Head

Стволовые клетки, рак и старение

Представители Фонда «Наука за продление жизни» приняли участие
в Кейстоновской конференции

Конференция «Стволовые клетки, рак и старение»
(29 сентября—4 октября 2008, Сингапур)
LogoKS
К

ейстоновская конференция по молекулярной и клеточной биологии (Keystone Symposia on Molecular and Cellular Biology) под названием «Стволовые клетки, рак и старение» проходила в г. Сингапур 29 сентября – 4 октября 2008 года в самом большом в Азии отеле «Swissotel The Stemford» (73 этажа).

Организаторами конференции выступили сэр Дэвид Лейн, директор Института молекулярной и клеточной биологии в Биополисе (Сингапур), и Арнольд Левин (Принстон, США). Оба исследователя являются первооткрывателями транскрипционного фактора р53, ответственного за 80% разновидностей злокачественных опухолей у человека. В работе конференции участвовало около 300 специалистов по онкогенезу и старению из многих стран Азии, Европы и США.

SingapurK
На фото: участники конференции – Олег Демидов (A-STAR, Singapore), Андрей Гудков, Дмитрий Булавин (A-STAR, Singapore) и Алексей Москалев.

Пленарная лекция проф. Хаймейкерса (Голландия) была посвящена связующей роли репарации ДНК между онкогенезом и старением. Прежде всего, он очертил круг эндогенных источников повреждения молекулы ДНК в клетке – активные формы кислорода, липидные пероксиды и алкилирующие агенты. Первичные повреждения нити ДНК, в свою очередь, могут вызывать ошибки репликации, сегрегацию аберрантных хромосом, мутации, блокирование транскрипции, что, в конечном итоге, служит причиной остановки (либо временной задержки) клеточного цикла или гибели клетки.

В клетке предусмотрено множество типов репарации поврежденной ДНК: эксцизионная репарация нуклеотидов (NER), эксцизионная репарация оснований (BER), гомологичная рекомбинация, репарация неправильно спаренных оснований.

Наиболее многогранным видом репарации является эксцизионная репарация нуклеотидов, удаляющая широкий спектр повреждений, приводящих к расплетению цепочки ДНК. Она подразделяется на NER всего генома, предотвращающую возникновение мутаций, и связанную с транскрипцией NER, удаляющую цитотоксические затруднения транскрипции. Известно несколько наследственных синдромов, связанных с нарушением NER – пигментная ксеродерма (XP, аномалии пигментации покровов тела и высокая частота рака кожи), синдром Кохейна (CS, аномалии развития нервной системы) и трихотиодистрофия (TTD, преждевременное старение). Все три заболевания связаны с мутациями NER геликаз XPB и XPD, являющихся частью репарационного и транскрипционного комплекса TFIIH.

Мыши с мутацией XPDTTD демонстрируют, что трихотиодистрофия является частичным синдромом ускоренного старения. Их продолжительность жизни составляет всего 1.5 года. Аналогичным образом люди, страдающие TTD, живут менее 5 лет. Однако при этом синдроме частота онкогенеза не повышается. Напротив, мыши с двойной мутацией XPDXP/CS предрасположены к опухолям и ускоренному старению одновременно. Такие мыши гибнут в возрасте 3-6 недель. Среди выявляемых у них симптомов ускоренного старения можно отметить остеопороз, нейродегенерацию, раннюю потерю фертильности и остановку роста, старение печени и почек, глухоту, потерю фоторецепторных клеток ретины и быстрое истощение количества гематопоэтических стволовых клеток. Этот факт сам по себе может служить весомым доказательством теории старения, предполагающей ключевую роль повреждения ДНК. Возможно, что оксидативные повреждения ДНК препятствуют транскрипции и репликации, запуская апоптоз или клеточное старение, обусловливающие старение организма.

Повреждение ДНК, выявляемое у двойных мутантов XPDXP/CS, запускает системное подавление IGF-1 – соматотропной оси, вызывая метаболический сдвиг в направлении запасания энергии в ущерб энергопродукции, что объясняет дефекты роста у мутантов по репарации. При этом активизируется и антиоксидантная защита. У двойных мутантов, в целом, меняется экспрессия генов метаболизма углеводов, оксидативного метабилизма, биогенеза пероксидаз, IGF-1, IGF-BP 3 и 4, рецептора гормона роста. Нечто подобное, как ни странно, происходит и у долгоживущих карликовых мышей Эймса и при низкокалорийном питании — по-видимому, при повреждении ДНК организм активизирует все имеющиеся компенсаторные механизмы. Таким образом, повреждение ДНК вызывает адаптивный ответ (“survival response”), служащий связующим звеном между повреждением ДНК и контролем продолжительности жизни через IGF-1 путь.

Д-р Лоуренс Донхауер (Хьюстон, США) рассказал об исследованиях стволовых клеток и старения на модели р53-мутантных мышей. Взаимосвязь онкогенеза и старения через р53 можно описать следующим образом. Онкогены индуцируют белок ARF, который подавляет активность ингибитора р53 Mdm2. В результате количество функционального р53 в клетке накапливается, что через р53-зависимую индукцию белков р21 и 14-3-3 вызывает клеточное старение, либо апоптоз — через Bax и Puma. Оба механизма (клеточное старение и апоптоз) подавляют онкогенез, но способствуют старению организма в целом. В подтверждение, искусственная сверхактивация р53 у мышей линии р53+/m приводит к снижению частоты возникновения опухолей, но в то же время — к уменьшению продолжительности жизни и увеличению числа стареющих клеток в почках, печени и селезенке (выявляемых по окрашиванию на бета-галактозидазу). Снижение частоты рака у данных мышей может быть связано с наблюдаемым у них более выраженным ответом на повреждение ДНК. При этом радиационно-индуцированный апоптоз и IGF-1 сигналинг менее активны, чем в контроле, а число возрастзависимых мутаций, напротив, выше.

Д-р Хайди Скрабл показал взаимосвязь р53 и IGF. Дополнительная копия «укороченной» версии белка р53 (D40р53) нарушает нейрогенез и развитие соответствующих стволовых клеток, что ускоряет старение организма. Таким образом, р53 контролирует продолжительность жизни через регуляцию пролиферации стволовых клеток. Данные о роли р53 в контроле продолжительности жизни получены и у короткоживущих видов ­­– дрозофил и нематод, у которых во взрослом состоянии нет соматических стволовых клеток. Напротив, короткая изоформа р53 стимулирует рецептор IGF-1 на посттранскрипционном уровне. Двойные мутанты (D40р53 Х IGF-1R) характеризуются восстановлением нейрогенеза.

Д-р Мери Пери (Вифезда, США) показала, что не все варианты сверхактивации р53 сопряжены с ускоренным старением организма. Как известно, р53 инактивирован при большинстве видов опухолей. В остальных случаях рака сверхактивируется ингибитор p53 — Mdm2, который способствует убиквитинированию, то есть утилизации р53 в клетке. Мыши, несущие гипоморфную мутацию mdm2puro, характеризуются гиперактивностью р53, что выражается в снижении массы тела, радиочувствительности и лимфопении. Снижение массы тела, по-видимому, связано с тем, что р53 подавляет инсулиновый и фосфоинозитидный сигналинг через индукцию белков р110 и PTEN. При этом у данных мышей нет признаков ускоренного старения, напротив, истончение костей у них замедляется.

Д-р Магдалена Зерника-Гетц (Кембридж, Великобритания) выявила некоторые механизмы, которые уже на ранних стадиях развития организма предопределяют путь развития плюрипотентных клеток в дифференцированные. Первый выбор пути клеткой в эмбриогенезе происходит на этапе отделения внутренней плюрипотентной клеточной массы от внешних клеток, дифференцирующихся затем в экстра-эмбриональную трофоэктодерму. Как клетки выбирают свою судьбу? Первая гипотеза уделяет основное внимание расположению клетки относительно окружающей эмбрион среды — внутри либо снаружи. Вторая гипотеза предполагает изначальную поляризацию клетки и последующее асимметричное деление. Показано, что оба механизма в действительности регулируют экспрессию генов, определяющих судьбу клетки. Например, ген Cdx2 предопределяет (еще на стадии бластоцисты) переход «внешних» клеток зародыша в трофоэктодерму путем симметричных делений. Уже на 8-клеточной стадии он дифференциально экспрессируется в разных бластомерах. Продукт гена Cdx2, накапливаясь в апикальном домене клетки, подавляет полярность клетки и образование внутренней клеточной массы. В свою очередь, плюрипотентная внутренняя клеточная масса развивается при участии генов Oct4, Nanog, Sox2, которые находятся в антагонизме с Cdx2 (взаимоподавляются).

Д-р Джерард Эван (Сан Франциско, США) показал, что функция р53 может меняться в зависимости от глубины стресса. Умеренный непродолжительный стресс, индуцируя р53, приводит к обратимой задержке клеточного цикла, индукции репарации и автофагии, что способствует выживанию клетки и организма. Перманентный стресс вызывает р53-зависимый апоптоз и старение клетки, что приводит к старению.

Д-р Кони Эйвс (Канада) показала, что у мышей на 10000 клеток красного костного мозга приходится одна гематопоэтическая стволовая клетка. В свою очередь такие клетки подразделяются на клетки с высокой и низкой способностью к самовоспроизводству. Как показал в другом докладе Даниел Тенен (Сингапур), медленно возобновляемые и возобновляемые быстро клетки составляют 10% и 90% популяции гематопоэтических стволовых клеток, соответственно.

Проф. Андрей Гудков (Буффало, США) нашел подход, позволяющий защитить стволовые клетки (как кишечные, так и гематопоэтические) от облучения при терапии рака. Как оказалось, выключение апоптоза в клетках опухоли и подавление гибели клетки, вызываемое паразитами, сходно и связано с изменением регуляции транскрипционных факторов р53 (деактивация) и NF-kB (сверхактивность). Клетки опухолей в результате если и погибают, то не по механизму классического апоптоза, а от некроза. Однако соседние клетки, особенно стволовые, при терапии рака массово гибнут по пути апоптоза. Гудков и соавторы обнаружили, что пептидный фрагмент флагеллина из оболочки бактерии сальмонеллы, связываясь с TLR5-рецептором на поверхности клетки кишечника, стимулирует антиапоптозную активность NF-kB, индуцирующего белки выживания клетки IAPs, Bcl-2, Sod2, ферритин и цитикины G-CSF, IP-10, IL-6. Однако данная индукция происходит цикличным образом, что надо учитывать при ее использовании в терапии.

Д-р Грегори Вердин (Гарвардский университет) разработал метод воздействия на прежде недостижимые внутриклеточные мишени. Число таких мишеней для терапевтического вмешательства составляет 80-90 %. Метод заключается в синтезе особых скрепляющих пептидов, специфическим образом стабилизирующих домены белков-мишеней, вызывая так называемые «синтетические мутации». Например, пептид SAHB стабилизирует альфа-цепь в антиапоптозном белке Bcl-2, способствуя его выключению и подавлению лейкемии и диабета у мышей in vivo. На очереди — регуляция транскрипционного фактора Notch.

Сэр Девид Лейн (Сингапур) рассказал об успехах в поиске малых молекул, способных специфичным образом контролировать активность р53. Примером такой молекулы является нутлин, ингибирующий взаимодействие между р53 и mdm2 и способствующий трансактиваторной функции р53. Другая молекула, теновин-1, запускает р53-зависимый апоптоз, но не является генотоксичной. По-видимому, теновин ингибирует деацетилазу SirT1, вызывая накопление ацетилированной (активной) формы р53, что может быть полезно при терапии опухолей.

Д-р Син Моррисон (США) представил доклад о старении стволовых клеток. Количество стволовых клеток, в том числе в ЦНС, с возрастом снижается, что связано с замедлением их пролиферации, что вносит существенный вклад в старение организма. Показано, что с возрастом сверхактивируется ген р16Ink4a, предотвращающий обновление стволовых клеток. Кроме того, с возрастом снижается экспрессия гена Hmga2, подавляющего антипролиферативные гены р16Ink4a и р19Arf. Делеция р16/р19 у мышей частично восстанавливает пролиферацию стволовых клеток.

Выражаю искреннюю признательность М.А. Батину за предоставленную возможность принять участие в конференции.

(д.б.н. Москалев А.А., Институт биологии Коми НЦ УрО РАН)


2009-2013 Благотворительный фонд поддержки научных исследований «Наука за продление жизни»
Открытость – наша политика! При использовании материалов ссылка на сайт не обязательна