Исследования старения давно показали, что продолжительность жизни организмов модифицируемый параметр. Классическим примером является ограничение пищи^1,2 , которое увеличивает продолжительность жизни у большого числа организмов, включая дрожжи (Saccharomyces cerevisiae)^3-5, червей (Caenorhabditis elegans)⁶, плодовых мух (Drosophila melanogaster)^7,8, грызунов⁹ и недавно макак резус (Macaca mulatta)¹⁰. Это указывает на то, что молекулярные события, вносящие вклад в патофизиологию клеточного старения обладают до некоторой степени общими компонентами среди широко отличающихся систем, это утверждение верифицировано при прямом количественном сравнении между двумя несопоставимыми беспозвоночными¹¹. Одновременно с увеличением продолжительности жизни ограничение пищи задерживает начало ряда ассоциированных с возрастом патологий у беспозвоночных и млекопитающих10,12-16.

Пожилой возраст у людей рассматривается как величайший фактор риска для ряда болезней, включая нейродегенеративные, сердечно-сосудистые, метаболические и неопластические синдромы, открывается тем самым возможность, что целенаправленные подходы к старению будут задерживать начало многих причин заболеваемости у пожилых. Этот подход неизбежно влечет за собой понимание молекулярных событий, которые ускоряют физиологический упадок и отвечают за старение организма. С этой целью генетические подходы наиболее продвинуты. Исследования на беспозвоночных моделях сфокусированы на мутациях, которые удлиняют продолжительность жизни, идентифицированы многочисленные гены старения и получены указания на ряд высоко законсервированных чувствительных к пище киназ, которые изменяют метаболизм способом, который влияет на старение. Отдельная линия вопросов связана с характеристикой синдромов человека и болезней мышей, которые обладают признаками, напоминающими ускоренное старение. Кстати, гены, ассоциированные с удлинением продолжительности жизни, в модельных системах и те, что ассоциированы с прогерией у млекопитающих обнаруживают довольно ограниченное перекрывание (FIG. 1).

Будет рассмотрена патология человеческой прогерии, в частности Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS).

The biology of ageing

Биология старения вообще-то имеет свои корни в эволюционной теории, т.к. Дарвин и Уоллес, которые впервые продуктивно рассуждали о процессах старения (BOX 1). Однако многие подходы были использованы для понимания старения на молекулярном уровне, включая анализ беспозвоночных модельных организмов, млекопитающих и клеток млекопитающих в культуре. Хотя большой прогресс был достигнут, но многие ключевые вопросы остались нерешенными.

Comparing old and young. Сравнительные исследования в основном использовали генетические подходы, чтобы ответить на вопросы: что изменяется или 'идет не так' во время процесса старения?

Хотя легко недооценить важность этих исследований, они заставляют глубоко задуматься над механизмами старения. Начиная с 1950 стали говорить об оксидативных нарушениях как причинном агенте процессов старения¹⁷. Кислородные радикалы создаются во время процессов дыхания и приобретаются из внешних источников и обладают потенциалом повреждать составляющие почти каждой клетки, включая белки, липиды и нуклеиновые кислоты^18,19. Повреждения всех этих молекул увеличиваются с возрастом и могут вносить вклад в старение организма. Клетки обладают многочисленными механизмами детоксификации этих агентов и некоторые исследования были проведены по усилению или ослаблению этих защитных механизмов и измерению их влияния на старение. Результаты оказались двусмысленными, с четкими примерами удлинения продолжительности жизни, связанными с увеличением активности^20,21 и снижением активности²² путей защиты, и многочисленные исследования показали, что или увеличение или снижение экспрессии белков, участвующих в этих реакционных путях, оказывают малые или не оказывают эффектов на продолжительность жизни^23,24.

Некоторые др. теории также были предложены для объяснения старения. Большинство связано с накоплением клеточных повреждений и не противоречит гипотезе оксидативных повреждений. Напр., клетки, изолированные от стареющих индивидов, накапливали повреждения ядерной ДНК, неправильно упакованные белки и увеличение частот делеций митохондриальной ДНК, которые ассоциируют со снижением респираторной способности. Все эти события, как полагают, управляют общими и специфическими аспектами процессов старения. Хронические воспаления, как иммунно, так и не иммунно обусловленные, могут быть др. фактором, управляющим ассоциированными с возрастом патологиями способом, сцепленным с оксидативными повреждениями²⁵. Модель протео-токсичности также сегодня получила признание²⁶. Одна из причин, это что долго живущие мутанты у разных организмов резистентны к токсичности, обусловленной экспрессией белков, которые сцеплены с нейродегенерацией и склонны к агрегации^27-31. Происходят и др. прогрессивные изменения, которые не обязательно связаны с клеточными повреждениями. Среди наиболее значительным является укорочение теломер, свойство прежде всего клеток человека, которое не экспрессирует telomerase до уровней, которые достаточны для поддержания теломерных концов³².

Возможно, что некоторые разные модели правильны частично. Разные типы повреждений могут аккумулироваться с разными скоростями в популяциях индивидов. Когда эти различные повреждающие агенты достигают порога токсичности, то они могут начинать ускорять определенные аспекты процесса старения. Люди (и мыши) не погибают от старости; вместо этого они становятся жертвой болезней старения. Мультифакторная модель, при которой разные типы клеточных повреждений могут объяснить гетерогенность болезней пожилого возраста (как разные типы повреждений, скорее всего, по-разному влияют на индивидуальные типы клеток и процессы), делая возможным объяснение разных патологий с возрастом. Напр., усиление повреждений ядерной ДНК может лежать в основе повышения показателей рака. Сходная модель, что некоторые типы повреждений могут иметь незначительное влияние на старение у здоровых индивидов, но чрезвычайно вредны при отсутствии здоровья. Напр., тучность и сопровождаемые метаболические заболевания могут возрастать как со скоростью накопления оксидативных радикалов, так и их способностью вызывать повреждения.

Invertebrate genetics. Большинство генов старения были идентифицированы в исследованиях беспозвоночных моделей старения. Идентификация генов от догадок, через генетический скрининг и в последнее время с помощью reverse генетики, при которой панель линий с пониженной экспрессией индивидуальных генов исследовалась в течение жизни. Reverse генетика открыла возможность геномного скрининга, ведущего к идентификации более чем 500 генов старения, пониженная экспрессия которых приводила к удлинению продолжительности жизни^33-35. В случае дрожжей, это стало средством скрининга делеционных мутаций открытой рамки считывания, которые давали наиболее жизнеспособные линии с делецией одиночного гена на изогенном фоне, обнаружения модификаторов детородного периода жизни или хронологического периода жизни^36-38. У червей RNAi библиотеки, экспрессируемые в поддерживаемых бактериальных линиях, используются для выбора генов для поиска увеличивающих продолжительность жизни³⁴. Геномный скрининг на продолжительность жизни у мух тоже описан, но стратегии, сходные с RNAi стали выполнимы лишь недавно.

Многие клеточные сигналные пути оказались сцеплены с продолжительностью жизни, по крайней мере, у одного модельного организма. Мы сфокусируемся на двух путях, которые связаны др. с др. и консервативны среди беспозвоночных и млекопитающих: передача сигналов инсулина или insulinlike growth factor 1 (IGF1) signalling (IIS) и передача сигналов target of rapamycin (TOR). Первые мутанты с увеличенным периодом жизни описаны у червей age-1 (39,40), кодирующих phosphoinositide 3kinase (PI3K)⁴¹, которая играет центральную роль в передаче сигналов IIS . Сходным образом, гипоморфные мутации инсулина и IGF1 рецептора, DAF2, и нижестоящих компонентов AKT1 и serum and glucocorticoidregulated kinase 1 (SGK1), все они приводили к увеличению продолжительности жизни^42,43. Рецептор, связывающий инсулин или IGF1, ведет к фосфорилированию Tyr белков insulin receptor substrate (IRS)

Box 1 | Evolutionary theories of ageing Why should natural selection allow the universal decline in fitness that accompanies prolonged survival? An important theory, formulated by Medawar in 1952 (ReF. 147), was based on the hypothesis that the force of natural selection declines with age, as organisms in the wild largely succumb to age-extrinsic causes of mortality. Protection of the germ line from mutations that confer detrimental effects only at increased age has little or no benefit. Several elegant theories have since been proposed that modify or alter this seminal theory. These include the concept of antagonistic pleiotropy¹⁴⁸, that germline mutations conferring beneficial effects early in life will be selected for even if they also convey severe costs late in life, and the disposable soma theory^149,150, which more clearly defines ageing in the context of an evolutionary trade-off of resources between reproduction and maintenance of somatic tissue. Nevertheless, they all centre on the concept (which has been acknowledged in some form by many researchers of ageing) that, unlike many developmental processes, ageing cannot be thought of as a programmed process.

The message that ageing results ultimately from the decline in natural selection with time in an organism is important to account for when molecular theories of ageing are considered. The lack of a programme calls into question whether pathways of ageing will be conserved among eukaryotic species, the extent to which stochastic events precipitate associated pathology and, perhaps most importantly, whether the pathology associated with ageing can be traced back to the same root molecular causes in all cases. In other words: is there one route to 'old' or many?

и , в свою очередь, к активации PI3K и Akt⁴⁴. Активированная Akt фосфорилирует транскрипционный фактор DAF16 (известен как FOXO у др. видов), подавляя его миграцию в ядро; снижение Aktзависимого фосфорилирования способствует локализации в ядре FOXO и последующей активации ряда транскрипционных мишеней, включая чувствительные к стрессам факторы. Подчеркивая свое значение, DAF16 необходим для удлинения продолжительности жизни с помощью всех упомянутых выше мутаций пути IIS. Снижение IIS также ассоциирует с увеличением периода жизни у vs[ и мышей⁴⁵.

Путь TOR, по-видимому, наиболее консервативный путь старения, принимая во внимание, что снижение передачи сигналов TOR ведет к удлинению продолжительности жизни у дрожжей, мух и мышей (see below)⁴⁶. Путь TOR чувствителен к питанию, в виде как аминокислот, так и углеводов, и будучи активирован, стимулирует синтез белков и клеточный рост⁴⁷. TOR киназы входя в два комплекса, наз. TORC1 и TORC2, которые выполняют разные клеточные функции, но оба существенны для жизнеспособности^48,49. TORC1, который чрезвычайно чувствителен к rapamycin, активируется доступностью питательных веществ, в особенности аминокислот, и координирует белковый синтез и деградацию, чтобы способствовать росту, когда питательные вещества в достатке. Большинство исследований показывает, что снижение передачи сигналов TORC1 ведет к удлинению продолжительности жизни, но последние сообщения показывают, что снижение экспрессии субъединицы TORC2 у червей также способствует удлинению продолжительности жизни⁵⁰. Снижение передачи сигналов TOR способствует биогенезу митохондрий и путям клеточного поддержания, включая аутофагию и активацию передачи сигналов фактора, чувствительного к стрессам. Исследования на дрожжах, червях и мухах показали, что первым преимуществом ограничения приема пищи может быть снижение передачи сигналов посредством пути TOR⁴⁶. Дальнейшим подчеркиванием важности TOR, является изменение экспрессии его двух первичных нижестоящих TORC1 субстратов, S6 kinase (S6K) и эукариотического фактора инициации трансляции 4ebinding protein 1 (4eBP1), также способствующих удлинению продолжительности жизни⁵¹.

Консервативная гистоновая и протеиновая деацетилаза silent information regulator 2 (SIR2; известный как SIR2.1 у червей, SIR2 у мух и SIRT1 мышей) также связан со старением и реакцией на ограничение пищи⁵². Повышенная активность Sir2, как было установлено, удлиняет репликативный период жизни дрожжей, по крайней мере, частично путем репрессии рекомбинации локуса рибосомальной ДНК, снижая накопление внехромосомной кольцевой ДНК, которая токсична для дрожжей⁵³. Неожиданно увеличение дозы SIR2, как известно, удлиняет продолжительность жизни с помощью разных механизмов у разных организмов; напр., посредством DAF16зависимого механизма у червей⁵⁴ и посредством неизвестных механизмов у мух⁵⁵. Хотя повышенная активность SIRT1 у мышей ассоциирует с защитой от ассоциированных с возрастом болезней и идентифицированы многие интересные белковые субстраты, удлинения продолжительности жизни не наблюдалось.

Mammalian longevity studies. Линии карликовых мышей, включая Ames, Snell и little мышей, изучались многие годы и было показано, что эти мыши долго живущие⁵⁶. Все мыши обнаруживали дефектную функцию гипофиза, приводящую к снижению передачи сигналов гормона роста. Ames и Snell мыши также секретируют пониженные количества тироид-стимулирующего гормона и пролактина и все три линии мышей обнаруживают чувствительность к инсулину ипониженные уровни IGF1s. Нокаутные по growth hormone receptor (GHR^-/-) мыши также долгоживущие и имеют пониженную передачу сигналов IGF1. Нокаутные по рецептору IGF1 мыши нежизнеспособны, но гетерозиготные мыши живут долго. Нокаутные по специфическому для жировй ткани и мозга insulin рецептору, мыши также долгоживущие^57,58. Итак, эти находки обнаруживают важность IIS пути для старения мышей.

Два исследования 2009 показали, что снижение передачи сигналов TOR ведет к увеличению продолжительности жизни млекопитающих. В одном сообщении обработка rapamycin приводила к увеличению продолжительности жизни, даже если он не применялся к мышам вплоть до 20 мес. возраста (~70% продолжительности жизни)⁵⁹. В др. исследовании использовали TOR у старых и показали, что S6K1^-/- мыши, которые лишены одной из двух S6 киназных субъединиц (подтвержденные TOR субстраты), были долгоживущими⁶⁰.

У мышей путь TOR и путь IIS взаимодействуют на нескольких уровнях (FIG. 2). Активированная Akt фосфорилирует tuberous sclerosis complex protein 2 (TSC2), индуцируя деградацию TSC1-TSC2 и тем самым удаляя TSC2обусловленное подавление малой GTPase

Ras homologue enriched in brain (RHEB)^61-63. RHEB действует непосредственно на TORC1, приводя к его активации. Кроме того, будучи регулируемым факторами роста, TORC1 также регулируется с помощью чувствительной к энергии AMPactivated protein kinase (AMPK), которая способствует репрессии RHEB, обеспечиваемой с помощью TSC1-TSC2 (64-66). Вместе со своей способностью отвечать по-разному на обилие пищи, многие др. вводные пути помещают TORC1 на ключевую регуляторную цепь, которая отвечает на питательные вещества, сигналы роста и статус клеточной энергии. TORC2 чувствителен к ростовым факторам, таким как insulin и способствует стрессовым реакциям, которые необходимы для жизнеспособности клеток. Кроме того, TORC2 принимает важное участие в организации актинового цитоскелета^67,68. TORC2 также обеспечивает перекрестное общение между IIS путями и передачей сигналов TOR с помощью фосфорилирования Akt⁶⁹. Наконец, одним из субстратов для S6K1 является IRS1, фосфорилирование которого важно для ингибирования петлей обратной связи IIS ^70-72. Фосфорилирование IRS1 с помощью S6K1 ослабляет IIS в ответ на устойчивые сигналы роста или в условиях избытка пищи с помощью петли негативной обратной связи. Итак, эти находки ставят важный вопрос: до какой степени измененная передача сигналов TOR или IIS ведет к увеличению продолжительности жизни за счет усиления активности FOXO или снижения фосфорилирования нижестоящих мишеней TOR и S6K1? Единственная возможность, что максимум увеличения продолжительности жизни может быть результатом скоординированной активации FOXO и редукции активации компонентов, стоящих ниже TOR.

Несколько др. генетических вмешательств способствуют увеличению продолжительности жизни, включая делецию p66SHC (также известного как SHC1), который обеспечивает передачу сигналов, участвующих в продукции внутриклеточных reactive oxygen species (ROS)⁷³ и в делеции RIIβ субъединицы протеин киназы A⁷⁴. Др. молекула, сцепленная с продолжительностью жизни, это опухолевый супрессор p53. Интересно, что активация p53 способствует ускоренному старению⁷⁵, тогда как повышенная активность p53 в соотв. время вносит вклад в увеличение продолжительности жизни⁷⁶. Функция p53 также связана с HGPS.

Human ageing studies. Старение человека в основном изучалось с помощью идентификации полиморфизмов, ассоциированных с увеличенной продолжительностью жизни с использованием различных геномных и целенаправленных подходов. Ранние исследования трудно воспроизводимы и многие гены и локусы, идентифицированные в одном исследовании, не обнаруживались в др. Второй вопрос, могут ли идентифицированные гены изменять риск специфических, связанных с возрастом болезней или влиять на сами основы биологии старения. Хотя интересны оба, но только варианты, изменяющие основы биологии, скорее всего. информативны для понимания механизмов старения.

В последние годы исследования генных ассоциаций с использованием скрининга по всему геному и целенаправленных подходов к субнаборам генов продолжительности жизни оказались наиболее информативными⁷⁷. Растет количество исследований продолжительности на разных популяциях, множество индивидов в каждом исследовании было проанализировано, использованы улучшенные подходы и наиболее чувствительные технологии. Накоплено большое количество данных как ожидаемых (так и неожиданных) генов продолжительности жизни. Напр., полиморфизмы в локусе INK4a-INK4b идентифицированы во многих исследованиях ассоциированных с возрастом болезней⁷⁸. p16InK4A (также известен как CDKN2A), будет рассмотрен ниже в контексте A-type lamins, известный опухолевый супрессор, который ингибирует функцию G1 cyclin-cyclindependent kinase (CDK), ведет к активации retinoblastoma protein (RB). p16InK4A также участвует в старении мышей, особенно в контексте поддержания функции стволовых клеток⁷⁹. Кроме того, полиморфизмы были идентифицированы в компонентах IIS пути и в др. генах, ассоциированных с продолжительностью жизни в животных моделях⁸⁰. В ближайшем будущем эти исследования будут оказывать большее внияние на организацию исследований на животных моделях, т.к. они показывают какие пути законсервированы у человека.

Др. подход для изучения продолжительности жизни это изучение старения клеток в культуре. Многие типы клеток человека (fibroblasts have generally been the experimental cell type of choice) обладают конечной репликативной способностью в культуре, достигая в конечном итоге состояния ареста роста, которое может быть определено по определенным молекулярным маркерам⁸¹. Недавние исследования подтвердили, что стареющие клетки могут наблюдаться и in vivo, а клеточные стрессы могут управлять быстрым началом фенотипа старения. Стареющие клетки также секретируют уникальный набор факторов, которые могут влиять на нормальные клетки поблизости⁸².

Diseases resembling premature ageing

Среди некоторых синдромов человека, патология которых ассоциирует с нормальным старением, накапливаются с ускоренным старением, выделяются Werner синдром и HGPS. При этих болезнях многие ткани обнаруживают связанные с возрастом фенотипы. Однако они разрознены в природе, т.к только субнабор тканей, по-видимому, стареет преждевременно⁸³. Люди с этими синдромами также обнаруживают фенотипы, которые не встречаются во время обычного старения, включая агенез ключиц при HGPS и аномальный спектр опухолей при синдроме Werner. Тем не менее, многие исследователи полагают, что знание молекулярной патологии этих болезней сможет предоставить информацию о нормальном старении.

Мы сфокусируемся на HGPS, т.к. проделан значительный прогресс в последние 7 лет благодаря идентификации ассоциированных с болезнью мутаций lamin A/C (LMNA) как причинных элементов. Мышиные модели HGPS предоставили мощный исследовательский инструмент для понимания патологии прогерии. Хотя мышиная линия, полностью воспроизводящая все болезненные симптомы HGPS, еще не получена, некоторые мышиные модели доступны, у которых нарушен процессинг С-конца lamin A и которые обнаруживают ряд фенотипов, которые напоминают аспекты человеческого синдрома⁸⁴. Werner синдром рассмотрен кратко в BOX 2, с упором на механистическую информацию, которая может перекрываться с таковой при HGPS и нормальном старении. В BOX 3, мы описываем находки, имеющие отношение к началу в детском возрасте прогерия-подобных болезней, включая Cockayne синдром и trichothiodystrophy, при которых выявлена связь между повреждениями ДНК и изменениями метаболизма. Эти находки потенциально связывают процессы, которые давно рассматриваются, как участвующие в нормальном процессе старения.

Hutchinson-Gilford progeria syndrome. У всех исследованных метазоа, кстати, внутренняя ядерная мембрана находится в контакте с белковой сетью, наз. ядерной lamina⁸⁵, которая состоит из type V промежуточных филамент, называемых lamins и нескольких ассоциированных с lamina белков. Все Atype lamins, включая две превалирующие формы, lamin A и lamin C, управляются с помощью альтернативного сплайсинга LMNA, nulf как два Btype lamins кодируются двумя генами: LMNB1 и LMNB2 (86). Хотя присутствие, по крайней мере, одного Btype lamin считается существенным для жизнеспособности, экспрессия LMNA приурочена к определенному времени развития, а нокаутные модельные мыши жизнеспособны^87,88.

Как A так и Btype lamins подвергаются последовательным пост-трансляционным модификациям на С конце, предмет обсуждения др. обзоров⁸⁹. Короче, ядерные ламины содержат CysAlaAlaX (CAAX) prenylation мотив на C конце, который управляет farnesylation Cys остатка с помощью thioether сцепления. Трипептид AlaAlaX C конца затем расщепляется и farnesylated Cys становится carboxymethylated. Наконец, эндопептидаза zinc metalloproteinase Ste24 homologue (ZMPSTE24) протеолитически расщепляет ядерные ламины по lys647 , чтобы высвободить 15 аминокислотный продукт, который содержит Cysсцепленный isoprenyl липид. Это место второго расщепления управляется непосредственно с помощью последовательости в 6 пептидов, которая уникальна для созревания lamin A (lamin B постоянно сохраняет isoprenoid⁹⁰).

Мутации в LMNA вызывают специфические генетические нарушения с тканевой специфичностью, включая Emery-Dreifuss мышечную дистрофию, мышечную дистрофию тазового пояса, семейную частичную липодистрофию,, mandibuloacral дисплазию и Charcot-Marie-Tooth нейропатию^86,91. Коллективно называемые laminopathies, эти заболевания, с известными исключениями, являются результатом гетерозиготных миссенс мутаций, приводящих к одиночным заменам аминокислот. Хотя большинство мутаций доминантно, они, скорее всего, оказывают разные последствия на функцию ламина Aтипа, при этом некоторые мутации действуют доминантно-негативным образом, а др. вызывают усиление или новые функции. Среди этих laminopathies, мутация LMNA ответственна за тяжелую аутосомно доминантную прогерию человека, HGPS, которая возникает приблизительно 1 на4 миллиона живорожденных⁹². Наиболее распространенная мутация HGPS (по Gly608) является молчащей в отношении кодирующей последовательности, но вносит скрытый донорский сплайс-сайт, который управляет продукцией белковой изоформы, содержащей

Box 2 | Werner syndrome Although the onset is slower than Hutchinson–Gilford progeria syndrome (HGPS), the pathology that accompanies Werner syndrome resembles (but also differs from) premature ageing to an extent that is comparable to HGPS. Clinical pathology starting at 10–20 years of age includes short stature, bilateral cataracts, early greying, hair loss and scleroderma-like skin changes . Other age-related pathologies include osteoporosis, hypogonadism, type I diabetes, atherosclerosis and neoplasms, with the median age of death at 54 years of age. The neoplasms are interesting in that they do not overlap with neoplasms that commonly occur in normal ageing individuals. 151 Werner syndrome results from mutations in Werner syndrome ATP-dependent helicase (WRN), which belongs to the RecQ protein family and has several enzymatic functions linked to DNA metabolism, including helicase, ATPase, exonuclease and single-strand annealing activities . Mutations are loss of function in nature. The cellular phenotypes associated with Werner syndrome show significant overlap with laminopathies even though WRN function has not been linked directly to that of lamin A. For instance, cells lacking WRN have defects in the repair of DNA double-strand breaks, particularly those linked to DNA replication fork arrest. WRN-mutant cells also have enhanced telomere attrition, uncovering a role for WRN in promoting the repair of chromosome ends. Increased cell death and/or senescence (as well as incidence of neoplasms) may result from defects in DNA damage repair and telomere end maintenance. Another commonality between Werner syndrome and laminopathies is that they predominantly affect mesenchymal cell lineages. Together, these findings implicate enhanced DNA damage and proliferation defects due to impaired telomere maintenance in the onset of pathology that is associated with Werner syndrome. 152,153

Box 3 | Progeria-associated syndromes linked to deficient DNA repair A range of diseases, such as Cockayne syndrome, tricothiodystrophy and ataxia telangiectasia, are characterized by a subset of progeria phenotypes, including cachexia, kyphosis, retinal degeneration, shortened lifespan, neurodevelopmental delay and deafness . Cockayne syndrome is linked to mutations in either CSA (also known as ERCC8) or CSB (also known as ERCC6) and tricothiodystrophy to mutations in xeroderma pigmentosum group B complementing XPB (also known as ERCC3), XPD (also known as ERCC2) or TTDA (also known as GTF2H5), all leading to deficient transcription-coupled repair (TCR). Mutation in XPB and XPD can also cause xeroderma pigmentosum, a cancer-prone syndrome with only minor links to progeria. These mutations differ from those associated with progerias in that they more broadly affect nucleotide excision repair (NER). A possible explanation is that defective NER leads to a rate of mutations that is sufficient to stimulate high levels of cancer incidence, whereas defects in TCR affect a smaller region of the genome (transcriptionally active regions) and the accrued mutations are insufficient for cancer progression 154,155 . Ataxia telangiectasia is caused by defects in DNA repair and cell cycle checkpoint control, implicating these processes in the ageing process. Although the disease mechanisms for these syndromes are not fully resolved, recent findings have provided a link with metabolism . A mouse model of severe Cockayne syndrome shows accompanying defects in insulin or insulin-like growth facTOR 1 (IGF1) signalling (IIS), hypoglycaemia associated with hepatic glycogen and fat accumulation, reduced oxidative metabolism and increased antioxidant responses 154 . A broader comparison at the genome-wide transcriptional level showed that mouse models of DNA repair-deficient progeroid syndromes have extensive phenotype similarities across a range of tissues with long-lived dwarf mice 157 156. The authors speculate that defective DNA repair pathways may trigger survival responses in an attempt to reduce cellular production of DNA-damaging agents. The fact that a similar response is associated with long lifespan suggests that the triggering agent, namely DNA lesions, may be a causal agent in normal ageing. One concern is that many of these mouse models of progerias have severe defects that result in markedly reduced lifespan, leading to speculation over what extent other short-lived mouse models that are unrelated to progerias show a similar response. Is reduced IIS a common response to a range of stress-inducing events experienced at the organismal level? Concerns aside, studies like these are important in that they attempt to connect divergent molecular models of ageing, potentially leading to unifying theories. 154

делецию в 50 аминокислот в Cтерминальной порции lamin A⁹³. Эта аберрантно сплайсированная изоформа lamin A названа progerin⁹⁴. Progerin сохраняет CAAX prenylation мотив, но лишена второго сайта протеолитического расщепления, что приводит к постоянно farnesylated белку lamin A.

Atype lamins участвуют в нескольких важных ядерных функциях, т.к. они оба располагаются на периферии ядра между хроматином и ядерной оболочкой и в нуклоплазмическом пуле. В соответствии со структурными свойствами промежуточных филамент, lamin A/C является критическим для целостности ядра. В LMNA фибробластах морфология ядра сильно нарушена, результат потери локализации lamin B, образования кластеров комплексов ядерных пор и транслокации emerin из внутренней ядерной мембраны в цитозоль⁸⁸. Lamin A/C также координирует активность нескольких транскрипционных факторов, помогая им стабильно ассоциировать с ядерной субструктурой и поддерживать их активность⁹⁵. Следствием этого может быть нарушена функция ткани. Напр., функция lamin A/C в стволовых клетках взрослых мышц необходима для соотв. уровней миогенных транскрипционных факторов, которые в свою очередь важны для собственно дифференцировки в мышечные волокна⁹⁵. Lamin A/Cзависиме рекрутирование FOS на периферию ядра необходимо для функционирования FOS⁹⁷. Неуместная активность lamin A/C может вносить вклад в соотв. увеличение активности mitogenactivated protein kinase (MAPK), возможного детерминанта dilated cardiomyopathy, которая ассоциирует, по крайней мере, с тремя laminopathies⁹⁸. Активность некоторых др. транскрипционных факторов, сцепленных с Atype lamins и с их ассоциированными белками, включая βcatenin⁹⁹ и Notch сигнальный каскад¹⁰⁰. Соотв. эпигенетический контроль также нуждается в Atype lamins, в качестве маркеров для конституитивного и факультативного гетерохроматина, он заметно нарушается в клетках, экспрессирующих progerin^101-103, а двукратная потеря heterochromatin protein 1α (HP1α), который обеспечивает прикрепление гетерохроматина к ядерной ламине, наблюдается в HGPS фибробластах¹⁰⁴. Наконец, lamin A/C обнаруживает плохо установленную роль в координации репликации ДНК. Среди многочисленных функций Atype lamins, какая же вызывает изменения, характерные для laminopathies и какие из этих альтераций управляют прогрессированием болезни?

Mechanisms underlying HGPS: recent advances

С момента идентификации LMNA в качестве гена мишени для мутаций, приводящих к HGPS, исследования механизмов этой болезни заметно продвинулись. Предложено несколько возможных, часто не исключающих др. др., гипотез, подчеркивающих возможную связь с нормальным старением. Эффективность farnesyltransferase ингибиторов в качестве терапии HGPS обсуждается в BOX 4.

Enhanced DNA damage and defective repair. Реактивные виды кислорода накапливаются с высокой скоростью в HGPS фибробластах¹⁰⁵, интересный признак, который является общим с нормально стареющими фибробластами. Это может вносить вклад в повышенные уровни повреждений ДНК и может лежать в основе дефектов пролиферации и раннего старения, ассоциированных с HGPS клетками^106,107. Хотя связь между накоплением ROS и укорочением продолжительности жизни у индивидов с HGPS остается коррелятивной и косвенной.

HGPS клетки обладают персистирующими маркерами повышенного базового уровня повреждений ДНК, такими фокусами как ядерная ataxia telangiectasia mutated (ATM) и ATM and RAD3related (ATR)¹⁰⁸; активация этих протеин киназ характерна для геномной нестабильности. Это согласуется с наблюдениями HGPS клеток и мышиных клеток, лишенных lamin Aprocessing endopeptidase ZMPSTE24, которая увеличивает хромосомные аберрации и усиливает чувствительность к ДНК-повреждающим агентам¹⁰⁷. Фибробласты от пациентов с HGPS также обнаруживают повышенные количества основного фосфорилированного гистонового вариантаH2AX (γH2AX) и повышенные уровни фосфорилированной checkpoint kinase 1 (CHK1) и CHK2, по сравнению с нормальными фибробластами¹⁰⁸ . Интересно, что γH2AX в HGPS клетках с разрывами двойной нити ДНК (DSBs) ко-локализуется с фокусами xeroderma pigmentosum group A (XPA), важным фактором nucleotide excision repair (NER), а не с DSB репаративными белками¹⁰⁹. Подобная ко-локализация специфична для XPA , а не для др. энзимов распознавания, участвующих в NER, указывая тем самым, что или тип базового повреждения, который существует в HGPS клетках, может быть качественно отличным от повреждений, возникающих при др. экзогенных генотоксических стрессах, или процессы рекрутирования на DSBs отличаются. Однако неизвестно, до какой степени ROS вносят вклад в увеличение повреждений ДНК в этих клетках. В любом случае, персистирующие, нерепарируемые повреждения ДНК могут способствовать перманентным формам ареста клеточного цикла, включая апоптоз и старение.

Изучение фибробластов, изолированных от индивидов с HGPS показали. что lamin A участвует в обеспечении эффективной репарации повреждений ДНК. Фибробласты от индивидов, затронутых HGPS, или от мышей, лишенных ZMPSTE24, обнаруживают заметную задержку в рекрутировании p53 binding protein 1 (53BP1) к месту репарации ДНК после воздействия радиации, вызывающей DSB¹¹⁰. Задержке в рекрутировании 53BP1 к DSBs в этих клетках предшествует присутствие фокусов. неспособных устранить повреждения ДНК, а накопление нерепарируемых повреждений может быть мощным физиологическим генотоксическим стрессом у индивидов с HGPS. Увеличение уровней повреждений ДНКм. иметь важные последствия ^{in vivo}. Гомозиготный нокаут Zmpste24 у мышей ведет к накоплению prelamin A и к progeroid фенотипу¹¹¹. Прогерия четко сцеплена с не испытавшим процессинг lamin A, поскольку нокаут одной копии Lmna на Zmpste24^-/- фоне усиливает болезненный фенотип¹¹². Интересно, что эта линия мышей обнаруживает повышенные уровни p53 транскрипционных мишеней, таких как growth arrest and DNA damageinducible protein 45α (GADD45α), p21 и activating transcription factor 3 (ATF3)¹¹², что не сопровождается обнаружимым увеличением уровней активированного p53. Более того, некоторые признаки Zmpste24^-/- фенотипа, включая увеличение начала старения клеток, усилены у Zmpste24^-/- Tp53^-/- двойных мутантов, указывая тем самым, что фенотип преждевременного старения у этих мышей, по крайней мере, частично зависит от гиперактивации p53. В отдельном сообщении, экспрессия progerin в нормальных диплоидных фибробластах не активировала гены мишени для p53¹¹³, так что роль активации p53 в усилении HGPS патологии остается неясной.

Altered cell proliferation and senescence. Некоторые исследования были посвящены исследованию свойств старения HGPS клеток. HPGS фибробласты, как было установлено, подвергаются преждевременному старению^106,114. Более того, экспрессии экзогенного progerin в культивируемых клетках оказалось достаточно для индукции некоторых прогероидных признаков, наблюдаемых в HPGS фибробластах, таких как аномальная морфология ядер и снижение пролиферации и экспрессии маркеров преждевременно стареющих клеток^113,115, таких как ассоциированной со старением активности βgalactosidase.

Обнаруживаются интригующие параллели между ранними пассажами HGPS первичных фибробластов и старыми фибробластами относительно изменений хроматина. Очевидно, что фибробласты старых людей обнаруживают пониженное окрашивание на laminaassociated polypeptide 2 (LAP2), HP1α, H3 lys9 trimethylation (H3K9me3) и нуклеоплазменный lamin A/C по сравнению с молодыми клетками, все они напоминали изменения, наблюдаемые в HGPS фибробластах¹¹⁶. Кроме того, progerin может обнаруживаться на низких уровнях в нормальных человеческих

Box 4 | Farnesyltransferase inhibiTORs as therapeutics for HGPS. Given that farnesylated lamin A (known as progerin) exerts a dominant effect on the pathophysiology of Hutchinson-Gilford progeria syndrome (HGPS), it was reasonable to test the effect of farnesyltransferase inhibiTORs (FTIs) on progerin-expressing cells. Treatment of HGPS fibroblasts with FTIs has proven useful in reversing the morphology of HGPS nuclei 158 and modestly delays mortality in progerin-expressing mice . These findings indicate that stable farnesylation is a contributing facTOR to nuclear defects. Cells expressing progerin have altered localization of A-type lamins (both progerin and lamin A/C) such that peripheral localization is enhanced and internal localization is diminished. At the periphery, the assembled lamin structure is rigidified, altering nuclear dynamics. In addition, progerin can assemble into filaments with lamin B, generating a more homogenous intermediate filament assembly instead of the parallel lamin B and lamin A/C assemblies thought to occur in normal cells 159 . However, it cannot be excluded that a subset of phenotypes in progerin-expressing cells arises from loss of lamin A/C in the nuclear interior. 160 These findings have led to the initiation of a clinical trial with patients with HGPS, using a combination of agents designed to inhibit lamin A isoprenylation. In addition to FTIs, a combination of statins and aminobisphosphonates are included in the trial, as lamin A can also be geranylgeranylated. These agents are designed to block both pathways simultaneously. This is clearly warranted, as statins and aminobisphosphonates together have been shown to improve several phenotypes of mice lacking zinc metalloproteinase Ste24 (Zmpste24), including survival . The results from this trial remain unknown, but initial findings should be available in the near future. In the progeria mouse model, the modest delay in mortality can be explained by the observation that mice expressing a non-farnesylatable progerin still develop progeroid phenotypes, but at a slower rate 162 161 . This indicates that stable farnesylation contributes to, but does not completely account for, the toxicity of progerin. Nevertheless, even delay in the onset with pathology by FTIs would be of high value to patients with HGPS.

фибробластах^116,117, указывая, что скрытый донорский splice сайт, который активен в HGPS клетках, управляет низким уровнем аберрантного сплайсинга в здоровых нормальных клетках. Экспрессия progerin может также обнаруживаться в тканях, изолированных от старых здоровых индивидов^116,118. Хотя роль progerin при нормальном здоровом старении в основном базируется на коррелятивных наблюдениях, имеется определенная причина для будущих исследований возможной роли Atype lamins при нормальном старении.

В противоположность пожилым, индивиды с HGPS не предрасположены к более высоким показателям новообразований, возможно из-за того, что гибель, обусловленная тяжелой атеросклеротической болезнью предшествует началу озлокачествления. Озлокачествление описано только у двух субъектов с HGPS, один из которых был гетерозиготным по атипической мутации (Cys1868Gly) , которая подобно мутации progerin, мешает Cтерминальному процессингу и созреванию lamin A^120-122. У обоих пациентов развилась остеосаркома, злокачественное образование часто ассоциирующее с наследственной ретинобластомой у подростков¹²³. Ретинобластома наиболее часто ассоциирует с потерей гетерозиготности по RB у во всем остальном гетерозиготных индивидов. RB, опухолевой супрессор, который участвует в регуляции клеточного цикла, как известно, локализуется в lamin A/Cассоциированных внутриядерных фокусах, а сродство этого взаимодействия зависит от состояния фосфорилирования RB^124,125. Интересно, что lamin A/C и LAP2α, как было установлено, взаимодействуют с RB in vitro, указывая тем самым, что ядерная lamina играет важную роль в закреплении гипофосфорилированного RB в ядерном матриксе во время G1 фазы^126,127. В подтверждение этой гипотезы фибробласты от Lmna^-/- мышей обнаруживают заметно сниженные уровни RB и родственного белка, p107, по сравнению с контролем дикого типа¹²⁸. Это имеет функционлтные последствия, посколькуLmna^-/- фибробласты нечувствительны к аресту клеточного цикла, вызываемыми др. опухолевым супрессором, p16InK4A¹²⁹. Интересно, что остеосаркома была идентифицирована мутанта по неканонической прогерии. Исследование болезненных мутантов lamin A показало, что экспрессия прогерина в фибробластах Lmna^-/- мышей достаточна для восстановления стабильности¹²⁹. Т.о., индивиды. экспрессирующие progerin могут быть устойчивы к туморогенезу благодаря дисфункции RB.

Экспрессия lamin A подавляется при некоторых злокачественных и доброкачественных новообразованиях, таких как мелкоклеточная карцинома легких, колоректальная карцинома и адематозный полипоз толстого кишечника^130-132, это привело к предположению, что lamin A/C действует сам как опухолевый супрессор. Дальнейшие доказательства активности как опухолевого супрессора lamin A представлены в недавнем сообщении о прямом взаимодействии между палочковидным (rod) доменом lamin A/C и эпигенетическим регулятором inhibitor of growth protein 1 (ING1)¹³³. Белки семейства Ing взаимодействуют с histone acetyltransferases и histone deacetylase комплексами. чтобы модифицировать хроматин; эти комплексы также инактивированы в большинстве раковых опухолей. Подобно RB, ING1 стабилизируется с помощью lamin A, и, что интересно, это взаимодействие ставится под угрозу экспрессией progerin в HGPS фибробластах¹³³. Итак, эти сообщения устанавливают роль lamin A в стабилизации опухолевых супрессоров, хотя функциональные последствия в отношении ламинопатий и прогерии только в начале изучения.

Altered telomere dynamics. Укорочение теломер происходит по мере приближения к репликативному старению¹³⁴. Потеря теломерной ДНК, которая происходит в результате как in vitro , так и in vivo старения инициирует checkpoint реакцию на повреждение ДНК с появлением клеточных маркеров, характерных для DSBs, таких как ко-локализация 53BP1 и nijmegen breakage syndrome protein 1 (NBS1; также известен как NBN) с γH2AX фокусами^135,136. Усиленное изнашивание теломер наблюдается в фибробластах от индивидов с HGPS^114,137,138. Это, по-видимому, клеточно-автономный эффект, поскольку длина теломер в клетках от пациентов с HGPS, которые не экспрессируют Atype lamins (гранулоциты и Т клетки) нормальная¹³⁸.

Однако теломерные эффекты не специфичны для экспрессии progerin, поскольку фибробласты от Lmna^-/- мышей описываются, как имеющие более короткие длины steadystate теломер, а нокдаун Lmna ведет к прогрессивному укорочению теломер. Изменения длины теломер могут отражать прямую роль Atype lamins в координации функции теломер. В согласии с этим одно недавнее исследование сообщило, что антитела. специфические к lamin A/C преципитируют теломерную ДНК, а Atype lamins регулируют субъядерное положение теломер. Кроме того, др. группа сообщила, что теломеры из кластеров mesenchymal stem cells (mSCs) человека во внутриядерных фокусах содержат lamin A/C особенно во время старения или апоптоза.

Наконец, имеются доказательства, что дефекты клеточной пролиферации, ассоциированные с экспрессией progerin, могут быть связаны с дисфункцией теломер, поскольку диплоидные фибробласты человека, преобразованные для стабильной экспрессии progerin, обнаруживают дефекты пролиферации, которые могут быть устранены или экспрессией каталитической субъединицы telomerase, telomerase reverse transcriptase (TERT), или экспрессией белка e6 вируса попиломы человека, который инактивирует p53 (ReF. 113). Одной из интригующих и всё ещё не протестированной возможностей является та, что повышение базовых уровней повреждений ДНК в progerinэкспрессирующих клетках может быть связано непосредственно с теломерами, что отражается в динамике дефектов теломер. Эта идея не были исследована непосредственно; однако, сообщалось, что потеря Atype lamins ведет к дефектам слиняний конец-в-конец теломер, что делает незащищенными концы теломер¹⁰³. Этот фенотип, по-видимому, связан с наблюдением, что lamin A/C необходим для нормальной экспрессии 53BP1, который активно участвует в этом процессе.

Mesenchymal stem cells. Поврежденные и нефункциональные ткани ведут к физиологическому упадку и д. быть пополнены для сохранения функции ткани. Гомеостаз осуществляется благодаря действию самообновляющейся популяции стволовых клеток со способностью дифференцировки в новые ткани. Популяции стволовых клеток у взрослых уменьшаются как функция возраста и несколько линий доказательств указывают на то, что затрагиваются MSCs. MSCs являются мультипотентными предшественниками, которые управляют регенерацией дифференцировки внутри клонов в типы клеток, которые вносят вклад в специализированные ткани взрослых¹⁴¹. В терминах гомеостаза дегенерация ткани может возникать в результате или увеличения клеточных повреждений или снижения регенеративного потенциала или в результате обоих. Доказательства,подтверждающие комбинационную гипотезу получены недавними исследованиями иммортализованных MSCs человека, в которых экспрессия экзогенного progerin, как было установлено, вызывает изменения потенциала дифференцировки¹⁰⁰. Интересно, что progerin пониженный потенциал дифференцировки в адипогенном клоне, что может быть связано с потерей подкожного жира, которая характерна для индивидов с HGPS. Однако в мышиных преадипоцитах накопление prelamin A, экспрессия доминантных с lipodystrophyассоциированных Lmna мутаций или siRNA-обусловленный нокдаун Lmna не влияют на дифференцировку¹⁴². Различия в типах клеток могут участвовать в этих очевидных несоответствиях, так что необходимы дальнейшие исследования роли lamin A/C в дифференцировке и тканевом гомеостазе. Lamin A/C отсутствует в недифференцированных мышиных и человеческих эмбриональных стволовых клетках¹⁴³, что согласуется с находками, что развитие Lmna^-/- мышиных эмбрионов выглядит в основном незатрудненным.

Помимо измененного потенциала дифференцировки дефектная ядерная lamina влияет на количество стволовых клеток и репликативный потенциал. Используя волосяные фолликулы в качестве модели, одна группа исследовала динамику стволовых клеток у Zmpste24 линии мышей и установила увеличение количества эпидермальных стволовых клеток с уменьшением репликативного потенциала¹⁴⁴; фенотип был связан с дефектной передачей сигналов Wnt. Итак, эти находки подтверждают модель болезней ламинопатий, при которых дефекты гомеостаза тканей достигают кульминации с потерей потенциала регенерации в поврежденных тканях.

Unifying the approaches: a framework for ageing

В последние несколько декад исследователи старения идут параллельными путями, чтобы выявить молекулярные секреты процесса старения и многие модели базируются на предположении одномодельной причины. Несмотря на это становится ясно, что появляются подтверждающие доказательства многих разных молекулярных причин старения. Это заставляет исследователей старения думать в терминах множественных молекулярных факторов, управляющих процессами старения. Мультифакториальная модель д., однако, must, объяснить генетические находки, при которых манипуляции с активностью одиночного гена ведут к существенному удлинению продолжительности жизни.

Оценка генов, которые влияют на старение разных модельных организмов, предоставляет подтверждение мультифакториальной модели. Напр., сравнение путей, модулирующих старение у червей и дрожжей убедительно для предоставления количественных доказательств законсервированных путей продолжительности жизни¹¹. Однако степень перекрывания ограничена, а исследования предоставляют дальнейшие доказательства частных (т.е., специфических для определенного эволюционного клона) механизмов старения. Для дрожжей, частные механизмы старения уже были предположены^53,145. Мы склоняемся в пользу мультифакториальной модели (FIG. 3), которая, если смотреть с точки зрения путей, затрагивающих старение, имеет элементы, которые законсервированы у беспозвоночных, и др., которые специфичны для прогерий. Эта модель представляет собой 'best guess' уровня консервации каждого пути, но включает их неполностью, так что необходимы дальнейшие поиски. Преимущества, которые могут объяснить, почему определенные индивиды больше чувствительны к специфическим болезням по мере старения, поскольку каждый индивид, скорее всего, использует разные уровни вкладов из специфических путей старения. Мы полагаем, что большое количество доказательств подтверждает множественные причины старения и что всеохватность такого мышления, скорее всего, будет поощрять находки, которые свяжут разные линии исследований.

Как такая модель мультифакторного старения увязывается с прогериями. такими как HGPS? Очевидным преимуществом подобного способа мышления является сегментная прогерия, которая, по-видимому, обладает только субнабором фенотипов преждевременного старения, и которая может быть результатом нарушения только субнабора путей, которые комбинируют, чтобы способствовать старению. HGPS и Werner синдром, напр., могут иметь измененные ядерные механики, приводящие к снижению поддержания специфических типов стволовых клеток, это нарушает способность восполнения ткани, приводя к ускоренному появлению старения и ранней смертности. Синдром Cockayne и tricothiodystrophy может иметь измененную эндокринную ось и повышенную чувствительность к повреждениям ДНК. Др. синдромы, которые обнаруживают более слабое сходство с преждевременным старением, могут изменять только один путь старения (напр., dyskeratosis congenita, который влияет на динамику теломер¹⁴⁶). Учитывая, что пути старения могут взаимодействовать, по крайней мере, косвенно, усиленный вклад некоторых, но не всех путей может приводить к разными последствиям, демонстрируя медленный прогрессивный вклад от многих или всех путей, обычно сопровождающих нормальное старение. Если эта модель правильна, то она предоставит ясный аргумент для изучения прогерий, чтобы понять процесс нормального старения, если иметь в виду, что не существует полных фенокопий.

Conclusions

Humans have been interested in slowing the ageing process for thousands of years, but the complexity of the phenomenon has made it resistant to intervention. In a time when diseases of ageing have taken over as the leading killers in the first world, the mandate for targeting ageing to slow agerelated disease is clearly evident. The fact that genes in many important biological pathways can affect the rate of ageing in model organisms lends credence to the idea that there are multiple causes of ageing. Research in the basic biology of ageing has focused on interventions that extend the maximal longevity of an organism because this means that the affected pathway must impinge on the ageing process. In addition to studying longlived models of ageing, we think that progerias such as HGPS are a unique ‘window’ into a subset of normal ageing mechanisms and that the view from this window may provide a ‘scene’ that is hard to see using invertebrate models.

The finding that the TOR inhibitor rapamycin extended longevity, even when administered late in the lifespan of a mouse, is the first clear example of targeting ageing to address agerelated disease. This raises an interesting question: what would a drug that extends normal mouse lifespan do to a progeroid mouse? Would rapamycin, for instance, help? If the molecular pathology that drives HGPS resembles an accelerated form of normal ageing, then drugs that slow normal ageing may have similar efficacy in these models or in human patients, in whom the severity of the disease may increase the probability of potential side effects. Rapamycin has also been extensively tested in the clinic and even approved for a range of uses. Although its role as an antiageing medicine is unclear, rapamycin is probably only the first of many candidates that will emerge in the near future. With every new candidate, the likelihood increases that one will be efficacious, leading to a realization of the medical promise of ageing research.

Progeria syndromes and ageing:what is the connection? Christopher R. Burtner and Brian K. Kennedy NATURE Reviews | Molecular cell Biology volume 11 | AuGuST 2010 | 567-578 doi:10.1038/nrm2944

Progeria syndromes and ageing:what is the connection?
Christopher R. Burtner and Brian K. Kennedy
NATURE Reviews | Molecular cell Biology volume 11 | AuGuST 2010 | 567-578 doi:10.1038/nrm2944