Джордж Чёрч – поворачивая время вспять

Предисловие Стива Хилла
Многие из вас, наверное, уже знают профессора Джорджа Чёрча, ведь он является важным членом исследовательского сообщества, занимающимся лечением процессов старения, его цель – предотвратить или обратить вспять возрастные заболевания, не говоря уже о всех видах других приложений генетической инженерии. Для тех, кто не знаком с ним, следует короткая биография.

Джордж Чёрч – профессор Гарварда и Массачусетского Технологического Института, соавтор более 425 работ, 95 патентных публикаций и книги «Regenesis». Он разработал методы первого секвенирования генома еще в 1994 году, и сыграл немалую роль в снижении цены на него, используя секвенирование нового поколения, нанопоры и штрих-коды, сборку ДНК на чипе, редактирование, запись и повторное кодирование генома.

Он инициировал геномные проекты в 1984 и 2005 годах для создания и интерпретации единственных в мире открытых персонализированных медицинских данных. Он также участвовал в запуске BRAIN Initiative в 2011 году.

Мы смогли пообщаться с ним, и он был достаточно любезен, чтобы ответить на наши вопросы о его работе, и его видении того, какие прорывы мы можем ожидать в области исследований старения в ближайшем будущем.

Интервью с Джорджем Чёрчем

Хилл: Здравствуйте, профессор, вы недавно были представлены в Toronto Sun, где вы «предсказали, что мы собираемся положить конец процессу старения. В ближайшие пять лет – непременно!» Хотя прогресс в биотехнологии омоложения действительно очень быстр, не могли бы вы уточнить, это пять лет для достижения его в клетках человека, клинических испытаниях или как именно?

Чёрч: В течение пяти лет более чем реальны одобренные FDA клинические испытания у собак – генные терапии, направленные на старение в целом, но, скорее всего, обозначенные для лечения конкретных заболеваний (и вскоре после этого у людей).

Хилл: Как вы предлагаете взять различные процессы старения под медицинский контроль?

Чёрч: Комбинации генных терапий, направленные на большинство известных механизмов старения, хотя есть серьёзные проблемы в эффективной доставке.

Хилл: Согласны ли вы с тем, что эпигенетические изменения, описанные в Hallmarks of Aging, являются основными причинами процесса старения, и можем ли мы безопасно использовать факторы перепрограммирования клеток OSKM (OCT4, SOX2, KLF4 и MYC) и, возможно, дополнительные факторы для обращения клеточного старения у людей, как Бельмонте и его группа недавно провели у мышей?

Чёрч: Да. Эпигенетика очень важна, но это лишь часть Hallmarks of Aging – и OSKM, в свою очередь, будет только частью этого. Другими примерами являются факторы гетерохронного парабиоза. Эффективность может зависеть от различных тканей.

Примечание. Клетки можно превратить в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS) при помощи эктопической экспрессии OCT4, SOX2, KLF4 и MYC (OSKM). Это восстанавливает их до более раннего состояния, они становятся менее дифференцированными и легче преобразуются в другие типы клеток. В прошлом году Бельмонте и его группа показали, что, временно индуцируя эти четыре фактора в клетке, можно сбросить её возраст, не меняя тип клетки. Это позволило специфическим тканям и органам сохранить свою структуру и функции, омолодило клетки и увеличило продолжительность жизни у мышей.

Хилл: Мыши должны быть спроектированы реагирующими на доксициклин, чтобы экспрессировать эти факторы. Есть ли элегантное решение, не включающее малые молекулы и все побочные эффекты, связанные с ними?

Чёрч: Поскольку и малые молекулы, и их связь с возрастными генами могут быть изменены, мы можем выбрать наиболее безопасные малые молекулы. Например, мы разрабатываем альтернативы доксициклину, основанные на сукралозе и десятках других признанных безопасными (GRAS) молекул.

Примечание. Это означает, что учёные могут создавать собственные молекулы для индукции OSKM без побочных эффектов. Это открывает дверь для перепрограммирования клеток у млекопитающих и сброса клеточного возраста без необходимости генетически проектировать организм. В конечном счёте оно может привести к восстановлению молодой функции клеток и тканей у людей, как только технология пройдёт через клинические испытания в будущем.

Хилл: Предполагается, что повреждение ДНК является основной причиной, по которой мы стареем. Можно ли её восстановить влияя на TFAM (транскрипционный фактор A, митохондриальный предшественник) для увеличения количества NAD (коэнзима во всех живых клетках, который способствует производству энергии), который, как известно, облегчает восстановление ДНК?

Чёрч: Мы воздействовали на TFAM и успешно повысили уровень NAD. NAD-зависимое восстановление – не единственный путь – мы можем предотвратить повреждение ДНК (через контроль за свободными радикалами), предотвратить воздействие такого повреждения (например, дублирование генов-супрессоров опухолей), поддержать определённые типы ремонта (конверсия генов и негомологичное концевое соединение – способ, который восстанавливает разрывы двух нитей в ДНК) или индуцировать апоптоз в клетках, приобретающих потенциально онкогенные мутации.

Примечание. Фактор транскрипции A, митохондриальный предшественник (TFAM) является молекулой, регулирующей митохондриальную функцию и облегчающей создание клеточной энергии через никотинамид адениндинуклеотид (НАД), кофермент, обнаруженный во всех живых клетках и играющий роль в восстановлении ДНК.

Хилл: Рак вызван неустойчивым геномом, вызванным повреждением ДНК, и его можно считать следствием возрастных заболеваний, можем ли мы использовать CRISPR для победы над ним?

Чёрч: Редактирование генома (TALEN, CRISPR и т. д.) и трансгенные методы (CART) применяются «успешно», но доказательств общности и длительной ремиссии пока нет. Эффективные альтернативы являются профилактическими – вакцины против некоторых из 11 инфекционных, вызывающих рак агентов (например, ВПЧ), секвенирование генома, генетические консультации, профилактическая хирургия и предотвращение факторов риска окружающей среды.

Некоторые стратегии, работающие в профилактике рака у мышей, могут быть полезными в инженерии зародышевой линии или более эффективной доставки генной терапии (поскольку одиночные клетки имеют большее значение при раке, чем в ином заболевании).

Хилл: В недавней статье показали, что CRISPR-cas9 вызывает много нежелательных мутаций, по вашему мнению, мы можем решить такие проблемы, используя CRISPR-cpf1 или другие варианты, которые лучше подходят для клеток млекопитающих?

Чёрч: Три группы, в том числе наша, отметили серьёзные проблемы с их выводами здесь, здесь и здесь. Многие группы изучали нежелательные мутации со времени первой статьи об использовании CRISPR, чтобы избежать неправильного нацеливания. Нежелательные мутации могут быть ниже, чем скорость спонтанных мутаций, и, вероятно, менее 0,01% из них будут пагубными.

Хилл: По мере старения тимус уменьшается и теряет способность продуцировать Т-клетки, что делает нас уязвимыми для инфекции и болезней. Каким будет ваше решение?

Чёрч: Мы разрабатываем усовершенствованные методы получения трансплантируемых клеток и органов (например, в Juno и Egenesis). Первоначально они будут направлены на отказ органов и рак, но в рамках этого и параллельно включают в себя разработку иммунной системы для лечения иммунологической толерантности, воспаления, старения и патогенов.

Примечание: Иммунологическая толерантность – это неспособность установить иммунный ответ на антиген. Она может быть в двух формах:

• Естественная. Это неспособность атаковать собственные белки организма и другие антигены. Если иммунная система реагирует на свой организм, может возникнуть аутоиммунное заболевание.
• Индуцированная. Это толерантность к внешним антигенам. Примерами этого являются: манипулирование иммунной системой для уменьшения чрезмерного иммунного ответа от аллергии, снижение иммунного ответа на трансплантированные органы и полезные бактерии в кишечнике.

Хилл: Как вы думаете, в настоящее время какой лучший биомаркер старения у людей?

Чёрч: Важно использовать полный спектр биомаркеров – от молекулярных (DNA 5mC, SA-beta-gal, теломеры) до системных функций (иммунная, мышечная сила, время восстановления повреждений и когнитивные тесты).

Примечание. В принципе, большая панель биомаркеров лучше всего, так как каждый из них имеет потенциальные недостатки, и использование более качественных маркеров помогает построить более последовательную и надёжную картину происходящего. Мы подробно рассказали о них в более ранней статье.

Хилл: Как вы считаете, можем ли мы научиться полезным знаниям, применимым к людям, из сиквенсов целых геномов долгоживущих видов, таких как 400-летняя гренландская акула?

Чёрч: Наиболее перспективная информация, вероятно, будет поступать из геномов организмов, наиболее близких к обычным людям, например, голый землекоп, киты-носороги и человеческие супердолгожители.

Ещё более важна недорогая высокоточная проверка гипотез, основанных на этих сиквенсах, плюс уже сотни гипотез из модельных организмов и клеточной биологии (см. базу данных GenAge).

Хилл: По вашему мнению, можно ли управлять такими заболеваниями, как старческая форма болезни Альцгеймера, при помощи генной терапии? Если нет, то какие другие методы выглядят наиболее перспективными для нейродегенеративных заболеваний?

Чёрч: Да. Генетические консультации как превентивная мера, вероятно, более экономичны, этичны и гуманны, чем существующие альтернативы. Кроме того, разрабатывают и тестируют несколько генных терапий (например, NGF, NEU1, NGFR, miR-29b, BACE1-siRNAs, антиамилоидные антитела, APP-sα). И новые могут быть обнаружены и протестированы при помощи in vitro нейронных AD моделей, как в Yankner Lab.

Мы хотели бы поблагодарить профессора Чёрча за то, что он нашёл время пообщаться с нами, и пожелать ему всяческих успехов во всех его начинаниях. Его работа вдохновляет нас здесь в LEAF, и когда он говорит, что процессы старения через некоторое время окажутся под медицинским контролем, мы не можем не восхищаться нашим будущем.

Предисловие Стива Хилла
Многие из вас, наверное, уже знают профессора Джорджа Чёрча, ведь он является важным членом исследовательского сообщества, занимающимся лечением процессов старения, его цель – предотвратить или обратить вспять возрастные заболевания, не говоря уже о всех видах других приложений генетической инженерии. Для тех, кто не знаком с ним, следует короткая биография.

Джордж Чёрч – профессор Гарварда и Массачусетского Технологического Института, соавтор более 425 работ, 95 патентных публикаций и книги «Regenesis». Он разработал методы первого секвенирования генома еще в 1994 году, и сыграл немалую роль в снижении цены на него, используя секвенирование нового поколения, нанопоры и штрих-коды, сборку ДНК на чипе, редактирование, запись и повторное кодирование генома.

Он инициировал геномные проекты в 1984 и 2005 годах для создания и интерпретации единственных в мире открытых персонализированных медицинских данных. Он также участвовал в запуске BRAIN Initiative в 2011 году.

Мы смогли пообщаться с ним, и он был достаточно любезен, чтобы ответить на наши вопросы о его работе, и его видении того, какие прорывы мы можем ожидать в области исследований старения в ближайшем будущем.

Интервью с Джорджем Чёрчем

Хилл: Здравствуйте, профессор, вы недавно были представлены в Toronto Sun, где вы «предсказали, что мы собираемся положить конец процессу старения. В ближайшие пять лет – непременно!» Хотя прогресс в биотехнологии омоложения действительно очень быстр, не могли бы вы уточнить, это пять лет для достижения его в клетках человека, клинических испытаниях или как именно?

Чёрч: В течение пяти лет более чем реальны одобренные FDA клинические испытания у собак – генные терапии, направленные на старение в целом, но, скорее всего, обозначенные для лечения конкретных заболеваний (и вскоре после этого у людей).

Хилл: Как вы предлагаете взять различные процессы старения под медицинский контроль?

Чёрч: Комбинации генных терапий, направленные на большинство известных механизмов старения, хотя есть серьёзные проблемы в эффективной доставке.

Хилл: Согласны ли вы с тем, что эпигенетические изменения, описанные в Hallmarks of Aging, являются основными причинами процесса старения, и можем ли мы безопасно использовать факторы перепрограммирования клеток OSKM (OCT4, SOX2, KLF4 и MYC) и, возможно, дополнительные факторы для обращения клеточного старения у людей, как Бельмонте и его группа недавно провели у мышей?

Чёрч: Да. Эпигенетика очень важна, но это лишь часть Hallmarks of Aging – и OSKM, в свою очередь, будет только частью этого. Другими примерами являются факторы гетерохронного парабиоза. Эффективность может зависеть от различных тканей.

Примечание. Клетки можно превратить в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (iPS) при помощи эктопической экспрессии OCT4, SOX2, KLF4 и MYC (OSKM). Это восстанавливает их до более раннего состояния, они становятся менее дифференцированными и легче преобразуются в другие типы клеток. В прошлом году Бельмонте и его группа показали, что, временно индуцируя эти четыре фактора в клетке, можно сбросить её возраст, не меняя тип клетки. Это позволило специфическим тканям и органам сохранить свою структуру и функции, омолодило клетки и увеличило продолжительность жизни у мышей.

Хилл: Мыши должны быть спроектированы реагирующими на доксициклин, чтобы экспрессировать эти факторы. Есть ли элегантное решение, не включающее малые молекулы и все побочные эффекты, связанные с ними?

Чёрч: Поскольку и малые молекулы, и их связь с возрастными генами могут быть изменены, мы можем выбрать наиболее безопасные малые молекулы. Например, мы разрабатываем альтернативы доксициклину, основанные на сукралозе и десятках других признанных безопасными (GRAS) молекул.

Примечание. Это означает, что учёные могут создавать собственные молекулы для индукции OSKM без побочных эффектов. Это открывает дверь для перепрограммирования клеток у млекопитающих и сброса клеточного возраста без необходимости генетически проектировать организм. В конечном счёте оно может привести к восстановлению молодой функции клеток и тканей у людей, как только технология пройдёт через клинические испытания в будущем.

Хилл: Предполагается, что повреждение ДНК является основной причиной, по которой мы стареем. Можно ли её восстановить влияя на TFAM (транскрипционный фактор A, митохондриальный предшественник) для увеличения количества NAD (коэнзима во всех живых клетках, который способствует производству энергии), который, как известно, облегчает восстановление ДНК?

Чёрч: Мы воздействовали на TFAM и успешно повысили уровень NAD. NAD-зависимое восстановление – не единственный путь – мы можем предотвратить повреждение ДНК (через контроль за свободными радикалами), предотвратить воздействие такого повреждения (например, дублирование генов-супрессоров опухолей), поддержать определённые типы ремонта (конверсия генов и негомологичное концевое соединение – способ, который восстанавливает разрывы двух нитей в ДНК) или индуцировать апоптоз в клетках, приобретающих потенциально онкогенные мутации.

Примечание. Фактор транскрипции A, митохондриальный предшественник (TFAM) является молекулой, регулирующей митохондриальную функцию и облегчающей создание клеточной энергии через никотинамид адениндинуклеотид (НАД), кофермент, обнаруженный во всех живых клетках и играющий роль в восстановлении ДНК.

Хилл: Рак вызван неустойчивым геномом, вызванным повреждением ДНК, и его можно считать следствием возрастных заболеваний, можем ли мы использовать CRISPR для победы над ним?

Чёрч: Редактирование генома (TALEN, CRISPR и т. д.) и трансгенные методы (CART) применяются «успешно», но доказательств общности и длительной ремиссии пока нет. Эффективные альтернативы являются профилактическими – вакцины против некоторых из 11 инфекционных, вызывающих рак агентов (например, ВПЧ), секвенирование генома, генетические консультации, профилактическая хирургия и предотвращение факторов риска окружающей среды.

Некоторые стратегии, работающие в профилактике рака у мышей, могут быть полезными в инженерии зародышевой линии или более эффективной доставки генной терапии (поскольку одиночные клетки имеют большее значение при раке, чем в ином заболевании).

Хилл: В недавней статье показали, что CRISPR-cas9 вызывает много нежелательных мутаций, по вашему мнению, мы можем решить такие проблемы, используя CRISPR-cpf1 или другие варианты, которые лучше подходят для клеток млекопитающих?

Чёрч: Три группы, в том числе наша, отметили серьёзные проблемы с их выводами здесь, здесь и здесь. Многие группы изучали нежелательные мутации со времени первой статьи об использовании CRISPR, чтобы избежать неправильного нацеливания. Нежелательные мутации могут быть ниже, чем скорость спонтанных мутаций, и, вероятно, менее 0,01% из них будут пагубными.

Хилл: По мере старения тимус уменьшается и теряет способность продуцировать Т-клетки, что делает нас уязвимыми для инфекции и болезней. Каким будет ваше решение?

Чёрч: Мы разрабатываем усовершенствованные методы получения трансплантируемых клеток и органов (например, в Juno и Egenesis). Первоначально они будут направлены на отказ органов и рак, но в рамках этого и параллельно включают в себя разработку иммунной системы для лечения иммунологической толерантности, воспаления, старения и патогенов.

Примечание: Иммунологическая толерантность – это неспособность установить иммунный ответ на антиген. Она может быть в двух формах:

• Естественная. Это неспособность атаковать собственные белки организма и другие антигены. Если иммунная система реагирует на свой организм, может возникнуть аутоиммунное заболевание.
• Индуцированная. Это толерантность к внешним антигенам. Примерами этого являются: манипулирование иммунной системой для уменьшения чрезмерного иммунного ответа от аллергии, снижение иммунного ответа на трансплантированные органы и полезные бактерии в кишечнике.

Хилл: Как вы думаете, в настоящее время какой лучший биомаркер старения у людей?

Чёрч: Важно использовать полный спектр биомаркеров – от молекулярных (DNA 5mC, SA-beta-gal, теломеры) до системных функций (иммунная, мышечная сила, время восстановления повреждений и когнитивные тесты).

Примечание. В принципе, большая панель биомаркеров лучше всего, так как каждый из них имеет потенциальные недостатки, и использование более качественных маркеров помогает построить более последовательную и надёжную картину происходящего. Мы подробно рассказали о них в более ранней статье.

Хилл: Как вы считаете, можем ли мы научиться полезным знаниям, применимым к людям, из сиквенсов целых геномов долгоживущих видов, таких как 400-летняя гренландская акула?

Чёрч: Наиболее перспективная информация, вероятно, будет поступать из геномов организмов, наиболее близких к обычным людям, например, голый землекоп, киты-носороги и человеческие супердолгожители.

Ещё более важна недорогая высокоточная проверка гипотез, основанных на этих сиквенсах, плюс уже сотни гипотез из модельных организмов и клеточной биологии (см. базу данных GenAge).

Хилл: По вашему мнению, можно ли управлять такими заболеваниями, как старческая форма болезни Альцгеймера, при помощи генной терапии? Если нет, то какие другие методы выглядят наиболее перспективными для нейродегенеративных заболеваний?

Чёрч: Да. Генетические консультации как превентивная мера, вероятно, более экономичны, этичны и гуманны, чем существующие альтернативы. Кроме того, разрабатывают и тестируют несколько генных терапий (например, NGF, NEU1, NGFR, miR-29b, BACE1-siRNAs, антиамилоидные антитела, APP-sα). И новые могут быть обнаружены и протестированы при помощи in vitro нейронных AD моделей, как в Yankner Lab.

Мы хотели бы поблагодарить профессора Чёрча за то, что он нашёл время пообщаться с нами, и пожелать ему всяческих успехов во всех его начинаниях. Его работа вдохновляет нас здесь в LEAF, и когда он говорит, что процессы старения через некоторое время окажутся под медицинским контролем, мы не можем не восхищаться нашим будущем.