Клуб выпускников МГУ: Экспериментальный препарат помог справиться с облысением и развитием седины ( D-PDMP)

В экспериментах на мышах и кроликах ученые Университета Джонса Хопкинса (Johns Hopkins University) нашли способ блокировать аномальные синтез, транспорт и расщепление холестерина, успешно предупредив развитие атеросклероза - основной причины инфарктов и инсультов. Атеросклероз развивается как результат длительного накопления жира внутри кровеносных сосудов, что приводит к их сужению и потере эластичности сосудистой стенки. В результате значительно снижается способность сосудов питать богатой кислородом кровью сердечную мышцу и головной мозг.

В серии экспериментов, описанных в журнале Circulation, ученые идентифицировали и заблокировали функцию одной единственной молекулы - виновницы целого ряда биологических сбоев, отрицательно влияющих на способность организма правильно использовать, транспортировать и расщеплять холестерин - жировое вещество, накапливающееся внутри сосудов и являющееся причиной развития сердечно-сосудистых заболеваний.

Виновником развития атеросклероза, по мнению исследователей, является молекула гликолипида, называемая гликосфинголипидом, или GSL, входящая в состав мембран всех клеток и, в основном, известная своей ролью в регуляции клеточного роста. Как показали результаты экспериментов, именно эта молекула регулирует метаболизм холестерина.

Чтобы блокировать синтез гликосфинголипида, исследователи использовали искусственное соединение D-PDMP (D-threo-1-phenyl-2-decanoylamino-3-morpholino-1-propanol) и, таким образом, предотвратили развитие сердечно-сосудистых заболеваний у мышей и кроликов, получавших пищу с высоким содержанием жиров и холестерина. Результаты экспериментов показывают, что D-PDMP, по-видимому, вмешивается в работу целого ряда генетических путей, регулирующих несколько аспектов жирового обмена - начиная с того, как клетки извлекают и поглощают холестерин из пищи и как он транспортируется в ткани и органы, и заканчивая его разрушением печенью и выведением из организма.

«Разработанные на сегодня лекарства, понижающие уровень холестерина, решают проблему односторонне - либо путем блокирования синтеза холестерина, либо путем предотвращения его слишком активного поглощения организмом», - объясняет ведущий автор исследования Суброто Чаттерджи (Subroto Chatterjee), PhD, «Но атеросклероз - многофакторная проблема, которая требует удара по аномальному циклу холестерина во многих его точках. По нашему мнению, подавив синтез гликосфинголипида, мы добились именно этого».

В частности, лечение животных соединением D-PDMP привело к снижению у них уровня так называемого плохого холестерина, или липопротеинов низкой плотности - ЛПНП, а также к падению уровня окисленных ЛПНП, особенно опасной формы жира, образующейся при взаимодействии ЛПНП со свободными радикалами. Окисленные ЛПНП легко «прилипают» к стенкам сосудов, вызывая воспаление, повреждающее стенки и способствующее росту жировых бляшек. Кроме того, ученые наблюдали повышение уровня так называемого хорошего холестерина, или липопротеинов высокой плотности - ЛПВП, известных своей ролью в противодействии эффектам ЛПНП, и значительное падение уровней триглицеридов - еще одного вида жира, образующего атеросклеротические бляшки.

Лечение D-PDMP предотвратило образование в сосудах животных и жировых бляшек и отложений кальция. Эти эффекты наблюдались у животных, ежедневно получавших D-PDMP, хотя им давали пищу, на 20 процентов состоящую из триглицеридов. Более того, мишенью D-PDMP, по-видимому, являются самые вредные побочные продукты ростового сигналинга аномальных клеток, такие как окисленные ЛПНП, и активность определенных химических веществ, вызывающих воспаление сосудов без изменения самого роста клеток.

Соединение D-PDMP, уже давно используемое в фундаментальных исследованиях для экспериментального блокирования и изучения клеточного роста и других функций клеток, считается безопасным для животных. В частности, в данном исследовании ученые не наблюдали никаких побочных эффектов, даже если дозы D-PDMP десятикратно превышали минимально эффективные. В настоящее время исследователи разрабатывают лекарственное соединение на основе D-PDMP, которые они вскоре планируют испытать на других животных и, в конечном итоге, на организме человека.

Эксперименты проводились на генетически модифицированных мышах, у которых не было белка, важного для расщепления жиров. Такие мыши, следовательно, предрасположены к развитию атеросклероза. Исследователи кормили животных пищей с высоким содержанием жиров в течение нескольких месяцев, причем третья часть животных получала небольшие дозы D-PDMP. Двойную дозу этого же ингибитора получала другая треть мышей, плацебо - остальные животные.

Измерив толщину аорты животных, ученые обнаружили поразительные различия между группами. Как и ожидалось, аорты мышей, получавших плацебо, стали толще из-за накопления жира и отложения кальция. Аорты мышей, получавших низкие дозы D-PDMP, были значительно тоньше и практически не блокировались бляшками. К удивлению исследователей, артерии мышей, получавших пищу с высоким содержанием жиров и высокие дозы D-PDMP, был почти неотличимы от артерий здоровых животных.

Далее исследователи измерили, насколько хорошо и быстро циркулировала по кровеносным сосудам животных кровь. Замедление кровотока сигнализирует о «засорение» сосуда и является маркером атеросклероза. В сосудах мышей, получавших пищу с высоким содержанием жиров и D-PDMP, кровоток был в норме. У мышей, получивших пищу с высоким содержанием жиров без D-PDMP, кровоток был предсказуемо нарушен.

Изучив клетки печени животных, ученые заметили значимые различия в экспрессии некоторых генов, регулирующих обмен холестерина. Активность этих генов определяется по уровню кодируемых ими ферментов. У мышей, получавших D-PDMP, были заметно выше уровни двух ферментов, отвечающих за тонкий жировой баланс путем регуляции поглощения и расщепления клетками холестерина. В частности, считают ученые, этот ингибитор, по-видимому, стимулирует активность и повышает эффективность класса клеточных белковых насосов, ответственных за поддержание здорового уровня холестерина за счет его транспортировки в и из крови. Кроме того, мыши, получавшие D-PDMP, имели более высокие уровни липопротеина липазы - фермента, ответственного за расщепление триглицеридов. Дефицит этого фермента приводит к опасному накоплению триглицеридов в крови.

Кроме того, лечение D-PDMP повысило активность фермента, ответственного за очищение организма от жиров путем их преобразования в желчь - растворяющее жиры вещество, секретируемое печенью.

В заключительной серии экспериментов исследователи сравнили состояние двух групп здоровых кроликов, которых кормили пищей с высоким содержанием жиров. Животные одной из этих групп получали D-PDMP. У кроликов, содержавшихся на диете с высоким содержанием жиров и не получавших D-PDMP, наблюдались все классические признаки атеросклероза - образование жировых бляшек и неэластичные суженные кровеносные сосуды. Уровень холестерина у этих животных повысился в 17 раз. Получавшие препарат D-PDMP кролики остались практически здоровы - уровень холестерина у них сохранялся в пределах нормы или лишь незначительно превышал ее.

По статистике Всемирной организации здравоохранения, высокий уровень холестерина ежегодно уносит 2.6 миллиона жизней. По утверждениям экспертов, представленные на сегодняшнем фармацевтическом рынке препараты для снижения уровня холестерина, такие как статины, не работают примерно у одной трети принимающих их пациентов.

Experimental drug reverses hair loss and skin damage linked to fatty diet, shows new study in mice

The research advances search for compounds that may someday accelerate wound healing and reverse balding

In a series of experiments with mice, Johns Hopkins investigators have used an experimental compound to successfully reverse hair loss, hair whitening and skin inflammation linked by previous studies to human diets heavy in fat and cholesterol.

The investigators say the compound halts the production of certain fats called glycosphingolipids, or GSLs, that are major components of skin and other cell membranes. Current research shows that mice fed a diet high in fat and cholesterol are more likely to have hair discoloration from black to gray to white, extensive hair loss and inflammation of skin exhibited by multiple wounds. Feeding these animals the compound, however, appears to reverse such symptoms.

The Hopkins investigators caution that such results in mice do not mean that the same effects would occur in people, and there is no evidence at this time that the compounds they used would be safe in people. But the findings, they say, do shed light on possible pathways for addressing hair loss and skin wounds in humans with oral or topical medications.

A report on the findings was published July 30 in Scientific Reports .

"Further research is needed, but our findings show promise for someday using the drug we developed for skin diseases such as psoriasis, and wounds resulting from diabetes or plastic surgery," says Subroto Chatterjee, Ph.D., M.S., M.Sc., professor of pediatrics and medicine at the Johns Hopkins University School of Medicine. Chatterjee conducts research as part of Johns Hopkins Children's Center.

More specifically, previous studies showed that GSLs are prevalent in the cells that make up the uppermost layer of the skin, as well as in cells called keratinocytes that help regulate pigmentation of the eyes, skin and hair.

To determine how disrupting GSLs might affect skin appearance and color, and whether treatment with D-threo-1-phenyl-2-decanoylamino-3-morpholino-1-propanol (D-PDMP) -- a man-made compound that halts GSL production -- would reverse any negative effects, Chatterjee and his colleagues first genetically modified a group of mice to have atherosclerosis, a disease in which arteries are clogged by fat deposits.

The researchers then fed one group of these mice a Western diet high in fat and cholesterol, and a second group standard chow. All mice were fed their assigned diets from 12 weeks of age to 20 weeks.

Compared to those fed standard chow, the mice that ate a Western diet lost hair, formed skin lesions and suffered from hair whitening. These results became more severe when the mice continued eating a Western diet for 36 weeks, with 75 percent of the mice having skin, hair loss and multiple skin lesions.

From 20 to 36 weeks of age, mice in both groups were given varying amounts of D-PDMP, either in a capsule or as a liquid, while they ate the same diet. Mice that received 1 milligram and 10 milligrams of D-PDMP in a capsule per kilogram of body weight from 20 to 36 weeks while eating a Western diet started regaining hair and hair color, and their skin inflammation lessened. Treatment with 1 milligram of D-PDMP in a capsule per kilogram of body weight was as effective as 10 milligrams per kilogram as a liquid. This suggests that an encapsulated form of D-PDMP is a better method of drug delivery.

The research team then looked at the skin of the mice's under a microscope and found that mice eating the Western diet experienced an infiltration of neutrophils, a type of white blood cell implicated in inflammation, in various skin areas. Treatment with D-PDMP in a capsule significantly reduced the number of neutrophils, implying reduced skin inflammation and wounding.

Next, the researchers used mass spectrometry analysis, a method of identifying and quantifying the chemical composition of a mixture, to determine ceramide, glucosylceramide and lactosylceramide levels in the mice. Ceramides are a type of lipid, or fat, that helps protect the skin's moisture, and glucosylceramide is the first derivative of ceramide, whereas lactosylceramide, a later derivative of ceramide, activates inflammation.

Compared to mice fed normal chow, those fed a Western diet had decreased total ceramide levels, decreased glucosylceramide and nearly three times more lactosylceramide. Treatment with 1 milligram of D-PDMP in a capsule per kilogram of body weight or 10 milligrams of D-PDMP as a liquid per kilogram of body weight, however, noticeably increased ceramide levels to normal.

"Our findings show that a Western diet causes hair loss, hair whitening and skin inflammation in mice, and we believe a similar process occurs in men who lose hair and experience hair whitening when they eat a diet high in fat and cholesterol," says Chatterjee.

More animal research needs to be done to confirm and expand on the findings, and to determine how well and what amount of D-PDMP might heal wounds and activate hair growth.

"Hopefully someday in the future this can mean faster, more effective recovery from baldness, hair whitening in aging populations and wound healing," says Chatterjee.

###

Other authors on this paper include Djahida Bedja, Wenwen Yan, Dominica Iocca, Veera Ratnam Bandaru and Nickesh Ramakrishnan of the Johns Hopkins University School of Medicine, and Wenwen Yan of Tongji University.

This study was funded by the National Institutes of Health (PO1HL10715301).

https://www.eurekalert.org/pub_releases/2018-07/jhm-edr072518.php

http://medbiol.ru/medbiol/biochem/0024084d.htm

http://medbiol.ru/medbiol/biochem/x00de521.htm

Церамид, образующийся из SM: влияние на развитие нейронов гиппокампа

Влияние церамида, образующегося из SM , на развитие нейронов гиппокампа было исследовано на культуре клеток гиппокампа , [ Goslin, К., and Banker, G. 1991 ].

Преимуществом этой культуры является то, что можно исследовать определенные стадии роста. Были использовны как ингибиторы синтеза SL ( табл. 1 ), так и стереоизомеры церамида с короткой ацильной цепью, чтобы изменять метаболизм SL.

Инкубация нейронов с FB1 или с D-PDMP в течение 24-48 ч не оказала видимого эффекта на развитие нейронов [ Harel, R., and Futerman, A. H. 1993 , Schwarz, A., Rapaport, E.,ea., 1995 , Schwarz, A., and Futerman, A. H. 1997 ], что свидетельствует о том, что синтез SL не требуется для развития минорных отростков (стадия 2) или первоначальной стадии роста аксонов (ранняя стадия 3) в противоположность тому, что происходит в последний период роста аксонов.

Предположительно нейроны содержат достаточно большой внутриклеточный пул SL для поддержания роста и развития и потому не требуется их синтез.

В противоположность этому С₆-NВD-церамид или С₆-церамид стимулировали переход нейронов от стадии 1 к стадии 2. В то время как средняя длина аксонового сплетения контрольных нейронов через 24 ч инкубации составляла 126 + 3 мкм, средняя длина аксонового сплетения нейронов, инкубированных с С₆-NВD-церамидом, была 183 + 5 мкм [ Schwarz, A., and Futerman, A. H. 1997 ]. Анализ эффектов церамидных стереоизомеров на рост аксонов в культуре в течение 24 ч согласовывался с идеей, что церамиды опосредуют свое влияние на этой стадии развития через специальный сигнальный путь .

Природный церамид имеет D-erythro-конфигурацию, но существуют еще три стереоизомера, каждый из которых в некоторой степени активен в сигнальных путях, опосредованных церамидом [ Schwarz, A., and Futerman, A. H. 1997 ]).

Как C₆-NBD-D-erythro-Сеr , так и С₆-NBD-L-threo-Cer стимулировали рост между 0 и 1 днями, однако C₆-D-erуthro-дегидро-Cer, который совершенно неактивен в переносе сигнала [ Bielawska, A.,Crane, H. M.,ea., 1993 ], не оказывал влияния [ Schwarz, A., and Futerman, A. H. 1997 ]. Добавление D-PDMP вместе с C₆-NBD-цepaмидoм не блокировало стимулирующий эффект C₆-NBD-церамида [ Schwarz, A., and Futerman, A. H. 1997 ] и даже C₆-NBD-L-threo-Cer, который не метаболизирует в C₆-NBD-L-threo-GlcCer в нейронах гиппокампа [ Boldin, S., and Futerman, A. H. 1997 ] и других клетках [ Pagano, R. E., and Martin, O. C., 1988 ], стимулировал рост так же эффективно, как C₆-NBD-D-erythro-Cer [ Schwarz, A., and Futerman, A. H. 1997 ].

Это показывает, что сам церамид, а не анаболический продукт GlcCer ответствен за эти посреднические эффекты в нейрональном развитии.

Другим преимуществом этой клеточной культуры является то, что могут быть изучены эффекты как глий, так и нейронов, а также вклад глий по отношению к нейрональному росту , поскольку нейроны выращиваются в культуральном сосуде, в котором имеется монослой глий, хотя они и не вступают в физический контакт друг с другом (см. выше и [ Goslin, К., and Banker, G. 1991 ]).

C₆-NBD-D-erythro-Cer стимулирует переход нейронов от стадии 1 к стадии 2, даже когда клетки культивировались в отсутствие глий, но при значительно более низких концентрациях, чем в присутствии глий. Так, инкубация с 5 мкМ C₆-NBD-D-erythro-Cer приводила к 50-60% -ному увеличению количества клеток на стадии 3 через 24 ч в присутствии глий, но в отсутствие глий аналогичное повышение числа клеток было получено при использовании 0,05-0,1 мкМ C₆-NBD-D-erythro-Cer [ Schwarz, A., Rapaport, E.,ea., 1995 ]. Концентрационные различия позволили увидеть, что эффект C₆-NBD-D-erythro-Cer обусловлен не глиями, когда нейроны культивировались в присутствии глиального монослоя. Эндогенный церамид, образуемый при инкубации с нейтральной SMase, мог также стимулировать развитие нейронов при инкубации в отсутствие глий. Инкубация с 50-75 мU/мл фермента приводила к значительному увеличению количества нейронов в стадии 3 через 24 ч.

Эти данные показывают, что нейроны действительно чувствительны к действию экзогенно добавленного церамида или церамида, генерированного сфингомиелиназой, и при концентрациях, обсужденных выше, развитие нейронов увеличивается.

В противоположность этому при высоких концентрациях нейтральной SMase или C₆-NBD-D-erythro-Cerиндуцировался клеточный апоптоз как на ранних (0-1 день), так и на поздних (2-3 дня) стадиях развития. Потеря специфичности церамидных стереоизомеров в индукции апоптоза и регулировании перехода от стадии 1 к стадии 2 наряду с отсутствием эффекта у дигидроцерамида [ Bielawska, A., Crane, H. M.,ea., 1993 ] согласуется с возможностью того, что церамид действует по внутриклеточному сигнальному пути в регуляции этих событий.

Приведенные данные показывают, что в нейронах гиппокампа формирование минорных отростков или апоптоз могут регулироваться по сигнальному пути, зависимому от церамида , и что решение, по которому из этих диаметрально противоположных путей идти, зависит от внутриклеточного содержания церамида .

Экспериментальный препарат помог справиться с облысением и развитием седины

Experimental drug reverses hair loss and skin damage linked to fatty diet, shows new study in mice

Церамид, образующийся из SM: влияние на развитие нейронов гиппокампа

Ссылки: