О нас
Приоритетные направления исследований
Международное сотрудничество
Конгрессы, школы, конференции
XIX конгресс МАГГ (Париж, 05-09/06/2009)
Наша библиотека
Журнал "Успехи геронтологии"
Вестник Геронтологического общества РАН
Премии ГО РАН
Диссертации по геронтологии и гериатрии
Образовательные программы
Фотоархив

СОТРУДНИЧЕСТВО

XIX конгресс МАГГ (Париж, 05-09/06/2009)

 

XIX Всемирный геронтологический конгресс
(19th IAGG World Congress of Gerontology and Geriatrics)

Он состоялся 5-9 июля 2009 года во Дворце конгрессов в Париже при небывалом количестве участников — около 6000 делегатов из 82 стран мира. Внушительной была и делегация России — 49 человек.


Сильвия Ричард-Блум (Лион, Франция) представила доклад о новом системном подходе к следованию старения. Поскольку старение — системное заболевание, для понимания его механизмов необходимо использовать весь арсенал современных информационных технологий. Среди них особое место принадлежит созданию сетей взаимодействия (interaction networks) белков, липидов, углеводов, метаболитов и генов. Первые результаты подобных обобщений уже нашли место в специализированных базах данных IntAct, MINT, MatrixDB. Сети межмолекулярных взаимодействий состоят из узлов (молекул) и связей между ними (links). Те из узлов, которые имеют наибольшее количество связей с остальными, носят название центральных (hubs). В то время как рандомизированное удаление 7% молекул из сети не приводит к ее распаду, целенаправленное изъятие 7% центральных узлов разрушает сеть. Центральные молекулы и гены являются наиболее активными, а значит более других подверженными износу, что может обусловливать старение системы в целом. Примеры сетей взаимодействий при старении уже имеются. Например, установлено, что в мозге молодых и старых индивидуумов различным образом экспрессируются 440 генов, которые группируются в 4 основных модуля: пролиферация и дифференцировка клеток, процессинг белков и иммунитет. Удаление из функциональных сетей генов, для которых экспериментально установлена связь со старением, приводит к полному распаду сетей. Таким образом, это те гены, которые являются ключевыми для стабильности сетей взаимодействия.

Ладислас Роберт (Париж, Франция) доложил об эпигенетической и пост-трансляционной регуляции старения. Старение не является генетически запрограммированным, о чем свидетельствуют различия в возрастзависимых снижении функциональных возможностей. Однако оно связано с изменением экспрессии генов. Эпигенетические изменения — это самоподдерживающиеся структурные модификации хроматина, изменяющие доступность генов для транскрипции. К эпигенетическим механизмам регуляции активности генов относят метилирование ДНК, ацетилирование гистонов, импринтинг, РНК-интерференцию, сайленсинг генов и парамутации. К посттрансляционным механизмам старения можно отнести реакцию Майларда, протеолитическое образование токсичных пептидов и образование перекрестных сшивок в белках межклеточного матрикса эластине и коллагене. Рассмотрим пострансляционные механизмы подробнее. Реакиция Майларда — это неферментативное гликозилирование (гликирование) белков, нуклеотидов и липидов, приводящее к образованию конечных продуктов гликирования (AGE-s), высвобождению свободных радикалов, инактивации белков, цито– и генотоксичности. Матрикриптины – фрагменты расщепления белков внеклеточного матрикса (нефибриллярного коллагена, SPARC, глюкозаминогликанов) под действием металлопротеиназ, обладающие собственной активностью, например по отношению к ангиогенезу. Есть вероятность, что они токсичны. Перекрестные сшивки в эластине являются причиной возрастных изменений в сосудах, легких, коже. Таким образом, старение является производным возрастзависимой модификации и регуляции сложных сетей взаимодействия генов и белков.

Леонард Хейфлик (Сан-Франциско, США), в 1961 году открывший старение клетки in vitro, высказал мнение, что в самом общем смысле старение можно охарактеризовать как потерю молекулярных структур (а, следовательно, функций), вызванную термодинамической нестабильностью сложных макромолекул. В этом смысле старение представляет собой увеличение энтропии, которая в новой интерпретации 2-го закона термодинамики определяется как тенденция к рассеиванию концентрированной энергии, несмотря на то открыта или закрыта система. Предотвращение или восстановление разрыва химических связей путем репарации, синтеза или замены является необходимым условием для поддержания существования особи вида, по крайней мере, до тех пор, пока индивидуум не достиг репродуктивного успеха. Таким образом, старение — это системная стохастическая утрата точности воспроизведения молекул, которая превышает возможности систем репарации и поддержания. После достижения репродуктивного успеха подобное нарушение молекулярного баланса проявляется и на более высоких уровнях организации живой материи. Постепенная утрата точности воспроизведения макромолекул повышает чувствительность к возраст-ассоциированным заболеваниям и к различным причинам гибели. Продолжительность жизни представляет собой превышение «гарантированного» физиологического резерва, запрограммированного в геноме и достигаемого во время репродуктивного созревания. Эта избыточность обеспечивается естественным отбором для максимизации вероятности дожития до возраста репродуктивного успеха. С этих точек зрения старение и продолжительность жизни являются разнонаправленными процессами. Старение — случайный катаболический процесс, а детерминация продолжительности жизни — запрограммированный в геноме анаболический процесс. По Л.Хейфлику, необходимо различать старение и возрастзависимые патологии, поскольку: 1) старение наблюдается у любого животного, достигающего в зрелости фиксированных размеров тела; 2) возрастные изменения пересекают практически все видовые барьеры; 3) возрастные изменения наблюдаются у всех представителей вида только после репродуктивного созревания; 4) возрастные изменения наблюдаются в лабораторных условиях даже у отловленных в дикой природе животных, сородичи которых по причине ранней гибели многие поколения не проявляли признаков старения. Поскольку нет генетической программы старения, то нет и универсального биомаркера старения.

Классик эволюционной теории старения Робин Холлидей (Канберра, Австралия) отметил, что системы поддержания организма зависят от огромного количества генов, участвующих в процессах: репарации ДНК; защиты от активных форм кислорода; удаления дефектных белков; исправления ошибок при синтезе макромолекул; иммунного ответа; детоксификации (Р450 суперсемейство); стабильности дифференцированных клеток; заживлении ран, свертывании крови, сращивании переломов костей и порванных связок; физиологического гомеостаза; контроля температуры тела; апоптоза; накопления жира; репарации белков; восстановления окисленных аминокислот; опосредованных стресс-белками, шаперонами процессах; груминге – чистке покровов (млекопитающие, птицы). Естественный отбор «синхронизирует» различные причины старения. Как это происходит? При низком уровне смертности по внешним причинам замедляется развитие, позже наступает половое созревание, оставляется меньшее количество потомком, масса тела как правило больше, продолжительность жизни дольше. При высокой смертности развитие ускоряется, раньше наступает половое созревание, оставляется большое количество потомков, размеры тела мелкие, продолжительность жизни короткая.

Тему продолжил автор теории «отработанной сомы» (disposable soma theory) Том Кирквуд (НьюКастл), уточнивший причину связи размеров тела и видовой продолжительности жизни. Как известно, чем крупнее животное во взрослом состоянии, тем больше его видовая продолжительность жизни. Короткоживущие мелкие животные имеют высокий уровень метаболизма, репродукции, большую частоту сердечных сокращений и дыхания, почечной фильтрации, трансляции мРНК, ускоренные темпы развития и роста, циклы мышечного сокращения и перистальтики кишечника, повышенное время жизни эритроцитов и альбумина плазмы крови. В то же время, крупные животные являются более защищенными от внешних причин смерти, так как они легче противостоят хищникам, климатическим перепадам, имеют замедленный метаболизм, лучше переживают периоды недостатка пищи и воды в связи с бoльшими их запасами в организме. Однако дело не в массе тела как таковой. Большие размеры тела способствуют снижению вероятности гибели по внешним причинам, на популяционном уровне уменьшая отбор в пользу ранней плодовитости, что приводит к замедлению процесса старения и увеличению продолжительности жизни. Эту точку зрения подтверждает наблюдение, согласно которому летучие мыши являются одними из наиболее долгоживущих млекопитающих, обладая способностью избегать хищников благодаря полету. Например, мелкая летучая мышь Myotis brandti, имеющая вес всего 7 г, в дикой природе доживает до 41 года. Имеющие одинаковый размер сумчатые млекопитающие наземный опоссум и карликовая сумчатая летяга Petaurus breviceps в лабораторных условиях живут разный срок: до 5 и 18 лет, соответственно. При этом опоссум достигает первой репродукции в 5 мес. и оставляет 25-30 потомков в год, тогда как сумчатая летяга созревает к 11 мес. и дает лишь 4-5 потомков в год.

Эрик Буланжер (Лилль, Франция) доложил о роли продуктов гликирования в старении. Неферментативное взаимодействие сахаров и белков (точнее аминокислотных остатков лизина и аспарагина), приводит к образованию токсичных соединений AGEs. Они увеличивают проницаемость и жесткость сосудов, вызывая субэндотелиальный фиброз. Кроме того, особые AGE-рецепторы распознают данные продукты, запуская воспалительные реакции, опосредованные транскрипционным фактором NF-kB. Видовая продолжительность жизни коррелирует со скоростью накопления AGEs. Данные процессы имеют место не только при естественном старении, но также при диабете и почечной недостаточности. AGEs образуются и при термической обработке пищи, придавая ей характерный цвет. Как оказалось, до 10% AGEs из пищи могут адсорбироваться организмом. Пища, приготовленная в Фастфуд, содержит на порядок больше AGEs, чем приготовленная в домашних условиях. Ограничение калорийности пищи значительно уменьшает накопление в тканях организма AGEs.

Куро-о Макото (Даллас, США) рассказал о продолжении исследований открытого им гена долголетия мышей Klotho. Мутация гена приводит к синдрому преждевременного старения, а сверхэкспрессия — к продлению жизни. Продукт гена — пептидный гормон, вырабатываемый в почках и являющийся корецептором образующегося в костном мозге ростового фактора FGF23, снижающего реабсорбцию фосфата почками (фосфатурия), биосинтез витамина Д, а также синтез и секрецию паратгормона паращитовидной железой. Эффект выключения гена Klotho можно уменьшить, если содержать животных на диете, обедненной фосфатом (0.02% вместо нормы 0.54%). Также показано, что диета с низким содержанием фосфата увеличивает продолжительность жизни дрозофилы. Чем меньше фосфата обнаруживается в крови конкретного вида млекопитающих, тем выше видовая продолжительность жизни. У человека более высокие уровни фосфатов в сыворотке сопряжены с бoльшим риском смерти. Таким образом, фосфат-анион ускоряет старение организма.

Абрахам Авив (США) показал, что гематопоэтические стволовые клетки с возрастом теряют теломеры, как и их производные лимфоциты, хотя в первых этот процесс и менее выражен. Воспаление увеличивает репликацию гематопоэтических клеток, что ускоряет укорочение их теломер. Окислительный стресс, в свою очередь, также приводит к укорочению теломер кроветворных стволовых клеток. Истощение резерва гематопоэтических стволовых клеток при оксидативном стрессе и воспалении проявляется в снижении количества предшественников эндотелиальных клеток, замедляя регенерацию эндотелия и образование новых сосудов. Это приводит к возникновению атеросклероза. Длина теломер лимфоцитов отрицательно коррелирует также с частотой инфаркта миокарда. Загадкой является различие продолжительности жизни женщин и мужчин. Как оказалось, женщины имеют теломеры на 100-200 пар нуклеотидов длиннее, чем мужчины.

М. Йендраш (Франкфурт, Германия) выявила изменения в морфологии митохондрий с возрастом. Митохондрии обладают способностью дробиться и объединяться. Оба этих процесса находятся в динамическом равновесии. В молодых клетках эти процессы протекают активно, в то время как в старых клетках они угасают и начинают преобладать более длинные формы. Индукция активных форм кислорода, например, при воздействии ионизирующей радиации, стимулирует интенсивную фрагментацию митохондрий, однако этот процесс наблюдается лишь в молодых клетках. За изменение морфологии митохондрий отвечают гены Drp1 и Fis1. Сверхэкспрессия в молодых клетках гена Drp1 приводит к удлинению митохондрий, что сопровождается повышением устойчивости клетки к оксидативному стрессу. Таким образом, преобладание длинных форм митохондрий в старых клетках может играть компенсаторную роль.

С. Парк (Дегу, Южная Корея) продемонстрировала, что старение сопряжено с резистентностью к инсулину и подавлением инсулиновой сигнализации, по-видимому, обусловленной увеличением доли жировой ткани (следовательно, уровня свободных жирных кислот, блокирующих инсулиновую сигнализацию) и снижением доли мышечной ткани (участвующей в утилизации избытков глюкозы). Индуцибельная синтаза оксида азота (iNOS) имеет непосредственное отношение к инсулиновой резистентности. Ее активность повышена у больных сахарным диабетом. В скелетных мышцах стареющих крыс уровень белка iNOS и его активность значительно выше, чем у молодых. Аналогичные результаты получены для плазмы и скелетных мышц стареющих мышей. Высокая активность iNOS сопряжена с повышением концентрации нитротирозина и гликированных белков (например, гемоглобина). Однако выключение iNOS не предотвращает невосприимчивость к инсулину. При старении возрастает уровень цитокинов воспаления, в частности TNF-α, в плазме крови и мышцах. Данный процесс становится более выраженным у старых особей с выключенной функцией iNOS. Аналогично обстоит дело с IL-6. Уровень IL-4 у стареющих особей с выключенным iNOS, напротив, снижается.

Ю. Тсурутани (Чиба, Япония) выявил, что миостатин ингибирует процессы адипогенеза. Белок Smad3 является главным медиатором миостатинового сигналинга, приводящего к изменению экспрессии определенных генов. Однако при ожирении количество фосфорилированной формы Smad3 в жировой ткани повышено, что говорит об ускорении миостатиновой сигнализации. Таким образом, многие биохимические изменения в процессе старения носят компенсаторный характер.

Вальтер Лонго (Лос Анжелес, США) представил исчерпывающий обзор современных представлений о молекулярно-генетических механизмах регуляции продолжительности жизни от бактерий до человека. У бактерии E. coli мутации генов lipA (липоил синтазы) и lpdA (дигидролипоамид дегидрогеназы) способствуют увеличению их выживаемости в культуре. Мутации генов, вовлеченных в биосинтез убихинонов (ubiG у бактерий, Clk1 у нематод и mclk1 у мышей), существенно продлевают жизнь по сравнению с диким типом. Автору удалось в 10 раз увеличить жизнь клеток дрожжей за счет ограничения калорий и мутаций генов Ras/cAMP/PKA и Tor/Sch9 путей, участвующих в сигнализации о наличии питательных веществ в среде. Он показал, что Ras, Tor/Sch9 пути посредством свободнорадикального механизма способствуют повреждению ДНК, возникновению мутаций и геномной нестабильности. Мутация гена киназы пируватдегидрогеназы (pdk-1) продлевает жизнь нематод. У млекопитающих определяющую роль в регуляции продолжительности жизни играет инсулиноподобный сигналинг (IGF-1), который в целом напоминает биохимические пути дрожжей, индуцируемые в ответ на наличие в среде глюкозы. У 222 обследованных пациентов с IGF-1 недостаточностью (синдром Ларона, делеция гена гормона роста, дефекты GHRH рецептора, IGF-1 устойчивость) не выявлено ни одного случая заболевания раком, в то время как у их ближайших родственников без дефектов IGF-1 рак в ряде случаев присутствует.

Тильман Грун (Штутгарт, Германия) рассказал о роли протеосомы в устранении белков, несущих окислительные повреждения. Под действием оксидативного стресса белки претерпевают различные модификации: образование белковых альдегидов, радикалов, фрагментация, перекрестные сшивки, модификации аминокислот. Данные изменения приводят к изменению обменных процессов в клетке, усугубляют оксидативный стресс, влияют на регуляцию генов, межклеточную сигнализацию, индуцируют апоптоз и некроз. Нативный белок может проходить три стадии окисления: 1) слабое окисление, что приводит к снижению активности; 2) раскручивание, в результате которого белок перестает быть активным и должен стать субстратом протеосомальной деградации; 3) сильное окисление и образование ковалентных связей с другими денатурированными белками, на данной стадии белок уже не разрушается протеосомой и является предшественником липофусцина. Агрегаты белков ингибируют протеосомальную функцию, а их накопление в больших количествах приводит к гибели клетки. Протеосома 20S локализована в цитозоле и ядре. Показано, что протеосомальная активность с возрастом падает, что сопровождается накоплением окисленных белков и липофусцина в клетке, не только в цитоплазме, но и в ядре. В то время как кратковременный оксидативный стресс приводит к окислению (оцениваемому по количеству карбонилированных форм) белков лишь в цитоплазме, хронический стресс затрагивает и ядро, что сопровождается фенотипом преждевременного старения клетки (SIPS). При этом другой путь деградации белков – посредством лизосомальных катепсинов, с возрастом усиливается либо остается неизменным.

Бернард Фригет (Париж, Франция) осветил роль метионин сульфоксид редуктазы в репарации белков при старении. Нативный белок в клетке подвергается различным патологическим модификациям: 1) окисление либо с образованием карбонилов, дисульфидов cys-S-S-cys, цистеин-сульфеновой (SO), -сульфиновой (SO2-) или -сульфоновой (SO3-) кислот, сульфоксида метионина (MeSO), либо с разрывом полипептидных цепей; 2) гликирование и гликоксидация лизиновых и аспарагиновых остатков с образованием AGEs (карбоксиметиллизина и пентозидина); 3) конъюгация гистидиновых, цистеиновых и лизиновых остатков с липидными пероксидами (HNE, MDA). Белки, несущие карбонильные группы, сульфоновые кислоты, либо продукты присоединения липидных пероксидов и гликоксидации, в норме подвергаются деградации при помощи протеосомы и Lon протеазы. Дисульфиды цистеина, цистеин-сульфеновая и – сульфиновая кислоты, а также метионин сульфоксид могут подвергаться энзиматической репарации под действием тиоредоксин редуктазы, теоредоксина, сульфиредоксина и метионинсульфоксид редуктаз. У млекопитающих встречаются две основные формы метионинсульфоксид редуктаз: MsrA (MsrA1 в цитозоле и ядре и MsrA2 в митохондриях) и MsrB (MsrB1 в ядре и цитозоле; MsrB2 и MsrB3A в митохондриях; MsrB3B в эндоплазматической сети). Осуществляя свою основную репаративную функцию, Msr также участвуют в поддержании окислительно-восстановительного статуса клетки и регуляции межбелкового взаимодействия. При репликативном старении клеток в культуре и в стареющих органах млекопитающих отмечается снижение экспрессии генов msrA и msrB2 и активности соответствующих ферментов. Особенно выраженные изменения активности отмечаются в митохондриях. Сверхэкспрессия MsrA у дрозофил приводит к увеличению продолжительности жизни и устойчивости к окислительному стрессу. Сверхэкспрессия MsrA в культуре фибробластов человека повышает устойчивость к окислительному стрессу и гибели клеток. Сверхэкспрессия MsrB2 в культуре клеток предотвращает накопление окисленных белков и защищает протеосомальную функцию от преждевремноого угасания. Восполнение запасов цинка в организме пожилых людей приводит к снижению накопления окисленных белков и активации Msr.

Флоренс Дебак-Шеньо (Намур, Белгия) представил доклад о механизмах стресс-индуцированного преждевременного старения клеток (SIPS). Клеточное старение как снижение пролиферативного потенциала делящихся клеток было открыто Л.Хейфликом в 1960-х годах. К появлению фенотипа клеточного старения (остановка клеточного роста, нечувствителньость к индукции апоптоза, изменение экспрессии генов) может приводить дисфункция теломер, повреждение ДНК, избыток митогенных сигналов, перестройки хроматина. Умеренный хронический стресс, либо острый субцитотоксический стресс (H2O2, терт-бутилгидропероксид, этанол, жесткий ультрафиолет) способны вызывать преждевременное проявление фенотипа клеточного старения. Преждевременное старение клеток сопровождается отклонениями в морфологии, повышенной активностью старение-ассоциированной бета-галактозидазы, остановкой роста, делецями (Δ4.977 bp) в мтДНК, изменением экспрессии генов (аполипопротеина J, фибронектина, остеонектина, р21). Цитотоксичные агены приводят к выработке цитокина TGF-β1, который через активацию киназы р38 и ATF-2/pRb осуществляет запуск биомаркеров старения клетки. В процессе преждевременного старения меняет свою экспрессию 240 генов, принимающих участие в регуляции клеточного цикла и активности генов, апоптозе, стресс-ответе и воспалении. Из них 16 генов являются общими для преждевременного и репликативного старения, в том числе известные старение-ассоциированные гены, а также IGFBP3, рецептор трансферрина, киназа ATM, циклооксигеназа-1, киназа JNK2, GADD153. Снижают свою активность гены ингибиторов ДНК связывания (ID1, ID2) и c-fos.

В.Н. Анисимов (Санкт-Петербург, Россия) на секции «Мелатонин, биоритмы и старение» представил обзорный доклад о геропротекторных и антиканцерогенных свойствах мелатонина.

Москалев А.А. (Сыктывкар, Россия) сделал устный доклад на секции «Механизмы старения», посвященный роли генов белка теплового шока 70 и фактора теплового шока в изменении продолжительности жизни дрозофилы в ответ на облучение малыми и большими дозами ионизирующей радиации.

Подводя итог, следует выделить тенденцию к обобщению и систематизации накопленных биогеронтологами данных с привлечением информационных технологий, методов протеомики, геномики, эволюционной и сравнительной биологии. Многие изменения, имеющие место при старении, являются следствием повреждения белков и ДНК клетки, нарушения регуляции генов, угнетения механизмов стресс-ответа. Часть изменений носит компенсаторный характер. Стимулирование активности генов стресс-ответа способствует увеличению продолжительности жизни бактерий, дрожжей и модельных животных.

Фоторепортаж с XIX конгресса МАГГ можно посмотреть здесь.

Copyright © 2009-2015 Геронтологическое общество при Российской Академии Наук