На рисунке английского художника Генри Мура «Три богини судьбы» изображены мойры, дочери богини ночи Никты, в древнегреческой мифологии определявшие срок жизни человека. Клото (‘прядущая’) прядет нить жизни, Лахесис (‘дающая жребий’) отмеряет ее длину, Атропос (‘неотвратимая’) готовится перерезать нить. Сестры-мойры символизируют неуклонное приближение будущего, неизбежность смерти и неотвратимость судьбы.
Генри Мур (1898–1986), больше известный как автор абстрактных скульптур из мрамора и бронзы, рисовал сюжет с тремя богинями судьбы несколько раз в разных вариациях в 1947-м, 1948-м и 1950 году. В конце 1970-х годов всемирно известный скульптор начал сотрудничество с художниками из колледжа West Dean, которые поставили перед собой цель возродить и сохранить искусство ручного ткачества гобеленов и хотели выткать рисунки Генри Мура. Символично, что для самого большого гобелена размером 243×350 cм, который двое мастеров полтора года выплетали из окрашенных вручную нитей, Генри Мур выбрал именно этот рисунок с Клото, Атропос и Лахесис, держащими в руках нить человеческой жизни.
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 экспрессируется в клетках почечных канальцев и в сосудистом сплетенииголовного мозга; 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 Клото 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 Клото может «срезаться» с мембраны под действием протеолитических ферментов, в результате чего образуется так называемая «растворимая» форма Клото.
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 Клото, находящаяся на поверхности клеток почечных канальцев, реагирует на гормон FGF23 (фактор роста фибробластов), циркулирующий в крови. У Клото 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.
«Растворимая» форма Клото отделяется от клеточной мембраны и циркулирует в крови. Клото с кровотоком достигает сердца и действует не как рецептор, а как гормон, связываясь с α2-3-сиалил-лактозой в составе гликолипидов на поверхности клеток сердца. Это подает клеткам сигнал о том, что нужно уменьшить количество и активность кальциевых каналов TRPC6, участвующих в регуляции роста сердечной мышцы. При высокой нагрузке на сердце у мышей, лишенных гена Klotho, экспрессия TRPC6 в сердечной мышце повышается, и мышца становитсягипертрофированной (то есть ненормально увеличенной). И наоборот, повышенная экспрессия Klotho защищает сердце от патологических изменений.
Кроме этого, Клото 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(см. «Ген молодости» Klotho повышает сопротивляемость к оксидантному стрессу, «Элементы», 11.11.2005). Открытие было сделано еще в 2005 году, однако до сих пор неизвестен молекулярный механизм этого процесса: Клото не взаимодействует с инсулиновым рецептором напрямую, поэтому неясно, каким образом он блокирует активацию рецептора.
Также известно, что Клото связывается с некоторыми сигнальными белками семейства Wnt, регулирующими клеточный цикл и пролиферацию стволовых клеток. Кроме того, Клото 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 Клото до сих пор не изучены и точно не известны.
Поскольку Клото регулирует множество важных процессов, возникает вполне очевидный вопрос: а можно ли использовать его для создания лекарства, замедляющего старение? В настоящий момент этим занимаются как минимум две компании: одна разрабатывает препарат на основе модифицированного рекомбинантного белка Клото, а другая ищет способы повысить уровень экспрессии гена Клото с помощью искусственных факторов транскрипции, манипуляций с РНК и генной терапии. Эти разработки пока находятся на самой ранней стадии, на момент написания этой статьи не было зарегистрировано ни одного клинического исследования препаратов на основе Клото.
Важно подчеркнуть, что Клото — 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 (см. Одна из причин старения может быть устранена, «Элементы», 22.05.2006). 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.
Генри Мур «Три богини судьбы», 1948 год. Из собрания Henry Moor Foundation. Рисунок выполнен углем, карандашами, акварелью и тушью. Изображение с сайта catalogue.henry-moore.org.
Екатерина Кузина