Том 89, № 2 (2024)

Хиноновые производные трифенилфосфония зарекомендовали себя как эффективные геропротекторы и антиоксиданты, предотвращающие окисление компонентов клетки с участием активных свободных радикалов – пероксидных (RO2•), алкоксильных (RO•), алкильных (R•), а также активных форм кислорода (супероксид-анион, синглетный кислород). Наиболее изученными представителями являются производные пластохинона (SkQ1) и убихинона (MitoQ), которые, помимо антиоксидантных свойств, обладают также сильным антибактериальным действием. В настоящей работе мы исследовали антибактериальные свойства других хиноновых производных на основе децил-трифенилфосфония (SkQ3, SkQT и SkQThy). Нами показано, что, подобно SkQ1, эти соединения в микромолярных концентрациях подавляют рост различных грамположительных бактерий, тогда как в отношении грамотрицательных бактерий они не настолько эффективны, что обусловлено распознаванием производных трифенилфосфония основной помпой множественной лекарственной устойчивости (МЛУ) грамотрицательных бактерий AcrAB-TolC. Обнаружена зависимость антибактериального действия SkQ1 от количества бактериальных клеток. Важно, что цитотоксическое действие SkQ1 на клетки млекопитающих наблюдается при значительно более высоких концентрациях, чем антибактериальное, что может объясняться: (1) наличием большого количества мембранных органелл, (2) более низким мембранным потенциалом, (3) пространственным разделением процессов генерации энергии и транспорта, (4) разницей в составе помп МЛУ. Различия в цитотоксическом действии у разных типов эукариотических клеток, возможно, связаны со степенью развитости мембранных органелл, энергетическим статусом клетки и уровнем экспрессии помп МЛУ.

Гены редуктаз несопряженных карбоновых кислот широко распределены среди геномов анаэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов. Однако субстратная специфичность экспериментально определена лишь для небольшого количества этих белков. В ходе данной работы мы наработали в клетках Escherichia coli гетеродимерный белок факультативно-анаэробной морской бактерии Vibrio ruber (GenBank SJN56019 и SJN56021; аннотированные как NADPH азоредуктаза и уроканатредуктаза соответственно) путем его копродукции с флавин трансферазой из Vibrio cholerae. Полученный белок (названный Crd) состоит из sjn56021-кодируемой субъединицы CrdB (домены NADH:flavin, FAD binding 2 и FMN bind) и из дополнительной субъединицы CrdA (SJN56019, единственный домен NADH:flavin), которые взаимодействуют посредством своих доменов NADH:flavin (предсказание Alphafold2). Показано, что каждый домен Crd содержит флавиновую простетическую группу (в сумме три FMN и один FAD), одна из FMN-групп присоединяется к CrdB ковалентно за счет активности флавин трансферазы. В анаэробных условиях Crd способен восстанавливать циннамат, п-кумарат, кофеат и ферулат, используя NADH или метилвиологен в качестве доноров электронов. Белок также умеренно активен по отношению к акрилату, но практически не способен к восстановлению фумарата и уроканата. Различные (гидрокси)циннаматы индуцируют синтез Crd в клетках V. ruber как в анаэробных, так и в аэробных условиях выращивания. При старте Crd-катализируемой реакции добавкой NADH наблюдается временной лаг в несколько минут, что указывает на редокс-регуляцию ферментативной активности. Показано, что окисленная форма Crd неактивна, что, по-видимому, предотвращает продукцию ферментом активных форм кислорода в аэробных условиях. Полученные данные позволяют описать Crd как регулируемую NADH-зависимую циннамат редуктазу, по-видимому, защищающую V. ruber от токсического действия (гидрокси)циннаматов.

За последние десятилетия было сделано необозримо большое число попыток восстановить структуру органов млекопитающих путем введения в них стволовых клеток после повреждения. Однако оказалось, что такая процедура не ведет к полноценному восстановлению. При этом известно, что в органах, обладающих способными к пролиферации паренхиматозными клетками, в некоторых случаях возможна полная регенерация (реституция). Анализ таких моделей позволяет сделать вывод, что важнейшим условием восстановления гистологических структур органа (при наличии стволового пула) является сохранение в нем каркасных структур из коллагена, служащих «направляющими рельсами» для пролиферирующих и дифференцирующихся клеток. Альтернативным условием полной реконструкции структур органа является наличие свободного «морфогенетического пространства», состоящего из гелеобразного матрикса типа эмбриональной соединительной ткани, которое имеет место в эмбриональном органогенезе или при полной регенерации у амфибий. Подходы, направленные на сохранение каркасных структур или на создание «морфогенетического пространства» могли бы радикально улучшить результаты регенерации органов как за счет местных, так и за счет экзогенных стволовых клеток.

База данных AgeMeta содержит системное и количественное описание старения млекопитающих на уровне экспрессии генов. В ней представлены возрастные транскриптомные изменения в различных тканях человека, мыши и крысы на основе комплексного мета-анализа 122 общедоступных наборов данных по экспрессии генов из 26 исследований. AgeMeta содержит интуитивно понятный визуальный интерфейс для количественной оценки транскриптомики старения как на уровне отдельных генов, так и на уровне их функциональных групп, и позволяет легко сравнивать различные ткани и виды животных. Кроме того, все данные из AgeMeta могут быть скачаны пользователем и проанализированы независимо. Данная работа способствует лучшему пониманию сложной сети биологических процессов, лежащих в основе старения млекопитающих. AgeMeta находится в свободном доступе по ссылке: https://age-meta.com/.

Важнейшим проявлением старения является повышение риска смерти с возрастом, что характеризуется эмпирическими закономерностями, известными как законы смертности. Мы выделяем три наиболее важных закономерности: закон Гомперца, компенсационный эффект смертности (КЭС) и замедление роста смертности в конце жизни, а также описываем новые разработки в этой области. Сделано предсказание, что КЭС приводит к снижению относительной вариабельности смертности в старших возрастах. Гипотеза фазы покоя о незначительном актуарном старении в более молодом возрасте проверена и опровергнута путём анализа смертности более современных когорт рождения. Для понимания механизмов старения очень важно объяснить наблюдаемые эмпирические закономерности смертности. В качестве наглядного примера моделирования, ориентированного на данные, и тех знаний, которые оно даёт, мы кратко описываем две различные надёжностные модели, применённые к смертности людей. Объяснение старения с помощью теории надёжности согласуется с эволюционными теориями старения, включая идею хронического феноптоза. Это соответствие обусловлено тем, что надёжностные модели сосредоточены на выяснении самого процесса деградации организма, а не на рассмотрении причин, по которым организмы не предназначены для вечного существования. Эта статья входит в специальный выпуск журнала, посвящённый наследию выдающегося российского учёного Владимира Петровича Скулачёва (1935–2023) и его смелым идеям об эволюции биологического старения и феноптозе.

В работе приведена история изучения данных по продолжительности жизни, проводимого в НИИ ФХБ под руководством акад. В.П. Скулачева, начиная с 70-х гг. XX века, с особым акцентом на последнее десятилетие. Применение, помимо гомпертцевых методов анализа, моделей ускоренного отказа (AFT, accelerated failure time) и анализа коэффициента вариации (КВ) продолжительности жизни (ПЖ) позволяет проверять кривые выживания на наличие временно́го масштабирования (фактически на проявление ускоренного старения), без изменения формы кривой выживания с сохраняющимся КВ. Модификация модели AFT фактически предполагает использовать в качестве нулевой гипотезы «временное масштабирование», позволяя отделять количественные отличия в динамике старения от качественных. Также показано, что сравнивать данные по выживанию видов с кривой выживания исходной формы (особенно «плоские», без выраженного роста вероятности смерти с возрастом, характерные для медленно стареющих видов) возможно при рассмотрении распределения ПЖ как статистической случайной величины и сравнении параметров такого распределения. Так, показано, что чем выше влияние (в дополнение к возраст-зависимой смертности) компоненты смертности, вызванной внешними причинами (фоновой смертности), тем выше будет неупорядоченность значений смертности, тем дальше значение КВ ПЖ человека будет от КВ, характерного для людей из развитых стран (15–20%). Для сравнения, для парагвайских индейцев-аче величина КВ ПЖ составляет 100% (а если рассматривать [по методике Jones et al.] группу только c начала полового созревания – 57%). Следующим шагом, по В.П. Скулачеву, является рассмотрение колебаний смертности как меры неупорядоченности данных по выживанию. Важные для последующего анализа данные, однако, могут быть получены уже при визуальном анализе кривых выживания. Так, Sokolov и Severin {2024, Биохимия} обнаружили, что мутации по-разному влияют на форму кривых выживания. В одном случае кривая выживания (I типа) в целом сохраняет стандартную (выпуклую) ректангуляризованную форму, а в случае кривой II типа происходит резкое увеличение смертности, и кривая становится похожей на вогнутую экспоненту с высоким постоянным уровнем смертности. Примечательно, что, несмотря на такие различия, мутации I и II группы имеют сходную природу. Они связаны с i) «метаболизмом ДНК» (репарация, транскрипция, репликация ДНК); ii) защитой от окислительного стресса, связанной c активностью транскрипционного фактора Nrf2; iii) регуляцией пролиферации, причем эти категории могут перекрываться. Тем не менее эти разные мутации имеют, видимо, схожий результат на уровне организма: ускорение старения по закону Гомпертца. Возможно, это можно объяснить тем, что все эти мутации, каждая своим уникальным путем, либо снижают ПЖ клеток, либо ускоряют переход в сенесцентное состояние, что поддерживает концепцию В.П. Скулачева о множественности путей старения (хронического феноптоза).