом» матриксе [11–13].

Вероятно, что жесткость внеклеточного матрикса также влияет на морфологию митохондрий и синтез АТФ [14, 15].

Некоторые могут возразить «давайте разрушим старый матрикс — ведь как-то организм обновляет коллаген — и создадим новый, лучше прежнего» игнорируя тот факт, что, во-первых, молекулы коллагена кожи, согласно ряду исследований, имеют период полужизни 15 лет, а хрящей — более 100 лет [16–18], и во-вторых, на сегодняшний день не существует избирательных ферментов и разрушать придется все протеины. Более того, по мере увеличения количества сшивок, коллагеновые фибриллы становятся более плотными, делая матрикс менее доступным для ферментов, участвующих в естественном обороте коллагенов. Следовательно, скорость оборота белков матрикса со временем замедляется, и как результат — это приводит к появлению еще большего количества сшивок.

Процесс неферментатиивного гликозилирования или гликирования — причины образования сшивок — практически не регулируется. Хотя есть возможность «сдерживания» гликозилирования через трансгликацию [19], при которой в «расход» идут глутатион, полиамины, тиолы, свободные аминокислоты, например, таурин, лизин, предотвращая формирование новых сшивок.

Описание прочих негативных эффектов гликирования, отличных от изменения структуры и жесткости внеклеточного матрикса, например, формирование метаболитической памяти [20], увеличение воспалительных процессов и т.п., выходит за пределы данной статьи.

Также есть варианты уменьшения вреда ответной реакции организма на увеличение жесткости внеклеточного матрикса — секрецию трансформирующего ростового фактора бета (TGF-beta), богатого цистеином белка 61 (Cyr61/CCN1) и прочих сигнальных молекул. Например, фиброз тканей может быть замедлен ингибиторами матриксных металлопротеиназ, одним из которых является доксициклин.

Ранее разработанные препараты против поперечных сшивок, таких как Alagebrium/ALT-711 [21], C36 [22], TRC4149 [23] были нацелены на нейтрализацию карбоксиметиллизина — самого распространённого позднего продукта реакции Майяра, накапливающемся в организме при диабете.

Считается, что глюкезепан, оказывает наибольшее влияние на течение болезней пожилого возраста человека и поэтому является приоритетной мишенью для противовозрастной терапии.

Однако, даже появление обещанного Дэвидом Шпигель решения — его группа работает над созданием ферментов против глюкозепана [24], не решит проблемы — разрушение одной из десятков видов известных сшивок, скорее всего, будет иметь временный характер и не сможет значительно изменить физические свойства межклеточного матрикса.

Кроме образования поперечных сшивок, белки также подвержены рацемизации [25–32].

Рацемизация — это спонтанный процесс, в результате которого происходит превращение оптически активных соединения в рацемическую смесь. Так, аминокислоты превращаются из L-формы в зеркальную D-форму (часть из них имеют свою биологическую активность). Рацемизация происходит во всех белках, но протеолитические ферменты не дают им накапливаться. Однако, в тканях с замедленным метаболизмом, количество рацемированных белков линейно увеличивается, например, в тканях зубов на 0,1% в год.

Рацемизация — это процесс «естественного» старения белков, поэтому может использоваться в качестве молекулярного индикатора старения, а также для идентификации долгоживущих белков. Количественное измерение степени рацемизации аспарагиновой кислоты используется в криминалистике и судебно-медицинской экспертизе для определения возраста останков.

Шведский химик Вернер Кун (Werner Kuhn) в 1955 году предположил, что данные изменения оптически активных соединений вызывают старение организма [33, 34]. Действительно, накопление белков с аномальными физико-химическими свойствами способствуют прогрессу ряда состояний, связанных со старением, таких как атеросклероз, эмфизема легких, пресбиопия, катаракта, дегенеративные заболевания хрящей и возрастные заболевания нервной системы.

Потеря функций белков происходит из-за протеолиза «поломанных» белков или из-за изменения их молекулярной структуры.

Поперечные сшивки коллагенов внеклеточного матрикса затрудняют доступ протеолитических и исправляющих ферментов (l-isoaspartyl methyltransferase [35]) к структурно измененным в результате рацемизации белкам [36]. Это способствует процессу накопления поврежденных белков в коллагене, что усугубляет ситуацию и негативно сказывается на механических свойствах тканей при старении [18].

Здесь я хочу поблагодарить Александра Фединцева за идею и дополнения дальнейшей части данного текста.

Итак, подвергшиеся неферментативному гликозилированию (гликированию), то есть реакции между углеводами (глюкозой, фруктозой и прочими) и свободными аминогруппами, белки, а также липиды и нуклеиновые кислоты, образуют так называемые конечные продукты гликозилирования (КПГ).

Роль КПГ в формировании внутри- и межмолекулярных поперечных сшивок белков хорошо изучена и не вызывает сомнений.

Кроме гликирования, существует не менее важный процесс, протекающий как в патологических, так и нормальных условиях — перекисное окисление липидов (ПОЛ).

Оба процесса, перекисное окисление липидов и гликирование, включают целую сеть различных реакций, в которых получается необычайно сложная смесь соединений [37].

Многочисленные исследования указывают на связь липидного состава мембран с максимальной продолжительностью жизни разных видов животных. Виды с преобладающим содержанием насыщенных жирных кислот в составе клеточных мембран обладают большей продолжительностью жизни даже по сравнению с филогенетически близкими видами [38–59].

Более того, эта разница в составах мембран позволяет объяснить «парадокс птиц»: птицы имеют очень быстрый метаболизм, но живут на порядок дольше млекопитающих со схожей величиной основного обменом (basal metabolic rate). Выяснилось, что у птиц индекс пероксидации клеточных мембран значительно ниже.

Также, липидный состав мембран позволяет объяснить разницу между продолжительностью жизни рабочих пчел и королев без привлечения пресловутых «программ старения».

Насыщенные и мононенасыщенные жирные кислоты более стабильны и менее подвержены перекисному окислению, по сравнению с полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК). Это происходит потому, что ПНЖК имеют протоны в уязвимой бис-аллильной позиции. Такой протон легко оторвать («абстрагировать») от молекулы жирной кислоты и это является первым шагом в цепочке реакций перекисного окисления липидов.

Распространенное мнение о том, что ПНЖК безусловно полезны стоит подвергнуть критике. Хотя возможно, что ПНЖК полезны как раз тем, что создают умеренный оксидативный стресс, способствуя гормезисному стресс-ответу.

Ряд исследований указывает на количественную связь между процессом перекисного окисления липидов и образованием поперечных сшивок белков матрикса. Так, например, один из продуктов перекисного окисления липидов, малондиальдегид (возникает при деградации ПНЖК), образует такое же количество сшивок с белками, как и глюкоза [60].

Это позволяет предположить, что долгоживущие виды не только в меньшей степени страдают от ПОЛ, но и имеют более замедленный, за счет уменьшения реакционной способности жирных кислот, процесс изменения белков внеклеточного матрикса.

Более десяти лет назад российский ученый Михаил Щепинов предложил использовать жирные кислоты, у которых водород заменен на дейтерий (изотоп, имеющий больший атомный вес и более прочную связь с атомом углерода), для продления жизни и лечения ряда заболеваний, вызванных избыточным синтезом свободных радикалов [61–64]. Измененные жирные кислоты более устойчивы к окислению и предотвращают разрушение клеточной мембраны.

В настоящее время, Retrotope — компания Михаила Щепилова, ожидает подтверждение FDA на проведение последней стадии клинических испытаний экспериментального препарата RT001. Недавно, dPUFA продемонстрировал задержку развития заболевания у 2 пациентов с болезнью Зейтельбергера, врожденной патологией характеризующееся нарушением обмена веществ с прогрессирующей липоидной дегенерацией в центральной нервной системе.

Возможно, что это лекарство поможет не только больным с наследственной нейродегенерацией, но также сможет значительно сдерживать старение за счет уменьшения перекисного окисления липидов и, как следствие, замедления процесса образования поперечных сшивок коллагенов внеклеточного матрикса.

Все обновления, а также ссылки на литературу смотрите в оригинале статьи.

27.10.2018 Источник: medium.com

2018-й принес обнадеживающие результаты в борьбе со старением и стал годом взрывного роста бизнеса на бессмертии. Начались испытания сенолитика — препарата, убивающего стареющие клетки, ключевого, как считается, «фактора смерти». А эксперименты с генетическим редактированием доказали возможность управления факторами старения. При этом было установлено, что после 90 лет риск смерти выходит на плато, а значит рекордные 122 года жизни для человека — точно не предел.

Победа над старостью

В 2018 году сразу несколько экспертов заявили, что победа над старением совсем близка. Правда, при внимательном рассмотрении, оказалось, что они имеют в виду немного разные вещи. Для биолога Джудит Кампизи «таблетка от старости» — это средство, которое поможет бороться с возрастными заболеваниями. Однако отменить смерть или существенно продлить максимальную продолжительность жизни не под силу ни одному препарату, уверена она.

Футуролог Рэй Курцвейл, напротив, убежден, что новые технологии позволят обмануть старость и даже победить смерть. И ждать осталось не так уж долго — соответствующие технологии должны появиться до 2050 года. С ним согласен геронтолог Обри де Грей: он прогнозирует, что лекарство от старости будет создано в ближайшие десятилетия.

Действительно, результаты некоторых экспериментов, проведенных в 2018 году, были весьма обнадеживающими. Пока Джудит Кампизи готовила испытания своего сенолитика — препарата, убивающего стареющие клетки, — ее коллеги тестировали все новые варианты лекарств от старения. Например, сочетание трех препаратов вдвое продлило жизнь червям-нематодам и плодовым мушкам. В другом испытании замечательные результаты показал популярный антибиотик миноциклин.

К сожалению, подобные эксперименты на животных не удается повторить в ходе испытаний на людях. Во многих случаях препараты, которые в два раза продлевают жизнь червям и насекомым, увеличивают жизнь мышей всего на 20-30%, а результаты для человека и вовсе статистически незначительны.  

В поисках единой теории

Многие исследователи полагают, что слепой поиск «таблетки от старения» — пустая трата времени. Чтоб победить старость, необходимо для начала построить единую фундаментальную теорию старения. Для этого в уходящем году специалисты изучали и людей, и мушек-дрозофил, чья жизнь не превышает нескольких недель, и удивительных голых землекопов — рекордсменов долголетия среди грызунов.

Эти исследования привели ученых к выводу, что секрет долголетия закодирован в наших генах. Например, ген CD36 активнее всего экспрессируется в стареющих клетках — и команда, открывшая это явление, уже поспешила назвать его «ключевым фактором старения». Кроме того, были обнаружены 25 генов, отвечающих за долголетиеприматов, в том числе человека, и генетические варианты, повышающие шансы на долгую жизнь. А эксперимент с участием крошечных коловратокпоказал, что даже омолаживающее влияние холода связано с генетическими факторами: низкие температуры замедлили старение лишь у тех особей, которые были к этому предрасположены.

Возможно, ключ к победе над старостью заключается именно в манипуляции генами. Блокируя действие одних генов и стимулируя экспрессию других, можно вмешаться в ход работы естественного механизма, которой приносит пользу в молодости, но начинает разрушать организм в зрелом возрасте.

Эксперименты с генным редактированием мышей подтверждает эту точку зрения. Впрочем, не факт, что их удастся повторить на человеке — особенно после череды запретов на изменение генома эмбрионов. Остается еще один путь — попытаться снизить окислительный стресс, отрицательно воздействующий на ДНК.

В уходящем году разгорелись новые споры о том, существует ли у человеческой жизни естественный биологический «потолок«. Большинство ученых полагают, что физические ограничения возраста существуют. Они указывают, что, несмотря на рост средней продолжительности жизни, максимальная продолжительность жизни не растет. Ни один долгожитель пока не смог преодолеть рубеж в 123 года. Однако новое исследование калифорнийских ученых продемонстрировало, что после 80-90 лет риск смерти растет медленнее, а затем и вовсе выходит на плато. Это значит, что рекордные 122 — далеко не предел. Впрочем, в конце года эту работу объявили результатом статистической ошибки.      

Бизнес на бессмертии

Многие люди не готовы ждать, когда ученые договорятся о единой теории старения и закончат исследования на червях и мышах. Эти смельчаки готовы уже сейчас испытывать на себе непроверенные лекарства и методики, надеясь что хотя бы одна из них сработает. Порой на «вечную жизнь» уходят баснословные суммы. Миллионер-биохакер Сергей Фаге поразил всех, заявив, что потратил на таблетки, инъекции и консультации у элитных врачей уже $200 000 — и расходы продолжают расти.

Неудивительно, что в 2018 году продолжили бурно развиваться стартапы, готовые удовлетворить спрос на «бессмертие».

Их основатели утверждают, что основывают свои методики исключительно на научных данных. Однако порой средства для борьбы со старением скорее заставляют вспомнить о средневековых практиках. Например, стартап Ambrosia намерен продлевать жизнь пожилым людям, переливая им кровь от молодых доноров. За одну процедуру компания берет $8000. Люди готовы пользоваться услугами компании, хотя нет никаких доказательств эффективности этой методики — за исключением экспериментов на мышах.

Даже стартапы, которые выглядят более научно обоснованными, могут продавать сомнительные услуги. Например, теломерная гипотеза старения — заслуженная научная идея, однако пытаться искусственно удлинить концы хромосом, надеясь таким образом продлить жизнь человека, — настоящее шарлатанство, уверены специалисты. Тем не менее, стартап Telomere Diagnostics занимается именно этим и процветает, несмотря на то, что его покинули основавшие его ученые.

Более серьезные компании не готовы предоставлять омолаживающие услуги прямо сейчас — вместо этого они вкладывают силы и средства в разработку новых лекарств. Например, Insilico Medicine занимается поиском «молекул бессмертия» с помощью машинного обучения. Глава компании Алекс Жаворонков уверен, что если бы стартапы, подобные Insilico, получали больше финансирования, средство от старости было бы уже готово. Однако политики и инвесторы не готовы вкладываться в эту сферу.

Тем не менее, ситуация меняется, и в 2018 году о планах инвестировать в борьбу со старением объявили несколько крупных компаний, в том числе Alphabet в лице дочерней компании Calico.

Простые способы продлить жизнь

Для тех, кто не готов выкладывать несколько тысяч долларов за одну процедуру и при этом рисковать здоровьем, есть более щадящий вариант биохакинга — диеты. В 2018 году ученым удалось доказать, что по крайней мере некоторые из них действительно помогают отдалить наступление старости и возрастные заболевания. Основной совет исследователей — сократить употребление калорий и есть больше клетчатки и сложных углеводов. Свою репутацию подтвердила и популярная средиземноморская диета — исследователи обнаружили, что она продлевает жизнь, даже если перейти на нее после 65 лет. Полезными будут и кардиотренировки.

Пожалуй, лучшим примером борьбы за увеличение продолжительности жизни в уходящем году стала Испания. Жители страны на собственном опыте могут сказать, что для здоровой старости не нужны новые лекарства и изощренные методики биохакеров — достаточно правильно питаться и вести здоровый образ жизни. По мнению экспертов привычки населения в сочетании с рядом мер, принятых правительством, к 2040 году выведут Испанию в лидеры по продолжительности жизни. Страна обгонит даже Японию — многолетнего рекордсмена по этому показателю.

04.01.2019 Источник: hightech.plus

Китайский ученый Цзянькуй Хэ заявил о рождении первых в мире детей из генетически отредактированных эмбрионов. По словам ученого, родились близняшки, у которых он попытался создать устойчивость к заражению ВИЧ. Хэ рассказал о своей работе в эксклюзивном интервью Associated Press, научной статьи о его исследовании или независимых подтверждений пока нет, но его уже успели раскритиковать за эксперименты на людях с недоказанной эффективностью.

Первый в США эксперимент по редактированию генома человеческих эмбрионов с помощью технологии CRISPR/Cas9 американские ученые представили летом 2017 года, до этого аналогичные работы проводились в Китае, в том числе на жизнеспособных эмбрионах. Во всех экспериментах редактирование проводили в медицинских целях, а эмбрионы впоследствии были уничтожены. Осенью 2017 года британские ученые опубликовали итоги эксперимента, в рамках которого редактирование генома эмбрионов человека впервые применили не для лечения врожденных заболеваний, а в чисто исследовательских целях. Редактирование генома на уровне целого эмбриона подразумевает неизбежную передачу изменений по наследству, что вызывает опасения некоторых ученых и политиков. Консенсуса относительно юридического статуса таких исследований в западных странах пока нет. Хотя в Китае запрещено клонирование человека, прямого запрета на генетическое редактирование жизнеспособных эмбрионов, в отличие от США, там нет.

Хэ заявил AP, что отредактировал эмбрионы семи пар, проходивших ЭКО, и пока одна из процедур закончилась беременностью и родами. По его словам, родители девочек отказались назвать себя и дать комментарии, и он не сообщил агентству, где они живут и где выполнялась работа. Пациентов он набирал через группу ВИЧ-активистов в Пекине. Помимо AP, Хэ рассказал о своем исследовании организатору конференции по генетическому редактированию, которая начнется во вторник (конференция в материале не называется, но, видимо, это второй международный саммит по редактированию генома человека в Гонконге).

«Я чувствую колоссальную ответственность за то, что это не просто первый такой случай, но и пример для всех. Общество решит, что делать дальше [разрешать или запрещать такие исследования]», — сказал Хэ.

Двое из опрошенных AP ученых жестко раскритиковали этот этически недопустимый «эксперимент на людях», отметив, что технологии для такой работы пока не «созрели». Однако Джордж Черч, генетик из Гарвардского университета, подчеркнул, что сама задача борьбы с ВИЧ оправдывает использование методов генетического редактирования.

Хэ рассказал агентству, что учился в университете Райса и Стэнфорде в США и теперь работает в Южном университете науки и технологий в Шэньчжэне, где у него есть лаборатория и две компании в сфере генетики. До экспериментов с человеческими эмбрионами Хэ работал с мышами и обезьянами. В своем последнем эксперименте он пытался «отключить» ген CCR5, который кодирует белок, позволяющий ВИЧ проникнуть в клетку. В статье AP упоминается метод редактирования CRISPR/Cas9, однако прямого указания на то, что Хэ использовал именно его, там нет. Всего ученому удалось отредактировать 16 из 22 эмбрионов, 11 из которых использовались в шести попытках — одна закончилась беременностью и родами. Следующие попытки пока не проводятся, чтобы убедиться в безопасности состоявшегося эксперимента.

По словам Хэ, у одной из девочек отредактированы обе копии нужного гена, а у второй — одна копия, свидетельств повреждения других генов он не нашел. Однако эксперты, опрошенные AP, в том числе Черч, изучили материалы, предоставленные Хэ агентству, и считают, что проведенных тестов недостаточно для того, чтобы с уверенностью сказать, что редактирование прошло успешно и не нанесло вреда.

Кроме того, агентство отмечает, что Хэ официально уведомил государство о своей работе через реестр клинических испытаний лишь 8 ноября, намного позже, чем она началась. В формах информированного согласия для участников эксперимента программа описывалась как «разработка вакцины от СПИД», так что не очевидно, что участники действительно понимали ее назначение, риски и выгоды. Хэ утверждает, что лично объяснил всем парам, что имплантация отредактированных жизнеспособных человеческих эмбрионов ранее не проводилась, и что он пообещал всем родившимся детям медицинскую страховку и регулярные обследования до 18 лет и далее.

Издание TechCrunch связалось с больницей Shenzhen HarMoniCare Women's and Children's Hospital, которая, по словам Хэ и документам, на которые ссылается MIT Technology Review, якобы одобрила проведение исследования. Представитель больницы заявила, что не знает о таком эксперименте, а больница, по ее словам, проверяет подлинность представленных документов. Ни редактирование генома, ни роды не проходили в больнице HarMoniCare, заверила собеседница издания.

Агентство Bloomberg пишет, что Южный университет науки и технологий в Шэньчжэне, где якобы работает лаборатория Хэ, "шокирован" новостями. Сам ученый, согласно заявлению университета, с февраля находится в неоплачиваемом отпуске, а руководство университета и кафедра биологии ничего не знали о его экспериментах. Университет, как и больница, планирует собственное расследование истории.

 На дату 30.11.2018 известно, что Китай приказал остановить работу по редактированию генома людей.  Сам же Хэ после международного саммита и доклада с предоставлением всей научной базы покинул Гонконг и напрямую ни с кем не общается. Он лишь сообщил через своего представителя, что вскоре предоставит «все исходные данные эксперимента, необходимые для проведения независимого анализа».

26.11.2018 Источник: nplus1.ru