Ученые, чья работа опубликована 25 марта в журнале Nature Chemical Biology, также показали, что путь каннабиноидов, увеличивающих продолжительность жизни, в C. elegans неожиданным образом связан с каннабиноидными путями, обнаруженными у людей и других млекопитающих.
«Это исследование раскрывает новый путь продления жизни, но в более широком смысле оно представляет собой мощный метод применения химических зондов к лабораторным животным, таким как черви, для открытия биологии, которая может иметь отношение к людям», – говорит старший автор исследования Бенджамин Краватт, доктор философии. Профессор и Гилула, заведующий кафедрой химической биологии в Scripps Research.
Краватт известен своими разработками передовых методов «химической протеомики» для изучения ферментов и биологических путей, которые они регулируют. В новом исследовании его команда применила эти методы для изучения старения в языке Си. elegans круглые черви.
Крошечные черви обычно живут всего несколько недель – по сравнению с двумя или тремя годами у лабораторных мышей, – что в принципе делает их более практичными для изучения продолжительности жизни.
Исследования продолжительности жизни с использованием C. elegans черви обычно включают делецию или молчание определенного гена на эмбриональной стадии жизни, чтобы увидеть, увеличивает ли это среднюю продолжительность жизни пораженных животных. Подход команды Cravatt, напротив, заключался в использовании низкомолекулярных соединений для нарушения связанных с ферментами путей у взрослых червей в надежде, что это обнаружит пути, регулирующие продолжительность жизни.
«Прелесть этого подхода в том, что любые соединения, увеличивающие продолжительность жизни, которые мы идентифицировали, могут быть полезными инструментами для изучения того, влияют ли те же механизмы и мишени на старение у млекопитающих», – говорит соавтор исследования Майкл Петрашек, доктор философии, доцент кафедры естественных наук.
Молекулярная медицина в Scripps Research.
Команда использовала библиотеку из около 100 таких соединений, которые, как известно, ингибируют ферменты, называемые сериновыми гидролазами, у млекопитающих. «Метаболические процессы очень важны для определения скорости старения и продолжительности жизни, а сериновые гидролазы являются основными метаболическими ферментами, поэтому мы подумали, что есть хороший шанс, что таким образом мы сможем найти важный фермент, связанный со старением», – говорит первый автор исследования Алиса. Чен, аспирант лаборатории Cravatt.
Найдя способы провести соединения через жесткую внешнюю оболочку червей, Чен проверил их на червях, достигших 1 дня в зрелом возрасте, и обнаружил, что некоторые из соединений увеличивают среднюю продолжительность жизни червей как минимум на 15 процентов.
Первое, карбаматное соединение под названием JZL184, увеличивало продолжительность жизни червя на 45 процентов при оптимальной дозе. Более половины червей, обработанных JZL184, были все еще живы и, по-видимому, здоровы через 30 дней, когда практически все необработанные черви умерли от старости.
JZL184 был первоначально разработан лабораторией Cravatt в качестве ингибитора фермента моноацилглицерин липазы млекопитающих (MAGL), нормальная работа которого включает расщепление молекулы, называемой 2-AG. Последний является важным нейротрансмиттером и известен как эндогенный каннабиноид («эндоканнабиноид»), потому что он активирует один из рецепторов, пораженных основным психоактивным компонентом каннабиса.
Любопытно, однако, что соответствующий фермент MAGL не существует в C. elegans, поэтому цель JZL184 в этих животных была загадкой. Однако вскоре Чен обнаружил, что одним из основных ферментов-мишеней для JZL184 у червей является амидгидролаза 4 жирных кислот (FAAH-4).
Хотя FAAH-4 и MAGL не связаны с точки зрения их аминокислотных последовательностей или трехмерных складок, дальнейшие эксперименты неожиданно показали, что FAAH-4 у червей делает то же, что и MAGL у людей и других млекопитающих: он расщепляет 2- AG.
2-AG был связан со старением у млекопитающих; одно недавнее исследование показало, что его уровни падают в мозгу стареющих мышей, вероятно, из-за большей активности MAGL. Таким образом, результаты показывают, что изучение пути FAAH-4/2-AG у червей может однажды дать стратегии увеличения продолжительности жизни для людей.
«На данный момент кажется по крайней мере правдоподобным, что и черви, и млекопитающие имеют связанный с каннабиноидом сигнальный путь, который влияет на продолжительность жизни и, возможно, на нарушения, связанные со старением», – говорит Краватт.
Исследование в более общем плане демонстрирует, как библиотеки низкомолекулярных соединений и связанные с ними методы протеомики могут быть использованы для выявления биологических путей, которые имеют общие с людьми эволюционно далекие лабораторные животные, такие как черви.
«В принципе, с помощью этого подхода можно быстро найти соединение, обладающее желаемым биологическим действием, а также найти цель, через которую оно действует, – и все это в живом и относительно сложном модельном организме», – говорит Краватт.
Авторы исследования «Фармакологическая конвергенция раскрывает липидный путь, регулирующий C. elegans, "были Элис Чен, Кеннет Лам, Дайсуке Огасавара, Арман Коннетта, Алан То, Уильям Парсонс, Габриэль Саймон, Майкл Петрашек, Лирон Бар-Пелед и Бенджамин Краватт, все из Scripps Research; и Пабло Лара-Гонсалес и Аршад Десаи из Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Исследование было поддержано Национальными институтами здравоохранения (DA033760, CA215249), Фондом исследований рака Дэймона Руньона и Abide Therapeutics, Inc.