История открытия
В середине 1990-х годов японские ученые работали над созданием трансгенных мышей, экспрессирующих повышенное количество мембранного белка-переносчика ионов натрия и водорода (NHE-1), чтобы изучить его влияние на артериальное давление. По непонятным причинам с одной из полученных линий мышей произошло нечто странное: мыши рано старели и отличались невысокой продолжительностью жизни. В возрасте трех-четырех недель у них замедлялся рост, истончалась кожа, развивались остеопороз и эмфизема легких, появлялись склеротические изменения сосудов, снижались когнитивные функции, они становились неспособны к размножению и в итоге погибали, не прожив и трех месяцев (обычно лабораторные мыши достигают половозрелости в возрасте 4–7 недель и живут около двух лет).
Ученые стали разбираться, почему так происходит, и выяснили, что у этих мышей трансген, кодирующий белок-переносчик, не мог экспрессироваться сам и не давал экспрессироваться другому гену, в который встроился. Этот случайно открытый ген назвали Klotho, в честь древнегреческой богини, прядущей нить жизни.
Для изучения нового гена была создана линия мышей, которые, наоборот, экспрессировали повышенное количество Klotho, и оказалось, что они живут на 20–30% дольше обычных, не генно-модифицированных мышей. Индивидуальные различия в вариантах гена Klotho есть и у людей: популяционные исследования показали, что гетерозиготность по одному из вариантов, Klotho-VS, ассоциирована с более высокой средней продолжительностью жизни, более низким риском сердечно-сосудистых заболеваний и лучшей сохранностью когнитивных функций в пожилом возрасте, а некоторые другие варианты гена Klotho влияют на плотность костной ткани и риск развития остеопороза.
Klotho
Klotho экспрессируется в клетках почечных канальцев и в сосудистом сплетении головного мозга, в жировой ткани; также гораздо более низкие уровни экспрессии обнаруживаются в некоторых других органах и тканях: паращитовидных железах, гипофизе, гладкой мускулатуре артерий, поджелудочной железе, семенниках, яичниках, эпидермисе.
Белок, кодируемый геном Klotho, существует в двух изоформах, возникающих благодаря альтернативному сплайсингу, когда в процессе созревания РНК и вырезания интронов образуется два разных вида матричной РНК, с которых, соответственно, транслируются две разных изоформы белка. Трансмембранная форма белка Klotho состоит из двух внеклеточных доменов, трансмембранной части и короткой C-концевой внутриклеточной части. Секретируемая форма гораздо меньше по размеру и состоит из одного лишь первого внеклеточного домена. Кроме того, трансмембранный Klotho может «срезаться» с мембраны под действием протеолитических ферментов, в результате чего образуется так называемая «растворимая» форма Klotho.
Трансмембранная форма служит рецептором, регулирующим концентрацию фосфатов в крови. Клеточный рецептор — это белок, который реагирует изменением своей пространственной конфигурации на присоединение к нему молекулы определенного вещества, и таким образом передает сигнал внутрь клетки или органеллы, обуславливая ее реакцию на изменение внешней среды. В данном случае трансмембранная форма Klotho, находящаяся на поверхности клеток почечных канальцев, реагирует на гормон FGF23 (фактор роста фибробластов), циркулирующий в крови. У Klotho очень маленькая внутриклеточная часть, поэтому, чтобы передать сигнал внутрь клетки, он образует комплекс с рецепторной тирозинкиназой FGFR (рецептор фактора роста фибробластов). Присоединение гормона FGF23 к этому комплексу вызывает активацию внутриклеточной части FGFR и запускает систему клеточных сигналов, заставляющих клетку почки ускорить выделение фосфатов из организма и приостановить синтез активной формы витамина D (кальцитриола), которая регулирует поступление фосфатов, кальция и магния с пищей. Поэтому у мышей, лишенных гена Klotho, уровень фосфатов в крови постоянно повышен (если посадить их на диету с пониженным содержанием фосфора, мыши будут чувствовать себя лучше). Избыток фосфатов связывается с кальцием и белком fetuin-A, образуя нерастворимые частицы, что вызывает остеопороз, кальцификацию кровеносных сосудов и атеросклероз.
Кроме этого, Klotho блокирует активацию инсулинового рецептора и соответствующих внутриклеточных сигнальных молекул. Это не только влияет на метаболизм глюкозы и снижает чувствительность к инсулину, но и повышает выработку марганец-суперокисиддисмутазы — фермента, который борется с окислительным стрессом, то есть накоплением вредных для клетки супероксидов. Открытие было сделано еще в 2005 году, однако до сих пор неизвестен молекулярный механизм этого процесса: Klotho не взаимодействует с инсулиновым рецептором напрямую, поэтому неясно, каким образом он блокирует активацию рецептора.
Также известно, что Klotho связывается с некоторыми сигнальными белками семейства Wnt, регулирующими клеточный цикл и пролиферацию стволовых клеток. Кроме того, Klotho экспрессируется в сосудистом сплетении головного мозга и в некоторых типах нейронов и секретируется в спинномозговую жидкость. Предполагают, что он защищает мозг от окислительного стресса, повышает синаптическую пластичность и участвует в нейрогенезе. Функции секретируемой формы Klotho до сих пор не изучены и точно неизвестны.
Похоже, Klotho, является важным белком, и исследования, предполагают, что Klotho снижается с возрастом, а поскольку klotho снижается с возрастом, что-то увеличивает количество стареющих клеток.
Стареющие клетки
Краткий обзор стареющих клеток. Стареющие клетки - это клетки, которые больше не делятся и начинают выделять большее количество разных веществ в окружающую среду. Совокупность выделяемых веществ называется Senescence Associated Secretory Phenotype (SASP). SASP включает в себя множество различных факторов, некоторые из которых - воспалительные факторы, их хроническое течение может способствовать развитию воспалительных заболеваний (нейродегенеративных заболеваний, артрита, фиброза). Однако, стареющие клетки не так уж плохи. Они полезны для заживления ран, а также подавляют развитие опухолей.
Очевидно, что существует корреляция уровней Klotho и количества стареющих клеток, но не понятно что на что влияет.
Важно подчеркнуть, что Klotho — далеко не единственная и не главная биомолекула, влияющая на процесс старения. Например, прогерия, редкое заболевание, похожее по симптомам на раннее старение, возникает из-за «поломки» в гене, кодирующем белок ламин А (Lamin A), необходимый для поддержания структуры клеточного ядра. Если говорить о нормальном естественном старении организма, то помимо уже упоминавшихся окислительного стресса, изменения чувствительности к инсулину и потери стволовых клеток, на молекулярном уровне старение проявляется в накоплении повреждений ДНК, уменьшении длины теломер, нарушении гомеостаза белков и изменениях в структуре хроматина.
Содержание исследования:
Итак, в чем же заключалось исследование?
1) Авторы взяли SASP и поместили на некоторые соответствующие клеточные линии человека: эндотелиальные клетки, клетки почек и астроциты головного мозга, то есть клетки, которые продуцируют Klotho. Было установлено снижение уровня отдельных компонентов SASP, что позволяет предположить, что факторы SASP участвуют в снижении экспрессии генов Klotho.
2) Затем, они пересадили стареющие клетки молодым мышам, и обнаружили, что это снижает уровень Klotho в мозге и моче.
Почему бы тогда просто не устранить весь SASP или, что еще лучше, почему бы просто не избавиться от стареющих клеток?
3) Это и сделали исследователи. Они использовали так называемые сенолитические препараты, которые избирательно убивают стареющие клетки. Было обнаружено повышенное содержание Klotho в моче и почках у пожилых мышей. Однако стоит отметить, что синалитики не увеличивали уровень Klotho в моче молодых мышей, скорее всего, потому, что у молодых мышей низкий уровень стареющих клеток, и поэтому их удаление оказывает минимальное влияние на уровень Klotho.
Таким образом, это также подтверждает тот факт, что стареющие клетки, возможно, являются причиной снижения Klotho с возрастом.
4) Далее ученые проанализировали ранее проведенное на людях исследование, в котором пациентов с идиопатическим легочным фиброзом лечили девятью дозами D+Q в течение 3 недель. В этом исследовании лечение улучшило функциональные аспекты, также, была обнаружена корреляция с повышением уровня Klotho в моче. Результаты анализа подтвердили ранее выявленные на грызунах закономерности.
Можно ли использовать Klotho для создания лекарства?
Как мы можем стимулировать выработку Klotho?
1) Введение ДНК и РНК в клетки, продуцирующие Klotho (недорогая таблетка для ежедневного применения)
2) Инъекции белка Klotho как медикамента
3) Единоразовая инъекционная генная терапия, доставляющая ген Klotho в клетки организма и увеличивающая продукцию белка клетками нашего организма
Совсем скоро появится возможность, начиная с 45-50 лет ежедневно принимать таблетку и жить на 10-20 лет дольше!
Если хотите узнавать больше о своем здоровье и заболеваниях переходите в Телеграм-канал: https://t.me/medd1gest
