Поиск - новости науки и техники

Остановка по требованию. Дрейф к старости можно притормозить.

Сегодня во многих странах стремительно растет доля пожилых людей на фоне общей численности населения. Следствием этого становится увеличение частоты возрастных заболеваний, среди которых связанные с когнитивными нарушениями выходят на первый план. Можно ли эффективно бороться с ними? На этот вопрос ищут ответ ведущие ученые – нейробиологи, в том числе и в нашей стране. В конце прошлого года в рамках ФЦП ИР получил господдержку  проект “Регуляция старения мозга: разработка карт и регуляторных моделей изменений транскриптома и эпигенома мозга человека в процессе старения”. В ходе него исследователи изучают, как меняется работа генов и эпигенетический статус тканей коры головного мозга человека при старении. Работа эта выполняется группой профессора Сколковского института науки и технологий Филиппа Хайтовича. 

Корреспондент “Поиска” обратился к нему за подробностями: 
– Филипп, расскажите, какими силами выполняется проект?
– Этот проект мы выполняем совместно с коллегами из Шанхайского института биологических наук. Работа распределена таким образом: команда в Сколково занимается преимущественно анализом данных, подготовка образцов осуществляется в российских лабораториях наших партнеров, сами измерения – в основном на приборной базе в Китае. 
– В чем суть ваших исследований? 
– Мы стремимся понять, какие изменения в процессе старения коры головного мозга человека происходят на уровне активности или экспрессии генов (транскриптома) и модификации гистонов хроматина (эпигенома). То есть путем анализа генетических изменений мы изучаем, какие гены снижают активность на протяжении жизни, а какие – увеличивают и каковы механизмы регуляции этих процессов. В модельных организмах (нематодах, плодовых мушках и мышах) эти генетические изменения ДНК уже давно были привязаны к изменениям, происходящим в ходе старения. Мы же в качестве модельной системы используем человеческий мозг и сосредоточили внимание на изучении вклада регуляторных сетей в изменение экспрессии генов и уровней модификации эпигенетических маркеров хроматина в течение жизни. Мы рассматриваем возраст-зависимые изменения в диапазоне от 20 и практически до 100 лет и делаем это в восьми функционально различных областях коры головного мозга, чтобы получить репрезентативную картину процессов, которые происходят в этом сложном органе. 
– То есть объектом изучения является непосредственно человеческий мозг?
– Да, мы берем замороженную мозговую ткань из европейских и американских банков образцов мозга, которая сохраняет в себе РНК. То есть на материале исключительно хорошего качества мы анализируем остановленную во времени картину процессов, происходящих в мозге. Таким образом, удается фиксировать изменения, четко соотносимые с возрастом умершего человека.
– Замороженный мозг имеет какие-то особенности или само по себе сильное охлаждение ничего не меняет?
– Нельзя сказать, что заморозка ничего не меняет. Но скорее не она, а смерть влияет на мозг. Однако мы не первая группа, использующая мозг человека посмертно. Широкомасштабные исследования активности генов в образцах мозга начались около 20 лет назад. За эти годы накоплено достаточно много информации о том, какие образцы пригодны для исследования, какие гены стабильны – и на основании этих данных мы можем делать выводы. То есть экстраполировать то, что мы видим в тканях мозга умерших людей, с тем, что происходило в них при жизни. Более того, мы соотносим результаты, полученные нами в мозге человека, с результатами исследования мозга модельных организмов, где, естественно, нет проблемы извлечения ткани без какой-то задержки (заморозки). Мы также сравниваем наши результаты с результатами, полученными на мозге обезьян, и видим очень много параллелей. Поэтому я могу достаточно уверенно сказать, что зафиксированные нами процессы, происходящие в человеческом мозге с возрастом, не являются побочным результатом использования посмертной ткани.
– На основании тех данных, которые вы получили в ходе исследований, возникает понимание, в чем заключается причина возрастных нарушений, что является для них пусковым моментом?
– Раньше считалось, что старение мозга – это цепочка неконтролируемых случайных изменений. Сейчас ученые все больше убеждаются, что по крайней мере на уровне активности генов мы имеем дело не с какими-то случайными хаотическими поломками, а с процессом, который называется транcкрипционный drift (транскрипционный дрейф). 
– В чем смысл этого процесса?
– В том, что активность наших генов зависит от определенного набора регуляторных факторов, обычно представленных белками или РНК-белковыми комплексами. Каждый фактор может регулировать достаточно большое количество генов – от нескольких десятков до нескольких сотен. Эти регуляторные взаимодействия важны для процесса развития, но и при старении они никуда не исчезают, а продолжают присутствовать – это просто самые обычные химические реакции, основанные на том, насколько хорошо белки узнают друг друга, РНК или ДНК. Однако с возрастом происходит “дрейфование” этих регуляторных функций от их оптимального уровня. Амплификация (усиление) сигналов за счет наличия регуляторного взаимодействия становится очень серьезным фактором, который влияет на изменения, происходящие в процессе старения, причем не только в мозге, но и в других тканях. Более того, на модельных организмах (это черви нематоды, которые живут около трех недель) были проведены эксперименты, в которых удалось значительно увеличить продолжительность жизни организма именно за счет того, что регуляторные факторы были заблокированы в том состоянии, в котором они должны находиться, то есть близко к оптимальному.
– В перспективе можно ли будет результаты ваших исследований использовать для восстановления активности мозга?
– Конечно, ведь обнаружение механизма транскрипционного дрейфа, о котором я говорил, – это, на самом деле, очень хорошая новость. Если бы мы выяснили, что старость – просто процесс случайных поломок, то повлиять на старение было бы исключительно сложно, практически невозможно, прежде всего потому, что у каждого человека может быть свой уникальный набор поломок. Мы же видим другое – есть ряд ключевых факторов, изменение которых ведет к амплификациям сигнала и большим переменам в активности генов. Это значит, что если мы найдем пути блокировки изменения активности этих ключевых факторов, то сможем если не восстановить молодость, то, по крайней мере, существенно замедлить процесс старения в мозге и других тканях. И положительные результаты, полученные на модельных организмах (к сожалению, еще достаточно далеких от человека), показывают, что этот подход действительно работает.
– Известно, что ряд ученых, артистов, деятельность которых связана с большими умственными нагрузками, заучиванием текстов, до глубокой старости сохраняют ясный ум. Можно ли в ходе ваших работ выяснить почему?
– Это действительно интересный феномен, но для его исследования требуется изучить гораздо больше образцов биологического материала. Пока такой возможности нет, и, чтобы она появилась, нужно создавать (в том числе и у нас в России) банки образцов мозга и других тканей, потому что без этого исходного материала никаких серьезных работ, связанных с изучением функционирования организма человека, провести нельзя. Однако в обществе против этого существует большое предубеждение, и остается только надеяться, что со временем его удастся преодолеть.
– Сейчас в мире активно развиваются научные проекты, связанные с исследованием человеческого мозга. Несколько лет назад в Европе был запущен Human Brain Project. Все это как-то перекликается с вашей работой?
 – Это очень большой проект, в котором задействовано множество лабораторий. Но парадоксальность ситуации в том, что при значительном финансировании такие проекты фокусируются на мозге модельных организмов, а не на мозге человека. И на начальных стадиях Human Brain Project, и сейчас, несмотря на то что прошло уже несколько лет, основные работы ведутся  на мозге морских организмов, крыс и мышей, потому что его достаточно просто расшифровывать, гораздо проще, чем человеческий мозг. Естественно, этот подход важен и очень информативен. Но мозг человека уникален, причем не только на уровне наших когнитивных способностей, но и в молекулярном составе, и в молекулярных механизмах, которые в нем присутствуют. Я не говорю про нашу страну (у нас ситуация немного лучше), но за рубежом, к сожалению, мало кто из ученых непосредственно исследует мозг, за исключением медиков, у которых другая направленность – они в основном изучают его заболевания. 
– Почему в России ситуация лучше? 
– Изучение мозга в России имеет глубокие традиции, российская школа – одна из старейших в мире. У нас до сих пор сохранилось множество отличных специалистов, понимающих работу мозга на уровне, который зачастую забыт в зарубежных странах. Действительно, нам сложно конкурировать с зарубежными лабораториями в плане экспериментальной базы – у них больше ресурсов, возможностей. Но, тем не менее, нейробиология в России жива и конкурентоспособна, есть немало примеров, когда российские ученые открывали то, с чем в других странах никто не работает. У нас существуют островки знаний, где сохранилось всего несколько экспертов, однако дальше без дополнительной поддержки этого направления развиваться нашей нейробиологии будет сложно.
– Какие сдвиги могут произойти в ближайшие пять-десять лет в области изучения мозга?
– Все прорывные открытия в основном происходят параллельно с прогрессом в технологиях. Сейчас мы видим бурное развитие технологий изучения мозга, которые позволяют получать большое количество данных на разном уровне его организации. Европейские, американские проекты направлены именно на синтез больших данных. Скорее всего, это и будет основополагающим направлением развития исследований в перспективе ближайших пять-десять лет. Будут появляться дополнительные технологии, которые помогут глубже проникнуть в тайны мозга, однако в конечном итоге все сведется к анализу данных, математическим моделям. Но для того, чтобы понять, как все работает, недостаточно просто произвести измерения, нужно иметь аналитические механизмы, которые позволят извлечь рациональное зерно из многочисленных данных.
– На фоне огромных средств, которые во всем мире выделяются на проекты по изучению мозга, грант ФЦП не особенно большой. Но все же чем ценна ваша работа?
– Как я уже говорил, мы находимся в ситуации, когда очень мало лабораторий работают напрямую с мозгом человека. Поэтому, несмотря на то что наш проект не требует очень большого финансирования, те данные, которые мы получаем, являются новыми и уникальными. Мы не повторяем чьи-то эксперименты, не проверяем уже существующие гипотезы. Если вы спросите любого ученого в области нейробиологии, что происходит в процессе старения в мозге человека, он неопределенно укажет на “какие-то изменения”. Но какие именно – неизвестно, и что они означают – тоже неясно. Мы же получаем конкретные данные и обогащаем знания человечества достоверными сведениями о том, как меняется наш мозг с течением времени. 
Беседовала Светлана БЕЛЯЕВА
Фото предоставлено 
Ф.Хайтовичем

ПОЛНОСТЬЮ МАТЕРИАЛЫ СПЕЦВЫПУСКА ДОСТУПНЫ В ФОРМАТЕ PDF


Нет комментариев