Извечный вопрос: как жить вечно? Существуют ли фонтан молодости, святой Грааль и молодильные яблочки? Возможно, это всё мифы и легенды, но вот что точно не миф, так это теломеры. Сегодня мы поговорим о том, что такое теломеры и как они связаны с "жить вечно".
Что такое теломеры?
Теломеры – участки ДНК, которые на концах хромосом образуют защитный колпачок, немного напоминающий эглет (пластиковое покрытие на кончиках шнурков). Без этих "защитных колпачков" со временем происходит повреждение клетки, и в конечном итоге она перестает функционировать должным образом.
Как и все ДНК, теломеры состоят из четырех нуклеиновых оснований:
- Аденина
- Tимина
- Цитозина
- Гуанина
Теломера обычно состоит примерно из 3000 повторяющихся последовательностей и может содержать до 15000 оснований.
Функция теломер
Три основных назначения теломер:
- Помогают упорядочить каждую из 46 хромосом в ядре клетки
- Образуют защитный колпачок на концах хромосом
- Обеспечивают правильную репликацию хромосом при делении клетки
При каждом делении клетки хромосомы становятся короче. Поскольку концы хромосом защищены теломерами, единственная часть хромосомы, теряющая основания (≈ от 25 до 200) – это конец теломеры, а остальная часть ДНК остается неповрежденной. Без теломер важные части хромосомы терялись бы при каждой репликации ДНК, которая обычно происходит от 50 до 70 раз. Участок ДНК, необходимый для жизни, становился бы короче с каждым делением клетки.
Без теломер концы хромосом могли бы начать срастаться друг с другом, что повредило бы ДНК и вызвало гибель клеток, сбои в их работе или даже рак. Поскольку поврежденная ДНК наносит ущерб, клетки должны быть способны ощущать это повреждение и восстанавливать его. Если бы хромосомы не имели теломер, они выглядели бы как поврежденная ДНК, и клетка пыталась бы восстановить ее без необходимости, что также привело бы к прекращению деления клеток, а затем – к их гибели.
Теломеры и возраст
Теломеры влияют на то, как стареют наши клетки. Как только они теряют определенное количество оснований и становятся слишком короткими, клетка больше не может делиться и реплицироваться.
Укорочение теломер связано со всеми аспектами процесса старения и указывает на биологический, а не на хронологический возраст человека.
Ученые впервые заметили связь между укорочением теломер и старением почти 40 лет назад, и сегодня ученые все еще заняты их изучением.
Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что длину теломер можно использовать в качестве показателя прогнозируемой продолжительности жизни. У новорожденных лейкоциты имеют теломеры длиной от 8000 до 13000 пар оснований, по сравнению с 3000 у взрослых и только 1500 у пожилых людей. После фазы новорожденности количество пар оснований имеет тенденцию сокращаться примерно на 20-40 в год. Например, к тому времени, когда человек достигает 40-летнего возраста, его теломеры могут потерять до 1600 пар оснований.
Однако старение – не единственный фактор, связанный с укорочением теломер; например, курение и ожирение также влияют на их длину.
Теломераза
В молодых клетках фермент, называемый теломеразой, предотвращает потерю теломерами слишком большого количества оснований, добавляя повтор TTAGGG (повтор из 6 нуклеотидов) обратно к концам хромосом. Однако, поскольку клетка многократно делится, теломераза становится менее способной справляться с количеством оснований, которые необходимо добавить, и теломеры начинают укорачиваться по мере старения клетки.
Теломераза обнаруживается в высоких концентрациях в клетках, которые быстро делятся, таких как клетки зародышевой линии (сперматозоиды и яйцеклетки) и стволовые клетки, где она поддерживает длину теломер и, следовательно, ДНК после репликации. Таким образом, длина теломер в этих клетках сохраняется или даже удлиняется, что означает, что они не стареют. Напротив, теломераза присутствует только в очень низких концентрациях в соматических клетках (остальных клетках нашего организма). Это означает, что эти клетки со временем стареют и становятся менее функциональными.
Теломераза и рак
Теломераза также присутствует в высокой концентрации в раковых клетках, что позволяет им оставаться живыми и продолжать размножаться. Если бы в этих клетках можно было подавить активность теломеразы, укорочение теломер в конечном итоге остановило бы их успешное деление и формирование опухолей.
Рак характеризуется быстрым и неконтролируемым делением клеток, чему способствует тот факт, что в раковых клетках теломераза очень активна: она восстанавливает и удлиняет любые теломеры, которые были повреждены и укорочены. Теломераза позволяет раковым клеткам быстро расти и неограниченно размножаться, сохраняя длину теломер.
Без теломеразы раковые клетки были бы дезактивированы, перестали бы делиться и в конечном итоге подверглись бы апоптозу. Таким образом, теломеры и теломераза представляют значительный интерес для исследователей, желающих разработать новые методы лечения рака.
Агенты, которые могут ингибировать теломеразу или убивать клетки, продуцирующие этот фермент, потенциально могут инактивировать раковые клетки и остановить их пролиферацию. Однако ингибирование активности теломеразы может негативно сказаться на клетках, которые зависят от этого фермента, таких как сперматозоиды, яйцеклетки и иммунные клетки, потенциально вызывая проблемы с фертильностью и иммунным ответом на инфекцию.
Теломераза в исследованиях лечения рака
Биология теломер особенно важна в исследованиях рака, и ученые стремятся понять, каким образом эти структуры могут быть наилучшим образом использованы для совершенствования методов лечения.
- Исследование профессора Сэнди Чанг
В Йельской школе медицины профессор Сэнди Чанг исследует роль теломер в старении и то, как распространяется рак. Исследования Чанга показали, как белки шелтерина связываются с теломерами, чтобы защитить их, и что, когда компоненты шелтерина мутируют или удаляются, теломеры становятся нестабильными, вызывая изменения в геноме, которые могут привести к раку. Он также обнаружил, что, когда один конкретный белок шелтерина был удален в мышиной модели, стволовые клетки потеряли свою способность функционировать должным образом. Чанг считает, что устранение таких мутаций может однажды увеличить выживаемость и отсрочить начало рака.
Шелтерин (также называемый телосомой) – это белковый комплекс, защищающий теломеры млекопитающих от механизмов репарации ДНК и регулирующий активность теломеразы.
- Исследование профессора Анджелы Риццо
В другом исследовании, проведенном Анджелой Риццо из Национального института рака IRCCS-Regina Elena и ее коллегами были рассмотрены эпигенетические изменения в теломерном хроматине, которые изменяют защиту теломер и связаны с образованием опухоли. Авторы полагают, что характеристика этого теломерного эпигенома является ключом к лучшему пониманию защиты теломер и разработке новых противораковых препаратов.
Теломераза и стволовые клетки
Стволовые клетки – неспециализированные клетки, способные дифференцироваться в любой тип соматических клеток (не являются репродуктивными клетками). Они также способны к самообновлению посредством клеточного деления, чтобы генерировать больше стволовых клеток того же типа. В некоторых органах, таких как костный мозг, они быстро делятся, чтобы заменить поврежденную ткань, но в других органах, таких как сердце – делятся только при определенных условиях.
С возрастом количество стволовых клеток уменьшается, и они производят меньше новых соматических клеток, что приводит к дегенерации органов.
Стволовые клетки обладают определенными способами поддержания длины теломер для продления продолжительности своей жизни. Они включают регуляцию с помощью теломерсвязывающего белка, ДНК-дупликазы и теломеразы. Теломераза сильно экспрессируется в клетках во время эмбрионального развития, а затем через несколько недель после рождения экспрессируется меньше, за исключением стволовых клеток и быстрообновляющихся клеток (тромбоциты и лимфоциты).
Основной причиной ограничения репликации, самообновления и экспансии стволовых клеток является потеря теломеразы и возникающие в результате этого изменения в ее экспрессии. По мере развития области тканевой инженерии исследователи сосредоточены на том, чтобы заставить стволовые клетки дифференцироваться в различные клеточные линии, поэтому способность индуцировать или увеличивать экспрессию теломеразы жизненно важна для этой работы.
Теломеры и другие заболевания
Состояние дискератоз характеризуется наличием теломер, которые укорачиваются гораздо быстрее, чем обычно. У людей с дискератозом кожа преждевременно ороговевает. Это состояние может напоминать прогерию (преждевременное старение). Люди подвергаются повышенному риску развития опасных для жизни инфекций, рака крови, цирроза печени, кишечных расстройств и фиброза легких.
Они также склонны к облысению, появлению седых волос, размягчению костей, плохому заживлению ран и неспособности к обучению. Это говорит о том, что теломеры играют определенную роль в состояниях, которые связаны с быстро делящимися тканями. Некоторые исследования предполагают, что укорочение теломер играет определенную роль в развитии гипертонии, диабета 2 типа и болезни Альцгеймера.
Перспективы исследований
Один из вопросов, который задают ученые, заключается в том, можно ли использовать теломеразу для увеличения выживаемости за счет восстановления длины теломер. Если бы человеческие клетки можно было “увековечить” таким образом, ученые могли бы массово производить клетки, которые можно было бы использовать для трансплантации, включая клетки, вырабатывающие инсулин для лечения диабета, хрящевую ткань при артрите, мышечные клетки для лечения мышечной дистрофии и клетки кожи для заживления ран.
Больше интересного вы можете найти на нашем сайте: ro-med.ru
____________________________________________________________________________________
#теломеры #эффекттеломер #длинателомер #теломер #теломерыхромосом #житьвечно #какжитьвечно #какпродлитьжизнь #продлитьжизнь #здоровьеидолголетие