Как теломеры связаны со старением клеток и организма

В 1961 году Леонард Хейфлик установил, что почти все клетки (соматические) человеческого организма имеют предел делений, равный 50. Такое их поведение оставалось загадкой почти десять лет, и только в 1971 году А.М. Оловниковым была выдвинута смелая гипотеза о постепенном укорочении концевых неинформационных участков ДНК, которые и отмеряют время «жизни» клетки и через этот механизм влияют на общее старение всего организма.

Теломеры и старение

В живых организмах существуют ДНК двух типов: кольцевые и линейные. У кольцевой структуры не существует концов и в этом их плюс – такая ДНК меньше повреждается. Однако, большинство видов имеют линейную структуру, на концах которой выстраиваются неинформационные повторяющиеся цепочки кодов TTAGGG. Эта защитная, «буферная» часть и называется теломерами.

Почему природа пошла по этому пути и разорвала элегантную замкнутую цепочку, создав себе дополнительные трудности? Мнений много. Большинство биологов сходится в том, что это часть общего механизма старения организма, так как с каждым делением клетки теломеры сокращаются и при достижении определенного размера она перестает делиться. Затем, клетка либо самоуничтожается (апоптоз), либо, переходит в статус «старой» (если нет возможности ее заменить делящейся). Учитывая, что с возрастом у организма падает потенциал синтеза «молодых» клеток, то возникает эффект клеточной недостаточности и накопления в тканях и органах «старых» клеток. А это и есть процесс старения. Так теломеры связаны со старением клеток и организма в целом.

Почему же теломеры уменьшаются при каждом делении? С чем это связано? Природа делает это «специально» или это следствие разомкнутой структуры? Дело в том, что в процессе репликации (копирования) ДНК фермент полимераза «не может» начать этот процесс с самого начала, ему требуется зона инициализации, в которой он «ищет» комплиментарный участок кодов, согласно шаблону считывания. Поэтому начальная часть теломер неизбежно пропускается и в итоге теряется. Так происходит их естественное укорочение.

Фермент теломераза

Однако, было замечено, что не все клетки тела имеют ограничения по числу делений. Например, половые, стволовые и эмбриональные могут делиться «бесконечно» долго, сохраняя прежнюю длину теломер. Как им это удается? Оказывается, в своем составе они имеют особый фермент, способный «достраивать» теломеры после каждого деления, используя связанную с соответствующей ДНК молекулу РНК. Этот фермент в последствие назвали теломеразой. Благодаря ей клетки получают «бессмертие» и могут делиться бесконечно долго.

Открытие теломеразы натолкнуло ученых на идею омоложения и продления жизни организма путем введения этого фермента в живые клетки, увеличивая их потенциал к делению. И, действительно, после активации гена теломеразы в культуре соматических клеток человека, они преодолели предел в 50 делений (предел Хейфлика) и продолжали «жить» (делиться) дальше. Позже, в лаборатории ученого Марии Бласко, был поставлен аналогичный эксперимент уже на мышах. Эффект подтвердился – увеличение теломеразной активности в их организме также приводил к увеличению медианной продолжительности жизни даже в группе уже старых мышей (возрастом 2 года).

Так значит вот он, желанный «эликсир молодости»! Теломераза способна останавливать старение и продлевать активную жизнь? Все так, но у этого процесса есть один существенный побочный эффект – резкое увеличение вероятности злокачественных образований, попросту, раковых клеток. Вероятно, в природе не случайно появились такие механизмы по ограничению делений, так происходит защита организма от образования «сбойных» клеток и вмешиваться в этот процесс крайне рискованно. Причем, основная доля повреждений ДНК происходит за счет активных форм кислорода (АФК), синтезируемых внутри митохондрий в процессе дыхания. Эти ионы, летая по клетке, окисляют белки, липиды, ДНК и другие молекулы, встречающиеся им на пути.

Так как АФК не хватает всего одного электрона на внешней оболочке, то им легче его «отобрать» у других молекул, чем «отдать» свой. Так происходят повреждения в молекулах при окислении.

Не все повреждения в ДНК исправляются – часть остается и, таким образом, происходит накопление мутаций. Рано или поздно это приводит к образованию «сбойной» клетки и возможности раковых образований. Это соображение было подтверждено наблюдениями и установлено, что в 90% раковых клетках повышена экспрессия теломеразы, что делает их «бессмертными». Именно это позволяет им бесконтрольно и бесконечно долго делиться в организме, каким-то образом, обманывая иммунную систему, «притворяясь» правильными клетками. Так рождаются метастазы и болезнь прогрессирует.

Все это говорит о важности баланса теломеразной активности для нормальной жизнедеятельности организма. Его изменение может повлечь серьезные последствия, а потому, омоложение таким путем пока под большим вопросом.

Ссылка на основную публикацию