Клеточный цикл – это время жизни клетки от одного деления до другого. Каждый клеточный цикл состоит из 4 фаз – пресинтетический (G1) при котором накапливаются важные продукты для жизнедеятельности двух клеток, синтетический (S) в ходе которого удваиваются хромосомы, и постсинтетический (G2), и, собственно, митотический, в ходе которого происходит разделение клетки надвое.
На клеточный цикл опосредованно влияют как внешние факторы, так и внутренние. Подробнее остановимся на вторых (в частности теломеры и специфические белки). К внутренним факторам относят так называемые циклинзависимые киназы (CDK). Проще говоря, это белки, которые разрешают или наоборот, запрещают клетке двигаться дальше по клеточному циклу (т.е. они могут запретить ей делиться или могут разрешить). С течением времени, при старении организма, и достижения барьера Хейфлика, киназы окончательно завершают клеточные циклы, и клетка выходит в так называемое состояние стазиса (тут это период G0). Однако, такое может происходить и преждевременно, когда клетка не может пройти цикл по определенным причинам (например, критическое повреждение ее генетического аппарата в ядре), тогда клетка останавливает деление и выходит в состояние стазиса, после чего она будет удалена/разрушена макрофагами (клетками, отвечающими за захват и переваривание, относятся к имунной системе)
Проходя определенное количество циклов (50-52) клетка останавливается и перестает делиться. Это связано с так называемым пределом Хейфлика, названного в честь ученого впервые открывшего это явление[1]. В свою очередь советский ученый Оловников предполагал, что это может быть связано с укорочением теломер (ссылки 5, 6). Остановимся поподробнее на теломерах. Теломеры, как уже говорилось ранее концевые участки хромосом, при укорочении которых будет происходить остановка клеточного цикла и запускаться программируемая гибель клетки (апоптоз).
Сам собой закрадывается вопрос – почему же не взять и не сделать себе инъекцию этой самой теломеразы с теломерами и дело с концом. И, действительно, подобный опыт был проделан [2]. Однако, он был проделан на культуре клеток фибробластов (клетки соединительной ткани организма) и, действиетльно, позволял им делиться не 50 раз, а 280! Так же проводились опыты и in vivo (на живом организме). Некто Роберт деПино изучал влияние теломеразы на старение у мышей. Исследователи создали модифицированных мышей, не имеющих нормальной (постоянно активной) версии гена теломеразы. Вместо этого животные имели ген теломеразы, который можно было активировать или инактивировать с помощью химического соединения, добавляемого в корм животных. По мере старения у таких мышей развивалось множество тяжелых симптомов дегенерации семенных желез, селезенки, кишечника, нервной системы и других органов. Прогрессирование этих симптомов не только прекращалось, но и обращалось вспять при активации теломеразы на поздних этапах жизни животных. Особенно интересным оказалось влияние на нервную систему, так как, в отличие от клеток кишечника и кожи, нервные клетки функционируют на протяжении всей жизни организма и не нуждаются в постоянном обновлении за счет стволовых клеток. Несмотря на это, у стареющих мышей с инактивированным геном теломеразы снижалась чувствительность органов чувств и способность к обучению. Активация теломеразы полностью восстанавливала эти нарушения[3].
Тем не менее, эта область молекулярной биологии до конца не изучена и все еще имеет много белых пятен. Сложно предсказать, какие последствия могут иметь использование теломераз и их активация in vivo у человека.
Выводы и размышления:
Клеточный цикл является одной из фундаментальных целей для изучения старения и омоложения. Но, строго субъективно, описан он здесь был для понятия более мелких деталей, с которыми придется столкнуться в дальнейшем, в частности, с теломерами. Несмотря на то, что открыты они были относительно давно, но функции их остаются до конца не изученными. Это и позволяет оставаться одним из наиболее перспективных методов изучения старения и омоложения. Пока что сложно оценить влияние воздействия теломер и развитие рака, несмотря на недавние исследования [4]. Единственное, что затрудняет опыты работы с теломерами согласно последним данным, так это недостаток финансирования (из-за высокой цены реагентов) и пока еще малый интерес.
Список литературы:
- Hayflick L. and Moorhead P.S. (1961). The serial cultivation of human diploid cell strain. Exp. Cell Res. 25, 585–621
- Bodnar, A. G. et al. Extension of life-span by introduction of telomerase into normal human cells. Science (80-. ). (1998) doi:10.1126/science.279.5349.349.
- Artandi, S. E. & DePinho, R. A. Mice without telomerase: What can they teach us about human cancer? Nature Medicine at https://doi.org/10.1038/78595 (2000).
- de Jesus, B. B. et al. The telomerase activator TA-65 elongates short telomeres and increases health span of adult/old mice without increasing cancer incidence. Aging Cell (2011) doi:10.1111/j.1474-9726.2011.00700.x.
- Оловников А.М. (1971). Принцип маргинотомии в матричном синтезе полинуклеотидов. Докл. акад. наук СССР. 201, 1496–1499;
A.M. Olovnikov. (1973). A theory of marginotomy. Journal of Theoretical Biology. 41, 181-190;