Теломера - это что такое?
Все мы знаем свой хронологический возраст - тот, о котором говорит паспорт. Но при этом замечаем, что далеко не все выглядят на свои года - кто-то моложе, а кто-то - старше. Тут уже дело в возрасте биологическом, который уж точно не определить по дате рождения. Он говорит не только о внешней свежести, но и о "молодости" наших органов, жизненно важных систем, клеток. Биологический возраст - это свидетельство нашего рационального (или наоборот) использования генетической программы. А вот "записана" она в теломерах клетки, о которых нам сегодня предстоит узнать много интересного.
Что такое теломера?
Слово произошло от сочетания др.-греч. τέλος - "конец" и μέρος - "часть". Теломера - это концевая область ДНК, которую визуально можно сравнить с пластиковым наконечником шнурков. Главные отличительные черты этого участка - выполнение защитной функции и неимение способности к соединению с другими хромосомами либо их фрагментами.
Как мы знаем, ДНК клетки человека насчитывает 23 хромосомы. Концы каждой из них обязательно защищены таковыми "наконечниками". Теломеры хромосом защищают генетическую программу и ответственны за целостность ДНК.
Немного теории
Теломера - это термин, введенный в 1932 г. Г. Миллером. У человека, как и у подавляющей части организмов-эукариот (состоящих из клеток с ядрами), это специальная линейная хромосомная ДНК, которая состоит из ряда тандемных коротких повторов.
Таким образом, в теломерных участках складывается нуклеопротеидный комплекс - теломерный структурный гетерохроматин. Он образуется ДНК и белками, специфически связывающимися с теломерными ДНК-повторами. Последние являются консервативного рода последовательностями. У нас, как и у всех позвоночных, такой ДНК-повтор - это строго определенная последовательность нуклеотидов TTAGGG. У большей части растительного мира это TTTAGGG. У насекомых - TTAGG.
Исследователи из университета Кардиффа выяснили, что предельная длина теломеры человека, при которой хромосомы соединяются друг с другом, - это 12,8 теломерного повтора.
История
Революционный подход к эффекту теломер был обозначен не так давно:
- В 1971 году ученый из России А. М. Оловников впервые выдвинул гипотезу, что теломеры укорачиваются при каждом делении клетки. Чем короче этот "хвостик", тем меньше ресурс клетки к дальнейшему делению.
- Экспериментальное подтверждение гипотезы россиянина было оглашено спустя 15 лет английским исследователем Говардом Куком. Но тут уже были определены первые несостыковки теории: клетки мышц и нервов не делятся, соответственно, число теломер в них не может уменьшаться. Но при этом данные ткани стареют вместе со всеми другими. Данный вопрос до сих пор открыт, служит причиной для научных споров.
- В начале 70-х тем же А. М. Оловниковым было предсказано существование фермента теломеразы, который способен "достраивать" заканчивающиеся теломеры.
- В 1985 году теломераза была обнаружена у инфузории, затем в дрожжах, клетках растений и животных. Что касается человека, то у него столь ценный фермент был найден только в половой системе - в сперматозоидах и яйцеклетках, а также, как ни странно, в раковых клетках. Теломераза делает эти частицы фактически бессмертными, так как формирует бесконечную цепочку теломер, которая позволяет клетке делиться вечно. Но вот остальные наши соматические ткани не содержат в своих составляющих такого фермента, отчего их клетки со временем стареют и умирают.
Важность теломер
Говоря о том, что это - теломеры, выделим их отличительные характеристики:
- Не содержат в себе генетической информации.
- В каждой клетке нашего организма ровно 92 теломеры.
- Отвечают за стабильность генома.
- Защищают в репликации хромосомы от случайных слияний и деградации.
- Защищают клетки от старения, мутаций и гибели.
- Отвечают за структурную целостность хромосомных окончаний.
Теломеры и жизнь клетки
Как известно, новые клетки получаются путем деления материнской надвое. Соответственно, вместе с ней делятся хромосомы, а также и теломеры. С каждым делением число этих защитных "наконечников" уменьшается. Как только их количество становится настолько малым, что следующее деление становится невозможным, клетка погибает.
Так эффект теломер влияет на биологический возраст человека и любого другого живого существа. С уменьшением количества этих защитных элементов мы стареем, так как в нашем организме все меньше остается клеток, способных делиться, обновлять ткани, из которых состоят все жизненно важные органы.
На основании более чем 8 тыс. исследований можно утверждать следующее:
- Длинные теломеры обеспечивают долголетие.
- Короткие теломеры связаны с неуклонным старением организма вне зависимости от хронологического возраста человека.
Но можно ли "удлинить" теломеры?
Остановить старение
Установив, что теломера - это одно из действенных свойств управления биологическим возрастом человека, ученые провели ряд экспериментальных исследований. Панацея была найдена в виде теломеразы - удивительного фермента, который имеет свойство достраивать почти израсходованные теломеры. Как только защитный "наконечник" ДНК восстановился, у клетки появляется ресурс для дальнейшего деления, а значит, и для обновления тканей наших органов, что и замедляет старение организма в целом.
Как "удлинить" теломеры? С помощью фермента, синтезирующего нуклеотидную последовательность TTAGGG на концевых областях ДНК (теломеры) - теломеразы. Она обладает рядом достойных свойств:
- Создание матрицы, по которой достраиваются критически короткие теломеры.
- Продление жизни клетки.
- Защита всего организма от преждевременного старения.
- Предотвращение сокращения длины теломеры.
- Дает возможность "пожилой" клетке вернуть молодость - функционировать и делиться, как молодая.
Теломераза - эликсир молодости?
В 1997 году учеными из университета Колорадо (США) был получен ген чудо-фермента. Уже в 1998 году их коллеги из юго-западного медцентра Техасского университета (Даллас) внедрили ген теломеразы в соматические клетки человека - кожного покрова, сосудистого, зрительного эпителия. Т. е. в те, которые по своей природе не содержат данного фермента.
И что же в итоге? Генетически модифицированная клетка оставалась вполне жизнеспособной, в то время как теломераза выполняла свою работу! Фермент, так же как и в половых и раковых клетках, "пришивал" теломерные нуклеотидные последовательности, отчего деления этой частицы организма никак не влияли на длину теломеры. Пока что таким образом удалось продлить жизнь клетки в 1,5 раза.
За данное открытие в 2009 году ученые Д. Шостак, К. Грейдер, Э. Блэкберн были удостоены Нобелевской премии, отчего в серьезности исследований сомневаться не приходится.
Как самому удлинить теломеры?
Во многих странах можно пройти анализ на теломеры - тест, который позволяет выявить их длину в ваших клетках. Но что делать, если такой ресурс у вас истекает?
Учеными было выявлено, что мы сами можем удлинить свои теломеры. Притом рядом совершенно несложных решений:
- Здоровое питание.
- Активный образ жизни.
- Недопущение длительных стрессовых ситуаций.
- Уверенность в поддержке близких и друзей.
И это не очередной призыв к ЗОЖ, а данные результата исследований ученых Калифорнийского университета (Сан-Франциско). Эксперимент продолжался 5 лет. "Подопытной" была группа мужчин, у которых выявили рак простаты на первой стадии. 10 участников изменили свою жизнь в соответствии с вышеперечисленным, а 25 не предпринимали ничего.
Как итог, у перешедших к здоровой жизни длина теломер увеличилась на 10%. И это средний результат: чем больше человек вносил положительных изменений, тем активнее удлинялась у него цепочка теломер. А вот у другой части наблюдаемой группы ее длина сократилась в среднем на 3%.
Рак и бессмертие
Чисто гипотетически теломераза, внедренная в клетки человеческого организма, делает их вечными, а его самого - бессмертным. Но не стоит забывать о том, что это раковый фермент, главная причина злокачественного перерождения материи. Онкологию оттого и трудно победить, что раковые клетки бессмертны. А делает их такими именно теломераза.
Отсюда вопрос: "А не переродятся ли клетки, модифицированные этим ферментом, в раковые?". Природу не под силу обмануть человеку: теоретически мы можем сделать организм бессмертным, но он неминуемо погибнет от онкологических болезней.
Таким образом, воздействие длины теломер на наш биологический возраст признано научным сообществом, хотя теория и вызывает массу споров. А также выявлены и простые правила жизни, которые помогут нам дольше наслаждаться своей молодостью без всяких эликсиров бессмертия.