Цель: Выявить низкомолекулярные вещества с эффектом антистарения, которые будут использованы в качестве прототипных лекарственных средств для лечения связанных с возрастом метаболических болезней и позволят увеличить продолжительность здоровой жизни и, в конечном счете, общую продолжительность жизни.
Ограничение калорийности питания (англ. — calorie restriction, CR) — сокращение потребляемых калорий без недоедания — это система питания, которая увеличивает продолжительность здоровой жизни и общую продолжительность жизни. У человека ограничение калорийности питания оказывает сильное положительное влияние на метаболизм и физиологию сердечно-сосудистой системы. Следовательно, чрезвычайно интересно найти миметики с эффектом ограничения калорийности питания, или CR-миметики, т. е. соединения, подобные лекарственным, которые могут оказывать влияние, сходное с положительным влиянием ограничения калорийности питания. К настоящему времени, однако, эффективные CR-миметики не созданы. Мы разработали подход, позволяющий преодолеть главные ограничения и недостатки предыдущих исследований. Наша лаборатория является пионером в использовании подхода, основанного на циркадных часах, который позволяет изучать старение и механизмы ограничения калорийности питания.
Циркадные часы — это внутренняя «часовая» система организма, которая запускает 24-часовой ритм в поведении и физиологии. В организме человека буквально все физиологические системы находятся под контролем циркадных часов. Для разработки потенциальных лекарств от старения, мы решили объединить преимущества диетического и циркадного подходов, а также подхода, основанного на анализе микроРНК: мы сравнивали изменения в циркадных ритмах экспрессии микроРНК. МикроРНК — это небольшие регуляторные РНК, которые влияют на экспрессию целевых генов путем комплементарного взаимодействия с мРНК целевого гена. МикроРНК являются практически готовыми терапевтическими агентами.
Действительно, микроРНК относительно небольшие, их можно синтезировать и очистить in vitro в больших количествах; наконец, разработаны методы доставки микроРНК в организм, и эти методы постоянно совершенствуются. Многие микроРНК демонстрируют отчетливые ритмические изменения в своей экспрессии в течение дня; следовательно, измерение микроРНК в один случайно выбранный момент времени неизбежно приводит к результатам, которые вводят в заблуждение. Циркадный подход позволяет решить эту проблему. Мы использовали микрочипы для анализа экспрессии примерно 1000 микроРНК в печени двух групп мышей: контрольной группы и группы, которая получала пищу с ограниченным количеством калорий. Для анализа микроРНК мы выбрали шесть временных точек в течение суток. Было обнаружено, что, хотя экспрессия многих микроРНК несколько изменяется при ограничении калорийности питания, для большинства из них эту разницу можно обнаружить лишь в одной временной точке. Только у нескольких микроРНК, под воздействием ограничения калорийности питания, экспрессия изменялась во многих временных точках в течение дня. Следовательно, можно предположить, что именно эти микроРНК являются главными кандидатами в миметики ограничения калорийности питания.
Мы проанализировали экспрессию нескольких генов-мишеней выбранных микроРНК и обнаружили изменения экспрессии этих мишеней, коррелирующие с изменениями экспрессии микроРНК, что подтверждает предположение о том, что изменения в экспрессии микроРНК, индуцированные ограничением калорийности питания, являются биологически значимыми.
Таким образом, объединив циркадный подход с ограничением калорийности питания, нам удалось преодолеть существовавшие ограничения и выявить несколько микроРНК, которые являются кандидатами в CR-миметики. Важно, что выбранные микроРНК консервативны, т. е. одинаковы у мыши и человека. Следовательно, если они работают в организме мыши, есть большой шанс, что они будут работать и в организме человека.
Мы планируем протестировать физиологическую активность выбранных микроРНК в экспериментальных моделях на животных.
Шаг 1. Оценка кратковременных воздействий (2 месяца) CR-миметиков на метаболизм с целью определить главных кандидатов для долговременных исследований. Продолжительность шага 1 мы оцениваем в 1.5 — 2 года.
Шаг 2. Исследовать кинетику действия микроРНК-миметиков для определения того, какая частота и доза приема микроРНК-миметиков позволяют достичь желаемого терапевтического эффекта. Продолжительность шага 2 мы оцениваем в 6–8 месяцев.
Шаг 3. Долговременное влияние приема микроРНК на старение и долголетие. Продолжительность шага 3 составляет 2–3 года.
Возможная коммерциализация.
Ограничение калорийности питания, помимо положительного влияния на процесс старения, оказывает существенное положительное влияние на метаболизм и физиологию сердечно-сосудистой системы; ограничение калорийности питания также сокращает риск возникновения рака. Следовательно, помимо того, что CR-миметики в долговременной перспективе, возможно, смогут увеличивать продолжительность жизни, они потенциально могут использоваться в качестве лекарств от диабета II типа, ожирения и кардиометаболического синдрома. МикроРНК — это небольшие природные молекулы, их легко изготовить; следовательно, клиническое использование выявленных микроРНК должно быть несложным. Поскольку микроРНК являются специфичными молекулами, можно ожидать, что побочные эффекты препаратов на их основе будут минимальными, что чрезвычайно важно для фармакологических препаратов.
Potential commercialization.
Calorie restriction, in addition to the positive effect on aging, has a significant beneficial effect on metabolism and cardiac physiology; calorie restriction also reduces the risk of cancer development. Therefore, in addition to their possible long-term effects as lifespan-increasing agents, calorie restriction mimetics have a potential application as a medicine for type II diabetes, obesity and cardiometabolic syndromes. MicroRNAs are small natural molecules, and their production is simple; therefore, the translational application of the identified miroRNAs would be straightforward. Due to the high specificity of microRNAs, we expect a low risk of side effects that are among the major limitations of pharmacological agents.