Инженерные стратегии пренебрежимого старения (SENS)
SENS - это детальная программа излечения старения. SENS является инженерным проектом в том смысле, в котором медицина относится к инженерии. Ключ к SENS - это понимание того, что старение лучше всего рассматривать как совокупность прогрессирующих изменений в составе организма на молекулярном и клеточном уровнях, которые вызываются побочными явлениями основного метаболизма. Поэтому такие изменения удобней всего представлять как кумулятивный "ущерб", который становится патогенным, когда превышает некоторый критический уровень.
Традиционный геронтологический подход к продлению жизни - стратегия ошибочная, во-первых - потому что она предполагает улучшение биологических процессов, природу которых мы не до конца понимаем, а во-вторых - потому что даже теоретически она способна только замедлить старение [Здесь и далее Обри ди Грей рассматривает старение как разновидность заболевания: как и другие болезни, старение связано с патологическими процессами и утратой жизненных функций; отличие от обычных заболеваний состоит в том, что это состояние присуще всем людям и в той или иной мере всегда присутствует в организме.] , вместо того чтобы обратить его вспять. Еще более близорукий подход демонстрирует гериатрия, которая пытается отсрочить патологические процессы, несмотря на кумулятивный ущерб; такой подход обречен на провал, поскольку продолжающий рост ущерба делает патологию все более неотвратимой. Что же касается инженерии (SENS), то она не вмешивается в метаболизм как таковой, а вместо этого устраняет повреждения или нивелирует накопившийся ущерб и тем самым на неопределенно долгое время отсрочивает наступление такого состояния, при котором этот ущерб достигал бы патологических уровней.
Эта диаграмма выражает суть философии SENS. Стрелки необычного вида с плоскими головками приняты в работах, посвященных генной экспрессии и регуляции; они означают "ингибировать". Так, гериатрия - это попытка удержать ущерб на уровне, не приводящем к патологии; традиционная геронтология - это попытка удержать ущерб на уровне, не наносящем ущерба; инженерный подход (SENS) - это периодическое устранение ущерба, что позволяет неопределенно долго удерживать его проявление на таком уровне, на котором отсутствует какая-либо патология.
Этот сайт содержит детальное описание компонентов стратегии SENS, каждый из которых в пределах десятилетия вполне реализуем в экспериментах на мышах (при условии достаточного финансирования), после чего в пределах одного-двух десятилетий их можно будет перенести на человека. Приводится также много тематической литературы. Заходите!
"Семь смертельных причин", и почему их только семь
SENS представляет собой практический, предсказуемый подход к излечению старения, поскольку все типы побочных явлений метаболизма, аккумулирование которых со временем приводит (или может приводить) к патологическим изменениям, поддаются исправлению (а в некоторых случаях предотвращению, то есть разрушению патогенных механизмов) при помощи методов, которые - согласно эксперименталистам, применявшим эти методы в своей работе - могут быть реализованы в мышах в пределах десяти лет быть при условии адекватного финансирования. Ниже перечислены семь основных категорий таких повреждений, а также методы борьбы с ними. Даны ссылки на страницы с более подробным изложением этих методов; к сожалению, эти страницы пока еще не включают библиографию. В большинстве случаев вы сможете найти основные библиографические ссылки в моих публикациях, которые перечислены здесь.
Примечание: даты обозначают первую встречающуюся в литературе по геронтологии ссылку на тот или иной вид ущерба, который либо способствует старению, либо является причиной связанной с возрастом смерти или истощения организма. В действительности, самые ранние из них могут не являться первым упоминанием, однако они хорошо известны и часто цитируются как первые публикации в соответствующей области. Полные ссылки даны после таблицы. Значение этих дат состоит в том, что с тех пор прошло более 20 лет. Тот факт, что, несмотря на колоссальное совершенствование аналитических методов, за два десятилетия мы не обнаружили какого-либо принципиально нового механизма, который наносил хотя бы теоретически патогенный ущерб, аккумулирующийся с возрастом, дает все основания полагать, что их просто нет - во всяком случае таких, которые убивали бы нас в течение нынешней нормальной продолжительности жизни.
Изменение протеома: варианты
Существует четыре принципиально различных способа внедрения протеина (или РНК - для краткости я буду говорить только о протеинах) в клетки и/или внеклеточное пространство.
Самый простой способ - трансплантация: внедрение клеток или органов от того, у кого уже присутствует экспрессия нужного протеина. Понятно, что этот способ ограничен теми протеинами, которые встречаются хотя бы у некоторых людей (правда, это ограничение имеет относительный характер, что обсуждается, например, здесь ), и в общем случае чревато побочным явлением в виде подавления иммунного ответа, ослабляя сопротивление к инфекциям и, возможно, к раку.
Второй способ - генетическая модификация клеток in vivo с последующим внедрением в реципиента. Этот способ отличается многими преимуществами по сравнению с трансплантацией - например, можно добавлять гены с экспрессией не присущих человеку протеинов, причем теоретически можно использовать аутотрансплантаты (клетки, взятые у пациента) и тем самым избежать иммунного ответа. Однако этот подход (названный "клеточная терапия", включая стволовую клеточную терапию) по- прежнему имеет недостатки: те клетки, которые должны быть заменены модифицированными клетками, должны удаляться. Иногда они уже отсутствуют - и это именно та проблема, которую нужно решить , однако иногда они присутствуют, но деградируют . Теоретически, их можно удалить одновременно с внедрением новых клеток, однако это связано с огромными техническими трудностями, поскольку процесс должен протекать достаточно мягко, чтобы данная процедура не нарушала нормального функционирования ткани.
Поэтому многие виды вмешательства SENS будут касаться двух других подходов - соматической протеиновой терапии и соматической генной терапии.
Внедрение модифицированной ДНК в специфические места генома
Для определенных тканей, некоторые стратегии, направленные на решение основных семи задач SENS наверняка будут включать изменение геномной ДНК в клетках, то есть соматическую генную терапию. Это намного сложнее, чем просто брать у данного человека его клетки и модифицировать в лаборатории их ДНК с повторным внедрением измененной ДНК в организм, потому что модифицирование ДНК чревато многими ошибками. Изменения, проводимые в лаборатории, легко контролируются: можно убедиться, что изменены искомые параметры и не затронуты другие, и внедрить с организм только проверенные клетки. Чреватый ошибками характер всех подходов к соматической генной терапии - основная причина того, что она все еще находится на ранней стадии развития: она все еще опасна. Поэтому одна из вещей, в которых SENS нуждается особенно остро - это улучшение техники контролируемого манипулирования геномом in situ. К счастью, в настоящее время интенсивно изучаются несколько соответствующих методик.
В большинстве случаев все, что нам нужно - это доставить новый ген или гены в хромосомы, причем не имеет большого значения, куда именно, если при этом не нарушается работа других генов. К сожалению, это "если только" невозможно игнорировать. потому что если мы попытаемся внедрить ДНК во все (или хотя бы большинство) клеток, ее воздействие на гены будет пропорциональным, и в некоторых клетках она наверняка повлияет на гены, контролирующие клеточный цикл, а это, естественно, означает возможное провоцирование рака. Первым значительным достижением в решении это проблемы стало открытие преимущественного внедрения аденоассоциированного вируса (AAV) в безопасный участок 19 хромосомы. Это хорошо, но недостаточно хорошо: для того, чтобы этот вирус доставлял нужные нам гены, его нужно лишить сайт-специфичности. Изучаются различные подходы для гибридных вирусов, совмещающих и то, и другое.
AAV не всегда интегрируется в данный сайт, даже если он сохраняет свою сайт-специфичность. Это происходит в основном потому, что AAV - это линейный односпиральный ДНК-вирус, а линейная односпиральная ДНК обладает тенденцией "вторгаться" в двуспиральную ДНК, что иногда приводит к беспорядочным рекомбинациям. Поэтому пристальное внимание в последнее время привлекает новый тип вируса: фактически, это бактериальный вирус, или бактериофаг, который является круглым двуспиральным вирусом и который вследствие этого обнаруживает слабо выраженную тенденцию беспорядочно внедряться в другие ДНК. Он проникает в ДНК, но только тогда, когда синтезирует специальный энзим - интегразу. Еще лучше - то, что он внедряется лишь в несколько специфических мест генома. Правда, эти места не столь безопасны, как AAV-сайт, потому что как правило находятся в интронах - промежутках между кодирующими частями гена; тем не менее, был достигнут некоторый прогресс в лабораторном "выведении" этих энзимов с измененной сайт-специфичностью. Поэтому есть серьезные основания надеяться, что эти фаги вскоре станут безопасными векторами для генной терапии.
Практически все, чего мы хотели бы добиться с помощью генной терапии - будь то проблема старения или другие состояния - можно реализовать за счет внедрения новых генов в безопасные места генома. Иногда нужно подавить экспрессию гена, потому что синтезируемый продукт токсичен (как, например, мутация, вызывающая болезнь Хантингтона), но и в этом случае мы, вероятно, сможет добиться желаемого результата просто за счет внедрения гена, поскольку можно использовать поразительный феномен интерференции РНК, позволяющий уничтожить генный транскрипт прежде его трансляции. Однако есть один случай, в котором нам, возможно, действительно понадобится соматическая генная терапия, направленная на специальное место в геноме - это предпочитаемая мной противораковая методика, WILT .
Внедрение протеинов в клетки вместо генной терапии
Многие компоненты SENS связаны с изменением генома во многих типах клеток. Для тех клеток, которые постоянно обновляются из стволовых клеток, это относительно просто, потому что мы можем извлечь клетки из индивида, сделать с ними то, что нам нужно в лаборатории, убедиться в том, что результат в точности соответствует поставленной задаче, и вернуть клетки на место. В действительности, это сложная задача - я хотел бы подчеркнуть, что особенно трудно не лишить стволовые клетки их "ствольности"- и все же это намного проще, чем альтернатива, соматическая генная терапия. Однако ткани, не обновляемые постоянно, не могут модифицироваться за счет этого способа, и на первый взгляд кажется, что единственным решением для них является соматическая генная терапия.
Однако, в действительности существует еще одна возможность. Основная причина изменения генома клеток - заставить эти клетки синтезировать другие протеины. Для большинства задач SENS (как и вообще для большинства биомедицинских задач) нам нужно, чтобы в клетках были те протеины, которых там не было прежде, в противоположность отсутствию тех протеинов, которые там были. Поэтому в принципе этого можно добиться за счет привнесения самих протеинов, а не генов, кодирующих эти протеины.
Очевидная проблема данного подхода состоит в количестве белка. Большинство протеинов отличаются коротким сроком жизни, поэтому клеткам нужно вновь и вновь синтезировать их, чтобы они постоянно были в должном количестве. Поэтому было бы непрактично внедрять достаточное количество протеина. Когда Роскоу Брейди впервые предложил такое решение, оно было резонно отвергнуто по этой причине.
Однако оказывается, что есть множество случаев, когда это не является непреодолимым препятствием. Класс протеинов, которые интересовали (и до сих пор интересуют) Брэйди - это энзимы, переваривающие вещества в лизосомах; эти энзимы врожденно отсутствуют у тех, кто страдает т.н. болезнями лизосомного накопления. В конце концов Брэйди удалось разработать методику синтезирования достаточного количества энзимов и их целенаправленной доставки в нужные клетки, чтобы обеспечить таким людям нормальную жизнь - в противном случае, их ждала неизбежная смерть в детском возрасте. Одна из важных областей SENS - восстановление функциональности лизосом , и этот метод может использоваться для многих тканей.
Еще одно решение проблемы количества белка - внедрение генов для синтезирования нужных протеинов в одну ткань с последующим их переносом из производящих клеток в другие ткани - в те клетки, которые в них нуждаются. Это имеет смысл, поскольку гены можно безопасно внедрять в стволовые клетки, причем это намного легче сделать in vitro, чем соматически, как указано выше. Довольно легко модифицировать гены так, чтобы они секретировали кодируемый в них протеин, и существуют методы адресной доставки протеинов через кровообращение к нужным органам. Особенно важным органом является мозг: он защищен специальной системой, которая сшивает клетки, выстилающие стенки сосудов, намного плотнее, чем в других частях тела - эта система называется гематоэнцефалическим барьером. Некоторые протеины должны поступать в мозг через кровь, и в настоящее время у нас есть определенное понимание того, как это происходит и как мы можем использовать эту систему для выборочной доставки нужных протеинов через гематоэнцефалический барьер.
В заключение - несколько слов о репродуктивной генной терапии. Под этим подразумевается изменение генома гаметы (сперматозоида или яйцеклетки) или зиготы (клетки, образованной либо оплодотворением, либо ядерным переносом соматического материала, то есть клонированием), что позволяет рождаться людям с искомой генетической модификацией. Некоторые полагают, что этот метод всегда будет слишком опасным, чтобы приносить пользу, в то время как другие убеждены в том, что существующие препятствия преодолимы. Однако, привлекательность этого подхода ограничена сроками, то есть тем фактом, что старение негативно проявляется примерно после 50-летнего возраста. Суть здесь состоит в следующем: даже несмотря на то, что соматическая генная терапия (внедрение новых генов в клетки взрослого человека) технически намного сложнее, чем репродуктивная генная терапия, 50 лет в науке - настолько большой срок, что мы наверняка сможем приносить человеку куда большую пользу в году 50 + N средствами соматической генной терапии, чем средствами репродуктивной генной терапии в году N. Поэтому я считаю весьма вероятным, что репродуктивная генная терапия станет важной биомедицинской процедурой в будущем, но только не в области борьбы со старением.
Комментарии (0)