„Неостаряваща“ Нобелова награда: през 2009 г. беше отбелязана работата върху теломерите и теломераза Нобелова награда за физиология или медицина за 2009 гвъзложена трима американски учени, които решиха важен биологичен проблем: как хромозомите се копират по време на клетъчното делене напълно без ДНК на върховете им да се скъси? В резултат на техните изследвания стана известно, че специално подредените ДНК окончания служат като "защитна капачка" за хромозомите - теломери , които се допълват от специален ензим -теломераза .

За разлика от бактериите, които имат пръстенна хромозома, еукариотните хромозоми са подредени линейно и краищата на ДНК се "отрязват" при всяко делене. За да се избегне увреждане на важни гени, краищата на всяка хромозома са защитени теломери..

Дълга нишковидна ДНК молекула - основният компонент на хромозомите, който носи генетична информация - е затворена в двата края с един вид "тапи" - теломери . Теломерите са участъци от ДНК с уникална последователност, която предпазва хромозомите от разграждане. Това откритие принадлежи на двама лауреати Нобелова награда за физиология или медицина за 2009 г- Елизабет Блекбърн Елизабет Блекбърн ), родом от Съединените щати и в момента служител на Калифорнийския университет (Сан Франциско, САЩ), и Джак Шостак ( Джак Шостак ), професор Институт Хауърд Хюз. Елизабет Блекбърн в сътрудничество с третия носител тази година, Карол Грейдър ( Карол Грейдър ), служител Университет Джон Хопкинс, - открива през 1984 г. ензима теломераза , синтезирайки ДНК теломери (и по този начин завършвайки тяхното изграждане след скъсяването, неизбежно при всяко копиране на хромозомата). Така тазгодишното наградено изследване (около 975 000 евро, разделени поравно между лауреатите) обяснява как теломерите защитават краищата на хромозомите и как теломераза синтезира теломерите.

Отдавна е отбелязано, че стареенето на клетките е придружено от скъсяване на теломерите. Обратно, в клетки с висока активност на теломераза, която завършва теломерите, дължината на последните остава непроменена и не настъпва стареене. Това, между другото, важи и за "вечно младите" ракови клетки, при които механизмът на естественото ограничаване на растежа не работи. (А някои наследствени заболявания се характеризират с дефектна теломераза, което води до преждевременно стареене на клетките.) Присъждането на Нобелова награда за работа в тази област е признание за фундаменталното значение на тези механизми в живата клетка и огромния приложен потенциал, присъщ на отбелязаните произведения.

Мистериозна теломера

Хромозомите съдържат нашия геном, а "физическият" носител на генетична информация са ДНК молекулите. Още през 1930г Херман Мьолер(победител Нобелова награда за физиология или медицина 1946 г„за откриването на появата на мутации под въздействието на рентгенови лъчи“) и Барбара Макклинток(победител Нобелова награда в същата категория през 1983 г„за откриването на транспониращите генетични системи“) установяват, че структурите в краищата на хромозомите – т.нар. теломерипредотвратява слепването на хромозомите. Предполага се, че теломерите изпълняват защитна функция, но механизмът на това явление остава напълно неизвестен.

По-късно, през 50-те години, когато вече е в в общи линииясно как се копират гените, възникна друг проблем. По време на клетъчното делене, база по база, цялата клетъчна ДНК се дублира с помощта на ензими ДНК полимераза. За една от допълващите се вериги обаче възниква проблем: самият край на молекулата не може да бъде копиран (точката тук е мястото на „кацане“ на ДНК полимеразата). В резултат на това хромозомата трябва да се съкращава с всяко клетъчно делене - въпреки че всъщност това не се случва (на фигурата: 1).

И двата проблема бяха решени във времето, за което тази година се присъжда наградата.

Теломерната ДНК защитава хромозомите

Още в началото на научната си кариера Елизабет Блекбърн се занимава с картографиране на ДНК последователности, използвайки примера на едноклетъчен флагеларен организъм Tetrachymene ( Тетрахимена ). В краищата на хромозомата тя открива повтарящи се последователности на ДНК от вида CCCCAA, чиято функция е била напълно неизвестна по това време. В същото време Джак Шостак открива, че линейните ДНК молекули (нещо като минихромозома), въведени в дрождева клетка, се разграждат много бързо.

Изследователите се срещнаха на конференция през 1980 г., където Блекбърн представи своите резултати, които заинтересуваха Шостак. Те решават да проведат съвместен експеримент, който се основава на "разтварянето на бариерите" между два еволюционно много отдалечени вида (на фигурата: 2). Блекбърн изолира CCCCAA последователностите от тетрахименовата ДНК, а Шостак ги прикрепя към минихромозоми, които след това се поставят в дрождени клетки. Резултатът, публикуван през 1982 г., надхвърля очакванията: теломерните последователности наистина защитават ДНК от разграждане! Това явление ясно демонстрира съществуването на неизвестен досега клетъчен механизъм, който регулира процеса на стареене в живата клетка. По-късно наличието на теломери е потвърдено в по-голямата част от растенията и животните - от амебата до човека.

Ензим, който синтезира теломерите

През 80-те години на миналия век студентката Карол Грейдър работи под ръководството на Елизабет Блекбърн; те започнаха да изучават синтеза на теломерите, за който би трябвало да е отговорен неизвестен по това време ензим. В навечерието на Коледа на 1984 г. Greider регистрира интересната дейност в клетъчен екстракт. Greider и Blackburn изолират и пречистват ензим, наречен теломераза, и показа, че неговият състав включва не само протеин, но и РНК (на фигурата: 3). Молекулата на РНК съдържа „същата“ последователност CCCCAA, използвана като „шаблон“ за завършване на теломерите, докато ензимната активност (като напр. обратна транскриптаза) принадлежи към протеиновата част на ензима. Теломеразата "изгражда" ДНК на теломера, осигурявайки "място" за ДНК полимераза, достатъчно за копиране на хромозомата без "ръбови ефекти" (тоест без загуба на генетична информация).

Теломераза забавя стареенето на клетките

Учените започнаха активно да изучават ролята на теломерите в клетката. Лабораторията на Шостак установи, че дрождева култура с мутация, която води до постепенно скъсяване на теломерите, се развива много бавно и в крайна сметка спира да расте напълно. Екипът на Блекбърн показа, че тетрахименът с мутация в теломеразната РНК има абсолютно същия ефект, който може да се характеризира с фразата "преждевременно стареене". (В сравнение с тези примери, "нормалната" теломераза предотвратява скъсяването на теломерите и забавя настъпването на старостта.) По-късно групата на Greider открива, че същите механизми работят в човешките клетки. Многобройни изследвания в тази област помогнаха да се установи, че теломерите се координират около своите ДНК протеинови частици, които образуват защитна "капачка" за краищата на ДНК молекулата.

Части от пъзела: стареене, рак и стволови клетки

Описаните открития имаха най-силен резонанс в научните среди. Много учени твърдят, че скъсяването на теломерите е универсален механизъм не само за клетъчното стареене, но и за стареенето на целия организъм като цяло. С течение на времето обаче стана ясно, че теорията за теломерите не е прословутата „ябълка на подмладяването“, тъй като процесът на стареене всъщност е изключително сложен и многостранен и не се ограничава само до „отрязване“ на теломерите. Интензивните изследвания в тази област продължават и днес.

Повечето клетки не се делят много често, така че техните хромозоми не са изложени на риск от прекомерно скъсяване и като цяло не изискват висока активност на теломераза. Друго нещо са раковите клетки: те имат способността да се делят неконтролируемо и безкрайно, сякаш не знаят за проблемите със скъсяването на теломерите. Оказа се, че в туморни клеткимного висока теломеразна активност, която ги предпазва от подобно скъсяване и дава потенциал за неограничено делене и растеж. Понастоящем има подход към лечението на рак, който използва концепцията за потискане на теломеразната активност в раковите клетки, което би довело до естественото изчезване на точките на неконтролирано делене. Някои агенти с анти-антитела активност вече са подложени на клинични изпитвания.

Редица наследствени заболявания се характеризират с намалена активност на теломераза, например апластична анемия, при която анемията се развива поради ниска скорост на делене на стволови клетки в костния мозък. Към тази група спадат и редица заболявания на кожата и белите дробове.

Откритията, направени от Блекбърн, Грейдер и Шостак, отвориха ново измерение в разбирането на клетъчните механизми и несъмнено имат огромно въздействие. практическа употреба- поне в лечението на тези болести, а може би (някой ден) - и в придобиването на ако не вечен, то поне по-дълъг живот.

==========================================================================

ТЕЛОМЕРИ И ТЕЛОМЕРАЗА: РОЛЯ В СТАРЕЕНЕТО

През 1961 г. Хейфлик и Мурхед [ Хей Джлик от 1961 г] представи доказателства, че дори при идеални условия на култивиране, човешки ембрионални фибробласти могат да се делят само ограничен брой пъти (около 50). Установено е, че при най-внимателно спазване на всички предпазни мерки по време на субкултивирането, клетките преминават през редица доста морфологично обособени етапи (фази) in vitro, след което способността им за пролиферация се изчерпва и те могат да останат в това състояние дълго време време. В многократни експерименти това наблюдение беше многократно възпроизведено, последната фаза от клетъчния живот в културата беше оприличена на клетъчно стареене, а самото явление е кръстено на името на автора " Лимит на Хейфлик„Освен това се оказа, че с увеличаване на възрастта на донора, броят на деленията, които клетките на тялото са в състояние да извършат, значително намалява, от което се заключава, че има хипотетичен брояч на деленията, който ограничава техните общ брой [ Hayjlick ea 1998 ].

През 1971 г. Оловников [ Оловников и др. 1971г] въз основа на данните за принципите на синтеза на ДНК в клетките, които са се появили по това време, той предложи хипотезата за маргинотомия, обясняващ механизма на работа на такъв брояч. Според автора на хипотезата, по време на шаблонния синтез на полинуклеотиди, ДНК полимеразата не е в състояние напълно да възпроизведе линейния шаблон, репликата винаги е по-къса в началната си част. Така при всяко делене на клетка нейната ДНК се съкращава, което ограничава пролиферативния потенциал на клетките и очевидно е „брояч“ на броя деления и съответно продължителността на живота на клетката в културата. През 19J2 Медведев [ Медведев от 1972 г] показа, че повтарящите се копия на функционални гени могат да задействат или контролират процеса на стареене.

Откриването през 1985 г. на теломераза, ензим, който завършва изграждането на скъсен теломер в зародишни клетки и туморни клетки, осигурявайки тяхното безсмъртие [ Greider.ea 1998 г], вдъхна нов живот на хипотезата на Оловников. Свършена е много работа [ Егоров ea 1997 , Оловников и др. 1971г , Оловников и др. 1999г , Faragher ea 1998 , Greider ea 1985 , Hayjlick ea 1998 , Оловников и др. 1996г , reddel ea 1998 , Венгеа 1997 г , Zalensky ea 1997]. Установени са следните основни факти:

1. Краищата на линейните хромозоми от 3" края на ДНК завършват с повтарящи се последователности от нуклеотиди, наречени теломери, които се синтезират от специален рибонуклеинов ензим теломераза.

2. Соматичните еукариотни клетки с линейни хромозоми нямат теломеразна активност. Техните теломери се скъсяват както по време на онтогенезата и стареенето in vivo, така и по време на култивиране in vitro.

3. Половите клетки и клетките на обезсмъртените линии, както и туморите, имат силно активна теломераза, която завършва 3 "- края на ДНК, върху която се репликира комплементарната верига по време на деленето.

4. Теломерните структури варират значително сред протозоите, но те са еднакви при всички гръбначни животни - (TTAGGG)n.

5. Съществуват значителни междувидови разлики в дължината на теломерите, като при мишките общата им дължина е няколко пъти по-голяма от тази при хората (до 150 хиляди базови двойки в някои линии на мишки и 7-15 kb при хора).

6. Потискането на теломераза определя клетъчното стареене в културата ("граница на Хейфлик").

7. Клетки на пациенти със синдром на преждевременно стареене Хътчинсън-Гилфорди синдром на Даун имат скъсени теломери.

Доказателства за валидността на това предположение са представени от Kyono et al. [ Kiyono ea 1998]: въвеждане на каталитичния компонент hTERT теломеразаили теломеразната активност, използвайки онкопротеина на вируса човешки папилом E7в кератиноцитите или човешките епителни клетки не доведе до пълното им обезсмъртяване. Това се случва само с допълнително инхибиране на регулацията на антионкогена Rbили с инхибиране на експресията стр.16като втората най-важна стъпка в този процес. При елиминирането на р53 антионкогена не се наблюдава такъв ефект. От друга страна, протоонкогенът с-музможе да активира експресията на теломераза [ Wang ea 1998 г]. Използвайки медииран от микроклетки трансфер, peo-белязана хромозома 20 от стареещи и млади диплоидни човешки фибробласти беше въведена в млади фибробласти. При всички новообразувани клонове се наблюдава намаляване на пролиферативния потенциал със 17-18 удвоявания на популацията [ Егоров ea 1997]. Авторите са склонни да разглеждат получените данни като доказателство, че отделните теломери са способни да ограничат пролиферативния потенциал на клетките.

Доказано е, че стареенето на някои тъкани, например епителните клетки на устната лигавица или роговицата на човешкото око in vivo, не е придружено от скъсяване на теломерите [ Egan ea 1998 , Kangea 1998]. Протеинова експресия аденовирус 13 E1B 54K в нормални човешки клетки беше придружено от значително увеличение на техния пролиферативен потенциал (до 100 удвоявания). Когато след това деленията все пак спряха и клетките навлязоха във фазата на стареене, не беше открито значително скъсяване на техните теломери [ Галимор от 1997 г]. Експресия на теломеразна активност се наблюдава в черния дроб на плъхове след частична хепатектомия [ Tsujiuchi ea 1998], т.е. в процес на регенерация. Не беше възможно да се наблюдават значителни промени в продължителността на живота или развитието на мишки с "изключен" ген на теломераза [ Лий 1998 г ].

Остава да се види много в тази област. Въпреки това е ясно, че експериментите с теломераза отварят нови перспективи както в геронтологията, така и в онкологията за диагностициране на рак и, най-важното, за неговото лечение. См. Биология на теломерите

====================================================================

Демидовски лауреат Алексей Матвеевич Оловников Оловников Алексей Матвеевич, роден на 10 октомври 1936 г. във Владивосток, завършил Воронежския държавен университет - специалист в областта на биологията на стареенето и теоретичната молекулярна и клетъчна биология. Кандидат биологични науки, водещ изследовател, Институт по биохимична физика, Руската академия на науките. Оловников Алексей Матвеевич е автор на поредица от теоретични трудове, в които за първи път в света се прогнозира скъсяване на хромозомите по време на стареене, описва се ефектът на крайната недостатъчна репликация на всякакви линейни ДНК молекули и в допълнение се предвижда съществуването на теломераза като ензим, който компенсира скъсяването на теломерите (крайните участъци на хромозомите). А. М. Оловников прави редица ключови теоретични обобщения, много години по-късно напълно експериментално потвърдени в много лаборатории по света. Същността на тези произведения на А. М. Оловников е следната: 1) беше посочено съществуването на проблема с крайната недостатъчна репликация на линейни ДНК молекули (краищата са като ахилесова пета двойна спиралаДНК); 2) предвидено скъсяване на теломерите (краищата на хромозомите) по време на деленията на соматичните клетки, както и наличието на корелация между степента на скъсяване на теломерите и броя на удвояванията, извършени чрез делене на нормални еукариотни клетки инвитро; 3) предвижда се, че нова форма на ДНК полимераза трябва да се експресира в нормални зародишни клетки, компенсирайки скъсяването на краищата на хромозомите (тоест се предвижда съществуването на теломераза); 4) също така беше предсказано, че в клетките злокачествени туморитази компенсираща ДНК полимераза (т.е. теломераза) трябва да бъде експресирана. Посочва се, че е създаден от природата за стабилността на сексуалния геном (предотвратява скъсяването на краищата на хромозомите), но в същото време дава на раковите клетки потенциално безсмъртие (те нямат граница на удвояване на клетките); 5) добре известният факт за кръговата форма на генома на бактериите и много вируси беше интерпретиран за първи път като начин за защита на техния геном от крайна репликация на ДНК: тъй като кръговата ДНК няма край, няма какво да се съкращава. Като цяло, в този цикъл от пионерски трудове на А. М. Оловников, които са докладвани, освен в статии, също в сборника на Международния конгрес по геронтология (Киев, 1972) и в лекции (включително в САЩ, 1998), a бяха предложени поредица от идеи, които направиха възможно да се свържат поредица от досега различни факти и всъщност да се предложи изследователска програма, която стимулира съответните изследвания в редица биологични и биомедицински дисциплини. Трябва също да се отбележи, че търсенето на инхибитори на теломеразата като противоракови фактори, както и използването на теломераза в диагностиката на рака, започнаха във връзка с разбирането на ключовата роля на процеса на крайна недостатъчна репликация на ДНК завършва в съдбата на клетка, прогнозирана от A.M. Оловников. Към днешна дата на почти всички континенти (с изключение на Антарктида) се развива ново научно направление, инициирано от А. М. Оловников - теломерна биология. Но въпреки експериментално потвърдените постулати на първата теория, AM Olovnikov в момента работи фундаментално нова теориястареене.

1.2. КЪСИ ТЕЛОМЕРИ И РАЗВИТИЕ НА ЗЛОКАЧЕСТВЕНИ ЗАБОЛЯВАНИЯ

Има достатъчно доказателства, че скъсяването на теломерите е свързано с развитието на рак и може да бъде предразполагащ фактор за развитието на редица видове рак. Пример за това са вродени заболявания, които се основават на първичната дисфункция на теломераза и по-специално на вродената дискератоза. Dyskeratosis congenita беше първото генетично заболяване, идентифицирано при хората, което се причинява от нарушение на системата за поддържане на дължината на теломерите. Това заболяване се характеризира с хиперпигментация на кожата, кератинизация на епитела, дистрофия на ноктите и прогресивна апластична анемия. Пациентите с вродена дискератоза имат 1000-кратно повишен риск от развитие на рак на езика и приблизително 200-кратно повишен риск от развитие на остра миелоидна левкемия. При апластична анемия, която не е свързана с дискератоза, при пациенти с най-къси теломери (при липса на мутации), рискът от злокачествена трансформация на заболяването в миелодисплазия или левкемия се увеличава 4-5 пъти.

Заедно с други промени, краищата на хромозомите, лишени от теломери, се откриват в клетъчни култури от костен мозък на пациенти години преди началото на клинични симптоми злокачествени заболявания. Така че късите теломери на левкоцитите са прогностичен фактор за развитието на рак при синдрома на Берет (метаплазия на лигавицата и стриктура на хранопровода в резултат на езофагеален рефлукс) и улцерозен колит.

Изследователи от Медицинския университет в Инсбрук проследиха 787 участници в италианското проспективно проучване Bruneck от 1995 до 2005 г. Възрастта на доброволците варира от 40 до 79 години. В началото на изследването те определят дължината на теломерите в левкоцитите на капилярната кръв. По това време нито един от участниците не показва признаци на рак. През годините на изследването 11,7% от доброволците са развили някакъв вид злокачествено заболяване. Ракът на кожата, различен от меланома, не е включен. Средната дължина на теломерите при пациенти с рак е значително по-къса, отколкото при останалите участници в проучването. След коригиране на други рискови фактори се оказа, че в сравнение с тези с най-дълги теломери, доброволците с най-къси теломери са 3 пъти по-склонни да се разболеят от рак и 11 пъти по-вероятно да умрат от него за период от 10 години. Участниците в проучването със средна дължина на теломерите са били два пъти по-склонни да имат рак, отколкото участниците с най-дългите теломери. Като се има предвид това, по-късите теломери по-често се свързват с най-злокачествените тумори, като рак на стомаха, белите дробове и яйчниците. Каква е връзката между наличието на къси теломери в клетката и развитието на рак?

1.3. СТАРЕЕНЕ И АПОПТОЗА

Една от основните функции на теломерите е да защитават генетичната информация на хромозомите по време на клетъчното делене. Критично късите теломери не са в състояние да защитят хромозомите от увреждане по време на митоза (клетъчно делене). Появата им е сигнал за излизане на клетките от митотичния цикъл. Критичното скъсяване на теломера се счита за 3000-5000 базови двойки или по-малко от 2 kb. Ако поне една теломера достигне тази стойност, тогава в клетката настъпва рязка промяна в метаболизма и на първо място, нарушение на репликацията на ДНК, което задейства механизмите на клетъчно стареене (репликативно стареене) и апоптоза (клетъчна смърт, унищожаване) . Изключение от това правило са така наречените "безсмъртни" (безсмъртни) клетки, които включват зародишни клетки, тотипотентни стволови клетки (способни да се диференцират във всякакви телесни клетки) клетки, както и злокачествени туморни клетки, които могат да делят неограничен брой пъти.

В нормална соматична клетка процесът на клетъчно стареене трябва в крайна сметка да завърши с апоптоза - апотеоза или самоубийство на нежизнеспособна клетка. Това е генетично програмиран процес, чиито основни моменти могат да бъдат опростени по следния начин: липсата на теломер в края на хромозомата спира митозата в точки G1 и G2. Спирането на митозата в клетки, които са достигнали границата на Хейфлик, съгласно принципа на обратната връзка, предизвиква активиране на гена p53, отговорен за производството на протеина p53, който индуцира апоптоза. В резултат на това стареещата клетка престава да съществува. Стареенето и апоптозата са два взаимосвързани процеса, които служат като мощна бариера за хората пред развитието на рак. Въпреки това, апоптозата може да не настъпи веднага в стареещите клетки. Периодът от критичното скъсяване на теломерите до клетъчната смърт може да продължи няколко месеца или дори години. Сравнително къси теломери в повечето ракови клеткипредполага, че произхождат от клетки, достигнали предкризисно състояние. Вече е известно, че в по-голямата част от случаите раковата дегенерация възниква, когато клетката не навлезе в етапа на репликативно стареене или клетката е нарушена по време на самия етап на репликативно стареене.

Професор Ян Карлседер и неговият екип от Лабораторията за молекулярна и клетъчна биология в Инсбрук смятат, че: „Веригата, която контролира спирането на растежа във фазата G1, обикновено се променя в раковите клетки, което им позволява да се делят въпреки скъсените теломери, което може да доведе до нестабилност на генома .наблюдавано в злокачествени клетки". Специалисти от Института за биологични изследвания Salk в Ла Хоя (Сан Диего, САЩ) изследваха молекулярния механизъм на активиране на ген p53, който обикновено защитава генетичния материал на клетката и потиска туморите, като ключов фактор в отговора на премахването на защитата на теломерите. Когато клетките загубят функцията на p53, ген в центъра на ДНК веригата, механизмът на спиране на клетъчния растеж във фазата G1, важен момент в клетъчен цикълза да поправи увреждането на ДНК или, ако увреждането не може да бъде поправено, генът програмира клетките да убиват. Най-често р53 изчезва в раковите клетки поради генна мутация или дезактивиране на функцията на протеина р53 чрез инфекции от вируси, причиняващи рак. Клетките без функционален p53 са в състояние да се делят с незащитени теломери, въпреки прекомерното скъсяване на теломерите, до пълното им изчезване, което причинява нестабилност на генома. При нестабилност на генома има голяма вероятност от спонтанни хромозомни аберации, вариращи от количествени промени до структурни аномалии: транслокации, вмъквания, делеции и крайни сливания на хромозоми, свързани с теломерите. Терминалните сливания на хромозоми възникват поради факта, че ултракъсите теломери се възприемат от клетката като разкъсвания на хромозоми. Такива прекъсвания се "поправят" чрез свързването им, т.е. настъпва теломерно сливане. В резултат на това се образуват хромозоми с две центромери. При преминаване през митоза, дицентрик, с много вероятно, образува хромозомен мост, който се разрешава чрез произволно счупване на хромозомата. Образуват се две клетки: едната с липса на гени, другата с допълнителни копия и хромозомно счупване. Клетка с липса на гени обикновено умира и с допълнителни копия и счупване на хромозома, тя продължава да се размножава. Последователността от събития „сливане-мост-разрушаване“ се повтаря много пъти, генерирайки на всеки етап нов генотип, състоящ се от основен набор от гени и някои променящи се придатъци. На определен етап разкъсването на хромозомата може да се „излекува“ и да се превърне в теломер. Процесът “сливане-мост-разрушаване” води до многократно увеличаване на скоростта на клетъчната вариабилност и появата на “дефектни” клетки.

Въпреки това, не всяка дефектна клетка веднага става злокачествена. Раковата дегенерация на клетка в повечето случаи е многоетапен процес, включващ множество хромозомни пренареждания. Повече от 10 мутации понякога се откриват в човешки туморни клетки.

Трябва да се отбележи, че повечето от дефектните клетки в крайна сметка умират от апоптоза или се унищожават от клетките на имунната система. В противен случай вероятността цялото човечество да умре от рак би била твърде висока. Апоптозата се характеризира като отличен супресор на растежа на раковите клетки. Въпреки това, в някои злокачествени клетки, в резултат на случайни мутации, може да се активира постоянна експресия на теломеразни гени, което поддържа дължината на теломерите на ниво, необходимо и достатъчно за тяхното функциониране. Това е характерен път за бърза пролиферация на 85% от злокачествените тумори.

1.4. СТРУКТУРА НА ТЕЛОМЕРАЗАТА

Структурата на теломераза все още не е напълно разбрана. Факт е, че съдържанието на ензима в клетката е изключително ниско, има големи трудности при получаването на неговите компоненти в разтворима форма и в достатъчни количества и т.н. Но два основни компонента, които изграждат основния комплекс (сърцето) на теломераза вече са известни със сигурност: това е теломеразна обратна транскриптаза - TERT (най-важният домен е каталитичната субединица hTERT) и TER е специална теломеразна РНК. Предполага се, че теломеразата съдържа и други структурни комплекси, които й помагат да работи в клетката: субединица, отговорна за търсенето и свързването на 3'-края на хромозомата (функция на котва), субединица, отговорна за транслокацията, субединици, които свързват реакционния продукт (единичен -верижна ДНК), протеинова субединица с нуклеазна активност, която, очевидно, отцепва няколко нуклеотида един след друг от 3'-края на теломерната ДНК, докато се намери последователност в този край, която е комплементарна на желаното място на шаблонен сегмент на теломеразната РНК и др.

1.5. ФУНКЦИИ НА ТЕЛОМЕРАЗАТА

Основната и най-изследвана функция на теломераза е разширяването на теломерните региони на хромозомите и по-специално на 3' края на хромозомната ДНК. Скорошна работа показа, че комплексът от теломеразна сърцевина може да повлияе на клетъчния растеж и фенотипа, независимо от ефекта върху дължината на теломерите. Нобеловият лауреат за 2009 г. Елизабет Блекбърн предлага следното обяснение за наблюдаваните явления: теломераза, в допълнение към удължаването на краищата на теломерите, проявява защитни функции върху теломерите. Към днешна дата вече се появи доста работа, която показва, че не толкова скъсяването на теломерите води до чувствителност, колкото нарушаването на тяхната структура. Така теломераза не само предотвратява скъсяването на теломерите, но и защитава тяхната структура. Интересен факт е, че отделните структурни елементи на теломераза имат свое функционално предназначение в клетката. Оказа се, че TERT е пряко включен в транскрипцията на гените Wnt-β-catenin, сигнален път, който стимулира пролиферацията на ембрионални и стволови клетки. Такава функция на TERT всъщност е координирането на апарата за поддържане на теломерите в делящите се клетки с помощта на теломераза с експресията на гени, необходими за пролиферацията.

1.6. ТЕЛОМЕРАЗНА АКТИВНОСТ В НОРМАЛНИ И ЗЛОКАЧЕСТВЕНИ КЛЕТКИ

Всички човешки клетки в ранната ембриогенеза имат теломеразна активност, която се изключва във все по-голяма част от клетките с развитието на организма. Към момента на раждането, в по-голямата част от клетките на човешкото тяло, настъпва много надеждна репресия на теломераза поради потискане на експресията на гена на неговата каталитична субединица (обратна транскриптаза). Изключение правят клетките на тялото, които са предопределени да се размножават много.Те запазват ограничена, временно индуцирана теломеразна активност. Наличието на малка активност на теломераза прави възможно пролифериращите клетки да не претърпят голяма променливост във времето. При здрав човек активността на този ензим може да бъде открита на относително ниско, но откриваемо ниво в стволови клетки, зародишни клетки, клетки на чревната лигавица, периферна кръв (PC) и тимусни лимфоцити (Osterhage J.L., 2009). Установено е, че експресията на теломераза в лимфоцитите е строго контролирана по време на тяхното развитие, диференциация и активиране. Предполага се, че активността на теломераза се повишава с краткосроченв периода на интензивна пролиферация (например след срещата на В-лимфоцитния прекурсор с антигена). В резултат на стимулацията зрелите лимфоцити стават способни да експресират теломераза на доста високо ниво и след всяка повторна стимулация експресията на теломераза се увеличава, но нейното ниво вече не достига нивото на отговор на първичния стимул. Ензимната активност на теломераза се увеличава главно поради фосфорилирането на TERT, което причинява промяна в локализацията на протеина в клетката.

Въпреки потискането на hTERT, други компоненти на теломераза, включително теломеразната РНК, се образуват в соматичните клетки, макар и в по-малки количества, отколкото в техните „безсмъртни“ предшественици, но постоянно (или, както се казва, конститутивно). Откриването на това важен фактДж. Шей, В. Райт и техните сътрудници и стана основа за сензационната работа за преодоляване на „лимита на Хейфлик“. Теломеразните гени за обратна транскриптаза бяха въведени в нормални соматични клетки с помощта на специални вектори, конструирани от вирусна ДНК. В практиката на клетъчните технологии е обичайно да се влияе върху генната експресия чрез геномите на вирусите, с определени участъци от ДНК, които се въвеждат в клетката гостоприемник и се размножават бързо там. Резултатите от техните експерименти могат да бъдат обобщени накратко: клетките, в които теломераза поддържа дължината на теломерите на ниво, характерно за младите клетки, продължават да се делят, докато контролните клетки (без теломераза) се овехтяват и умират.

Известно е, че клетките на повечето изследвани досега ракови тумори се характеризират с доста висока активност на теломераза, която поддържа дължината на теломерите на постоянно ниво. Това ниво е значително по-ниско, отколкото например в ембрионалните клетки, но е достатъчно, за да осигури на туморните клетки възможност за неограничена пролиферация, което от своя страна им дава време и съответно възможност да се променят, оцеляват и завладяват нови ниши в тялото. Ако активирането на теломераза не се случи в процеса на канцерогенеза, тогава клетките в повечето случаи не биха могли да оцелеят до злокачествени стадии и няма да има абсолютно мнозинство от ракови тумори. За съжаление, в момента няма обяснение за това различни формителомеразата може да се активира както в ранен, така и в напреднал стадий на рак. Така при миелогенна левкемия активността на теломераза се определя от ранни стадии, а при рак на бъбрека или менингиом активирането на теломераза се случва още в клетките на образувания тумор.

Има хипотеза, която има много привърженици, предполагайки, че загубата на теломеразна активност соматични клеткисъвременните организми имат свойство, придобито в процеса на еволюцията, което ги предпазва от злокачествено израждане. Но този механизъм очевидно не е единственият. Установено е, че при 15% от всички тумори злокачествените клетки поддържат дължината на теломерите на правилното ниво при липса на теломераза. По този начин в тези злокачествени клетки работи различен (не теломеразен, а по-скоро рекомбинантен) ALT механизъм на „алтернативно удължаване на теломерите“ (съкращение от „Алтернативно удължаване на теломерите“). Всички ALT-индуцирани тумори имат високо съдържание на APB - ALT-свързани ядрени протеини. APB структурите са ясно видими при флуоресцентна микроскопия на клетки, която беше използвана за идентифициране на ALT тумори (тъй като тези структури отсъстват в нормалните клетки). Inn Chang и Carsten Rippe от Германския онкологичен център, в съвместно проучване с Heinrich Leonhard от университета Ludwig Maximilian в Мюнхен, предприеха нов подход към изследването на APB. Те успяха изкуствено да създадат APB-протеини в живи клетки, като "свързаха" протеините на промиелоцитната левкемия (promyeloeytie leukaemia) - PML към теломерите. Така учените успяха да докажат за първи път, че APB удължават теломерите, като по този начин удължават живота на раковите клетки без теломераза.

Въпреки това, активирането на теломераза в нормалните клетки само по себе си не води до ракова дегенерация.

В експериментите на J. Sheey, W. Wright (1998), Bodnar (1997), White (2000), Hannon et al. (1999; 2000), Franzese et al. (2001) и Yudoh et al. (2001) активността на теломераза обикновено се повишава чрез свръхекспресия на hTRT или експресия на протеини, които са междинни компоненти на теломераза. Техните резултати не разкриват никакви смущения в регулацията на възпроизводството или злокачествено заболяване на теломеризирани клетки. Освен това наскоро се появиха данни, че просто активирането на теломераза не е достатъчно, за да се обезсмъртят различни клетъчни клонове. В трудовете на професор Kyono et al., въвеждането на каталитичния компонент на hTERT теломеразата или активността на теломеразата, използвайки онкопротеина Е7 на човешкия папиломен вирус в кератиноцитите или човешките епителни клетки, не доведе до пълното им обезсмъртяване. Това се случва само при допълнително инхибиране на определени онкогени. Освен това изглежда, че различните видове клетки изискват инактивиране на различни супресори [Wynford-Thomas, et al. 1997]. Например, в човешки кератиноцити и епителни клетки на млечната жлеза се наблюдава обезсмъртяване по време на TERT трансдукция и едновременно инактивиране на pRb или p16INK4a протеини, докато елиминирането на p53 или p19ARF не предизвиква такъв ефект [Kiyono, et al. 1998]

Тези научни фактиоще веднъж подчертават, че екзогенното стимулиране на активността на теломеразата не причинява ракова дегенерация в нормалните клетки и, най-важното, изолираната експресия на гена на теломеразата не води до обезсмъртяване на раковите клетки.

1.7. ИНХИБИРАНЕТО НА ТЕЛОМЕРАЗАТА КАТО МЕТОД ЗА БОРБА С РАКА

Вече беше споменато по-горе, че теломеразната активност е повишена в много злокачествени клетки и клетъчни линии. Това направи възможно търсенето на начини за борба с раковите клетки чрез инхибиране на теломераза. Досега по-голямата част от работата е свързана с тестването на инхибитори на обратната транскриптаза (каталитични субединици на теломераза). Проучванията за ефикасността и безопасността на този клас лекарства обаче са смесени. Според професор Егоров E.E., противораковата терапия чрез потискане на теломераза е неефективна, тъй като в повечето случаи реактивирането на теломераза по време на канцерогенезата се случва в процеса на излизане на клетките от състояние на криза, когато се наблюдава многократно увеличаване на генетичната вариабилност. Тъй като тези клетки са в състояние на криза, механизмите на репликативното стареене в тях са разрушени или неутрализирани. Следователно, потискането на теломераза в човешки туморни клетки ги връща в състояние на криза, но не причинява репликативно стареене и последваща апоптоза. А това означава, че отново ще има прекомерно увеличаване на генетичната нестабилност. За разлика от кризата в процеса на образуване на тумори, тази криза ще улови значително Повече ▼клетки. Ефектът след потискане на теломераза настъпва със закъснение, необходимо за скъсяване на теломерите поради недостатъчна репликация. Времето на това забавяне е десетки удвоявания на населението, което е еквивалентно на десетки дни. Следователно, въпреки факта, че повечето клетки все пак ще умрат, клетките, устойчиви на предложената терапия, ще се появят доста бързо. В допълнение, проблемът на този клас лекарства е тяхната изразена токсичност към нормалните клетки. И следователно, работите, които описват селективното потискане на теломеразната РНК, са по-обещаващи, тъй като действието на желания инхибитор трябва да бъде насочено точно към теломеразната ДНК-синтезираща активност.

Несъмнено изследването на пътищата на инхибиране на теломераза е от значение за намаляване на смъртността от рак, но изследването на пътищата на активиране на теломераза изглежда също толкова важна посока за превенция на рака, особено при възрастните хора.

2. ТЕЛОМЕРАЗЕН АКТИВАТОР TA-65 И КАРЦИНОГЕНЕЗА

В процеса на стареене на човека настъпва смърт на телесни клетки, които не могат да бъдат възстановени чрез регенерация. С течение на времето загубата на клетки води до отслабване на функциите на органите и тъканите, намаляване на тяхната надеждност, развитие на заболявания, свързани със стареенето, и в крайна сметка до смърт на тялото. Според Американското онкологично дружество 78% от всички ракови заболявания се диагностицират при хора на възраст над петдесет и седем години. Рискът от рак възниква, когато признаците на клетъчно стареене са по-изразени, което е най-често при по-възрастните хора. Съвременният начин на живот, стресът, злоупотребата с лекарства водят до липса на отделни компоненти на теломеразата и до по-ранно фенотипно стареене със загуба на функция на клетъчно и системно ниво. Този факт принуждава изследователите да търсят начини за удължаване на живота на клетката чрез активиране на теломераза.

Към днешна дата единственият биологичен комплекс с доказан ефект за намаляване на процента на критично късите теломери в клетката е ТА-65. Действието му е насочено към индуциране на теломеразна активност, което допринася за добавянето на теломерни повторения, предимно към къси теломери, като по този начин подмладява стареещите клетки и им дава способността да се размножават.

потенциал терапевтичен ефект TA-65 е насочен към увеличаване на активността на теломеразата, предимно в стволови клетки, клетки от костен мозък, стромални клетки от костен мозък, млади кожни фибробласти, инсулоцитни прекурсори, невросферни клетки, адренокортикални клетки, мускулни, остеопластични, пигментирани епителни клетки на ретината, клетки на имунната система, включваща клетки от лимфоидни, миелоидни и еритроидни линии като В и Т лимфоцити, моноцити, циркулиращи и специализирани тъканни макрофаги, неутрофили, еозинофили, базофили, NK клетки и техните съответни прогенитори. В тази връзка, основните индикации за употребата на TA-65 могат да бъдат: стрес и свързани с възрастта нарушения на имунната система, включително нарушен обмен на тъкани, който възниква при естественото стареене, рак, лечение на рак, остри или хронични инфекции или генетични нарушения, които причиняват ускорена клетъчна смърт, апластична анемия и други дегенеративни заболявания. Използването на TA-65 за профилактика на рак изглежда парадоксално на пръв поглед. Как тогава активирането на теломераза може да предотврати раковата дегенерация на клетките. Това се случва, първо, защото подмладяването намалява вероятността от хромозомни пренареждания в клетките, и второ, защото теломеразата може да увеличи продължителността на живота на имунните клетки, като подобри способността им да намират и унищожават раковите клетки. Вече беше посочено по-рано, че активирането на теломераза по "генетичен път" в нормалните клетки води до тяхното подмладяване без признаци на злокачествено заболяване. Научната работа на изследователи от испанския Национален център за изследване на рака показа, че TA-65 има подобен ефект при мишки. В резултат на изследването са доказани ефектите на TA-65 върху удължаването на късите теломери и подобряването на здравето на стари мишки, включително глюкозен толеранс, остеопороза и отпусната кожа, без да се увеличава честотата на рак. Друго изследване при хора, известно като протокола на Патън, установи, че пациентите, които са използвали TA-65 в продължение на една година като част от програма за подмладяване, не са разкрили нито един нов случай на рак.

В един от научни трудовеРита Ефрос, професор по имунология в Калифорнийския университет, занимаващ се с проблемите на стареенето и ХИВ инфекцията, и съавтори изследваха ефекта на молекулата TAT-2 върху функциите на Т- и В-лимфоцитите. ТАТ-2 от химическа структурае циклоастрогенол. Подобна молекула е част от TA-65. Проучването позволи да се направи следното заключение относно безопасността на TAT-2: vivo, няма доказателства, че TAT2 е допринесъл за загуба на контрол върху растежа и конверсия. Например, TAT2 не води до значително повишаване на конститутивната активност на теломераза в клетъчната линия Jurkat Т на допълнителния тумор. Освен това, хроничното излагане на TAT2 не променя скоростта на трансформация на EBV на нормални лимфоцити B в клетъчна култура.Важно е да се отбележи, че наблюдаваните ефекти от регулирането на теломеразата са краткосрочни и обратими. Отстраняването на TAT2 от клетките връща нивата на теломераза до изходното ниво в рамките на няколко дни без ефект върху жизнеспособността на клетките."

3. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Всичко по-горе може да се обобщи в следните заключения:

1. Съществува близка връзкамежду наличието на къси теломери в клетката и развитието на туморния процес. Доказателство за това са заболявания, при които се отбелязват къси теломери: вродена дискератоза, апластична анемия, синдром на Барет и др.

2. Наличието на критично къси теломери в клетката е признак за нейното стареене и нестабилност. През този период има голяма възможност клетката да премине в кризисно състояние, при което има висок риск от хромозомни мутациикоето води до развитие на рак.

3. Теломеразата предотвратява скъсяването на теломерите и предпазва тяхната структура. Липса на теломераза в активно пролифериращи клетки (стволови клетки, клетки от костен мозък, стромални клетки от костен мозък, млади кожни фибробласти, прекурсори на инсулоцити, невросферни клетки, адренокортикални клетки, мускулни, остеопластични, пигментирани епителни клетки на ретината, клетки на имунната система, включително клетки на лимфоидните, миелоидните и еритроидните микроби, като В- и Т-лимфоцити, моноцити, циркулиращи и специализирани тъканни макрофаги, неутрофили, еозинофили, базофили) води до нарушаване на тяхното функциониране и до бързо стареене.

4. Клетъчното злокачествено заболяване е сложен многоетапен процес, при който възникват множество мутации на генетичния материал на клетката.

5. За обезсмъртяването на злокачествен клон не е достатъчна експресията (активирането) на гена на теломеразата, необходимо е също така да се „изключат“ определени сигнални механизми, които предпазват клетката от дегенерация.

6. Самата теломераза не е онкоген. Изолираното активиране на теломераза, дължащо се на генетични манипулации с гена на теломераза, както и поради фармакологично стимулиране на TA-65, не води до злокачествено заболяване на клетката. Този факт е доказан от много научни и експериментални разработки.

7. TA-65 допринася за предотвратяването на ракови дегенерации поради щадящото активиране на теломераза и намаляване на процента на късите теломери. Това намалява вероятността от хромозомни пренареждания в клетките, увеличава продължителността на живота на имунните клетки, подобрява способността им да откриват и унищожават раковите клетки.

ПРЕПРАТКИ:

1. Блекбърн, Е.Х. (2005) FEBS Lett., 579, 859-862.
2. Bilibin D.P. Ролята на апоптозата в патологията. Москва 2003 г
3. Боднар, А.Г. et al., "Удължаване на продължителността на живота чрез въвеждане на теломераза в нормални човешки клетки", Science 279 (5349): 349-52 (16 януари 1998);
4. Chung, I., Leonhardt, H. и Rippe, K. De novo сглобяването на PML ядрен субкомпартмент се осъществява по множество пътища и индуцира удължаване на теломерите. Journal of Cell Science 124, 2011 3603-3618
5. Chiu, C.P. et al., "Репликативно стареене и клетъчно безсмъртие: ролята на теломерите и теломераза" Proc.Soc. Exp. Biol. Med. 214 (2): 99-106 (февруари 1997);
6. Егоров Е.Е. Ролята на теломерите и теломераза в процесите на клетъчно стареене и канцерогенеза.\Реферат на докторска дисертация. Москва 2003 s300
7. Fujimoto, R. et al., "Експресия на компоненти на теломераза в орални кератиноцити и плоскоклетъчни карциноми", Oral Oncology 37 (2): 132-40 (февруари 2001);
8. Harle-Bachor, C. et al., "Активност на теломеразата в регенеративния основен слой на епидермиса при нечовешка кожа и безсмъртни и произлезли от карцином кожни кератиноцити", Proc. Natl. акад. наука USA 93 (13): 6476-81 (25 юни 1996);
9. Харли, C.B. et al., "Теломерите се скъсяват по време на стареене на човешки фибробласти", Nature 345 (6274): 458-60 (31 май 1990);
10. Харли, C.B. et al., "Теломераза, клетъчно безсмъртие и рак", Cold Spring Harb. Symp. количество Biol. 59:307-15 (1994);
11. Харли, C.B. et al., Теломери и теломераза при стареене и рак, Curr. мнение Женет. разработка 5 (2): 249-55 (април 1995);
12. Харли, C.B. et al., Теломераза и рак, Inzportarzt. адв. онкол. 57-67 (1996);
13. Harley, C.B., "Теломеразата не е онкоген", Oncogene 21: 494-502 (2002);
14. Hannon, G.J. и Beach, D.H., "Повишаване на пролиферативния капацитет и предотвратяване на репликативно стареене чрез увеличаване на активността на теломераза и инхибиране на пътища, инхибиращи клетъчната ролиферация)", PCT Int. Приложение Pubn. WO 2000/031238 (юни 2000);
15. Kiyono, T., Foster, S.A., Koop, J.I., McDougall, J.K., Galloway, D.A., и Klingelhutz, A.J. / Както инактивирането на Rb/p16INK4a, така и активността на теломераза са необходими за обезсмъртяване на човешки епителни клетки (1998) Nature, 396, 84-88.
16. Liu, K., Hodes, R.J., Weng, N. (2001)J. Immunol., 166, 4826-4830.
17. Mitchell, J.R., Wood, E., Collins, K. (1999) Nature, 402, 551-555.
18. Osterhage JL, Friedman KL. J Biol Chem. Поддържане на края на хромозомата чрез теломераза. 2009 юни 12; 284 (24): 16061-5. doi: 10.1074/jbc.R900011200. Epub 2009, 12 март.
19. Verdun, R.E., Crabbe, L., Haggblom, C. и Karlseder, J. (2005) Функционалните човешки теломери се разпознават като увреждане на ДНК в G2 на клетъчния цикъл. Mol Cell 20:551-561. Yudoh, K. et al., „Реконституирането на активността на теломераза с помощта на каталитичната субединица на теломераза предотвратява скъсяването на теломерите и репликативното стареене в човешките остеобласти“, J. Bosle и Mineral Res. 16 (8): 1453-1464 (2001).
20. White, M.A., "Сглобяване на компоненти на теломераза и шаперонини и методи и състави за инхибиране или стимулиране на сглобяването на теломераза", PCT Int. Приложение Pubn. не. WO 2000/08135 (февруари 2000);
21. Willeit P et.all, Дължина на теломерите и риск от инцидентен рак и смъртност от рак, JAMA. 2010 г.; 304 (1): 69-75.
22. Steven Russell Fauce,* Beth D. Jamieson,† Allison C. Chin,2,‡ Ronald T. Mitsuyasu,† Stan T. Parish,* Hwee L. Ng,† Christina M. Ramirez Kitchen,§ Otto O. Yang,† Calvin B. Harley,‡ и Rita B. Effros3,* Базирано на теломераза фармакологично усилване на антивирусната функция на човешки CD8+ T лимфоцити The Journal of Immunology 15 ноември 2008 г. том. 181 бр. 10 7400-7406

Изследването на процеса на стареене на човешкото тяло винаги е занимавало умовете на учените. И днес много изследователи се опитват да разгадаят напълно този механизъм, който се състои в развитието и постепенното изсъхване на клетките на човешкото тяло. Възможно е отговорите на тези въпроси да помогнат на лекарите да увеличат продължителността на живота и да подобрят качеството му при различни заболявания.

Сега има няколко теории за стареенето на клетките. В тази статия ще разгледаме един от тях. Тя се основава на изследването на такива части от хромозомите, съдържащи около 90% от ДНК на клетката, като теломерите.

Какво представляват "теломерите"?

Всяко клетъчно ядро ​​съдържа 23 двойки хромозоми, които са Х-образно усукани спирали, в краищата на които са теломери. Тези връзки на хромозомата могат да бъдат сравнени с върховете на връзките на обувките. Те изпълняват същите защитни функции и запазват целостта на ДНК и гените.

Разделянето на всяка клетка винаги е придружено от разделяне на ДНК, тъй като майчината клетка трябва да предава информация на дъщерята. Този процес винаги причинява скъсяване на ДНК, но клетката не губи генетична информация, тъй като теломерите са разположени в краищата на хромозомите. Именно те стават по-къси по време на деленето, предпазвайки клетката от загуба на генетична информация.

Клетките се делят многократно и при всеки процес на тяхното размножаване теломерите се скъсяват. При настъпване на критично малък размер, който се нарича "лимит на Хейфлик", се задейства програмираният механизъм на клетъчна смърт, апоптоза. Понякога - по време на мутации - в клетката се стартира друга реакция - програма, която води до безкрайно клетъчно делене. Впоследствие тези клетки стават ракови.

Докато човек е млад, клетките на тялото му се размножават активно, но с намаляване на размера на теломерите настъпва и стареене на клетките. Започва да изпълнява функциите си трудно и тялото започва да старее. От това можем да направим следния извод: именно дължината на теломерите е най-точният показател не за хронологичната, а за биологичната възраст на тялото.

Кратка информация за теломерите:

• не носят генетична информация;
• във всяка клетка на човешкото тяло има 92 теломери;
• осигуряват стабилността на генома;
• защитават клетките от смърт, стареене и мутация;
• те защитават структурата на крайните участъци на хромозомите по време на клетъчното делене.

Възможно ли е да защитим или удължим теломерите и да удължим живота?

През 1998 г. американски изследователи успяха да преодолеят границата на Хейфлик. Стойността на максималното скъсяване на теломерите е различна за различните видове клетки и организми. Границата на Хейфлик за повечето човешки клетки е 52 деления. Увеличете тази стойност по време на експериментите възможен начинактивиране на такъв специален ензим, който действа върху ДНК като теломераза.

През 2009 г. учени от Станфордския университет получиха Нобелова награда за разработването на метод за стимулиране на теломерите. Тази техника се основава на използването на специална РНК молекула, която носи гена TERT (обратна теломеразна транскриптаза). Той е шаблонът за удължаване на теломерите и се разпада, след като е изпълнил своята функция. Получените клетки се "подмладяват" и започват да се делят по-интензивно от преди. В същото време не се случва тяхното злокачествено заболяване, т.е. трансформация в злокачествени.

Благодарение на това откритие стана възможно краищата на хромозомите да се удължат с повече от 1000 нуклеотида (структурни единици на ДНК). Ако преизчислим този показател за годините от живота на човек, тогава ще бъдат няколко години. Този процес на засягане на теломерите е абсолютно безопасен и не предизвиква мутации, водещи до неконтролирано делене и злокачествено образуване на клетките. Това се дължи на факта, че след въвеждането специална РНК молекула бързо се разлага и имунната система няма време да реагира на нея.

Учените заключиха, че теломераза:

• предпазва клетките от стареене;
• удължава живота на клетките;
• предотвратява намаляването на дължината на теломерите;
• създава матрица за "завършване" на теломерите;
• подмладява клетките, връщайки ги към млад фенотип.

Досега научни експерименти, базирани на теорията на учени от Станфордския университет, са провеждани само върху лабораторни мишки. В резултат на това експертите успяха да забавят стареенето на кожата на животните.

За това откритие австралийката Елизабет Блекбърн, американката Карол Грейдър и нейният сънародник Джак Шостак бяха удостоени с Нобелова награда. Учените от Станфорд се надяват, че техниката, която са създали, ще направи възможно в бъдеще лечението тежки заболявания(включително невродегенеративни), които се провокират от скъсяване на теломерите.

Питър Ландсдорп, научен директор на Европейския институт по биология на стареенето, говори за ролята на теломерите при стареенето и образуването на тумори:

20 януари 2014 г

21 век бе белязан от настъпването на нова ера в областта на храненето, която демонстрира голяма ползакоито могат да се доведат до човешкото здраве чрез правилния избор на диета. От тази гледна точка търсенето на тайната на "хапчетата за старост" вече не изглежда като празен сън. Последните открития на учени показват, че правилният избор на хранене може поне отчасти да промени хода на биологичен часовниктялото и забавя стареенето му. В тази статия текущата информация от учените по хранене се анализира в контекста на подобряването на здравето на теломерите, което е ключов механизъм за забавяне на стареенето в буквалния смисъл на думата.

Теломерите са повтарящи се последователности на ДНК, разположени в краищата на хромозомите. При всяко клетъчно делене теломерите се скъсяват, което в крайна сметка води до загуба на способността на клетката да се дели. В резултат на това клетката навлиза във фазата на физиологично стареене, което води до нейната смърт. Натрупването на такива клетки в тялото повишава риска от развитие на заболявания. През 1962 г. Леонард Хейфлик революционизира биологията, като разработи теория, известна като пределната теория на Хейфлик. Според тази теория максималната потенциална продължителност на човешкия живот е 120 години. Според теоретичните изчисления до тази възраст в тялото има твърде много клетки, които не могат да се делят и поддържат жизнената му дейност. Петдесет години по-късно се появява ново направление в науката за гените, което открива перспективи за оптимизиране на генетичния потенциал на човека.

Различни стресови фактори допринасят за преждевременното скъсяване на теломерите, което от своя страна ускорява биологичното стареене на клетките. Много вредни за здравето промени, свързани с възрасттаорганизмите са свързани със скъсяването на теломерите. Наличието на връзка между скъсяването на теломерите и сърдечните заболявания, затлъстяването, диабети дегенерация на хрущяла. Скъсяването на теломерите намалява ефективността на функционирането на гените, което води до триада от проблеми: възпаление, оксидативен стрес и намаляване на активността на имунните клетки. Всичко това ускорява процеса на стареене и увеличава риска от развитие на заболявания, свързани с възрастта.

Друг важен аспекте качеството на теломерите. Например пациентите с Алцхаймер не винаги имат къси теломери. В същото време техните теломери винаги показват ясно изразени признаци на функционални нарушения, чиято корекция се улеснява от витамин Е. В известен смисъл теломерите са "слабото звено" на ДНК. Те се повреждат лесно и трябва да бъдат поправени, но нямат мощните възстановителни механизми, използвани от други ДНК региони. Това води до натрупване на частично увредени и лошо функциониращи теломери, чието лошо качество не зависи от тяхната дължина.

Един подход за забавяне на процеса на стареене е да се използват стратегии, които забавят процеса на скъсяване на теломерите, като същевременно ги защитават и поправят произтичащите от това щети. През последните години експертите получават все повече данни, според които това може да се постигне чрез правилен избордиета.

Друга привлекателна перспектива е възможността за удължаване на теломерите при запазване на тяхното качество, което буквално ще върне стрелките на биологичния часовник назад. Това може да се постигне чрез активиране на ензима теломераза, който е в състояние да възстанови изгубените фрагменти от теломера.

Основно хранене за теломерите

Генната активност проявява известна гъвкавост, а храненето е отличен механизъм за компенсиране на генетичните недостатъци. Много генетични системи се залагат през първите седмици от развитието на плода и се формират в ранна възраст. След това те се влияят широк обхватфактори, вкл. храна. Това влияние може да се нарече "епигенетични настройки", които определят как гените проявяват своите функции.

Дължината на теломерите също се регулира епигенетично. Това означава, че се влияе от диетата. Недохранените майки предават дефектни теломери на децата си, което увеличава риска от развитие на сърдечни заболявания в бъдеще (клетките, засегнати от атеросклероза на артериите, се характеризират с голям бройкъси теломери). против, добро храненемайка допринася за образуването на теломери с оптимална дължина и качество при децата.

Адекватното метилиране е от съществено значение за правилното функциониране на теломерите. (Метилирането е химичен процес, който включва свързване на метилова група (-CH3) към нуклеиновата база на ДНК.) Основният донор на метиловите групи в човешките клетки е коензимът S-аденозилметионин, за чийто синтез тялото използва метионин, метилсулфонилметан, холин и бетаин. За нормалното протичане на синтеза на този коензим е необходимо наличието на витамин В12, фолиева киселина и витамин В6. Фолиевата киселина и витамин B12 участват едновременно в много механизми, които осигуряват стабилността на теломерите.

Най-важните хранителни добавки за поддържане на теломерите са качеството витаминни комплексиприемани на фона на диета, съдържаща достатъчно количество протеини, особено такива, съдържащи сяра. Такава диета трябва да включва млечни продукти, яйца, месо, пиле, бобови растения, ядки и зърнени храни. Яйцата са най-богатият източник на холин.

За поддържане Имайте добро настроениемозъкът също се нуждае от големи количества метилови донори. хроничен стреси депресията често показват дефицит на метилови донори, което означава лошо здраве на теломерите и податливост към преждевременно скъсяване. Това е основната причина, поради която стресът състарява човека.

Резултатите от проучване, включващо 586 жени, показват, че теломерите на участниците, които редовно приемат мултивитамини, са с 5% по-дълги от теломерите на жените, които не приемат витамини. При мъжете най-високите нива на фолиева киселина съответстват на по-дълги теломери. Друго проучване, включващо хора от двата пола, също установи положителна връзка между съдържанието на фолиева киселина в тялото и дължината на теломерите.

Колкото по-стресирани сте и/или колкото по-зле се чувствате емоционално или психически, толкова повече внимание трябва да обърнете на получаването достатъчноосновни хранителни вещества, които ще помогнат не само на вашия мозък, но и на вашите теломери.

Минералите и антиоксидантите допринасят за поддържането на стабилността на генома и теломерите

Храненето е отличен механизъм за забавяне на износването на тялото. Много хранителни вещества защитават хромозомите, включително ДНК на теломеразата, и повишават ефективността на механизмите за възстановяване на нейните щети. Липсата на антиоксиданти води до повишено увреждане от свободните радикали и повишен риск от разграждане на теломерите. Например, теломерите на пациенти с болестта на Паркинсон са по-къси от теломерите на здрави хора на същата възраст. В същото време степента на разграждане на теломерите зависи пряко от тежестта на увреждането на свободните радикали, свързано със заболяването. Доказано е също, че жените, които консумират малко антиоксиданти с храната, имат къси теломери и са изложени на повишен риск от развитие на рак на гърдата.

Магнезият е от съществено значение за функционирането на много от ензимите, участващи в копирането и възстановяването на увреждане на ДНК. Едно изследване върху животни показва, че магнезиевият дефицит е свързан с повишено увреждане от свободните радикали и скъсени теломери. Експерименти върху човешки клетки показват, че липсата на магнезий води до бързо разграждане на теломерите и инхибира клетъчното делене. На ден, в зависимост от интензивността на натоварването и нивото на стрес, човешкото тяло трябва да получава 400-800 mg магнезий.

Цинкът играе важна роля във функционирането и възстановяването на ДНК. Дефицитът на цинк води до появата на голям брой разкъсвания на ДНК вериги. При възрастните хора дефицитът на цинк е свързан с къси теломери. Минималното количество цинк, което човек трябва да приема на ден е 15 mg, а оптималните дози са около 50 mg на ден за жени и 75 mg за мъже. Получени са данни, според които новият цинк-съдържащ антиоксидант карнозин намалява скоростта на скъсяване на теломерите в кожните фибробласти, като същевременно забавя тяхното стареене. Карнозинът също е важен антиоксидант за мозъка, което го прави чудесно средство за облекчаване на стреса. Много антиоксиданти помагат за защитата и възстановяването на ДНК. Например, установено е, че витамин С забавя скъсяването на теломерите в човешките съдови ендотелни клетки.

Впечатляващо е, че една форма на витамин Е, известна като токотриенол, е в състояние да възстанови дължината на късите теломери в човешките фибробласти. Има също доказателства за способността на витамин С да стимулира активността на ензима теломераза, удължаващ теломераза. Тези открития предполагат, че яденето на определени храни помага за възстановяване на дължината на теломерите, което потенциално е ключът към обръщане на процеса на стареене.

ДНК е под постоянна атака от свободните радикали. При здрави, добре хранени хора антиоксидантната защитна система частично предотвратява и възстановява уврежданията на ДНК, което допринася за запазване на нейните функции.

С напредването на възрастта здравето на човек постепенно се влошава, клетките натрупват увредени молекули, които задействат процесите на свободнорадикално окисление и предотвратяват възстановяването на увредената ДНК, включително теломерите. Този процес на снежна топка може да се изостри от състояния като затлъстяване.

Възпалението и инфекциите насърчават разграждането на теломерите

При сегашното ниво на разбиране на биологията на теломерите най-реалистичната перспектива е разработването на методи за забавяне на процеса на тяхното скъсяване. Може би с течение на времето човек ще успее да достигне своя лимит на Хейфлик. Това е възможно само ако се научим да предотвратяваме износването на тялото. Тежкият стрес и инфекцията са два примера за това износване, което води до скъсени теломери. И двата ефекта имат изразен възпалителен компонент, който стимулира производството на свободни радикали и причинява увреждане на клетките, включително теломерите.

При условия на тежък възпалителен стрес клетъчната смърт стимулира тяхното активно делене, което от своя страна ускорява разграждането на теломерите. Освен това свободните радикали, образувани по време на възпалителни реакции, също увреждат теломерите. Затова трябва да положим всички усилия за потискане както на острите, така и на хроничните възпалителни процеси и предотвратяване на инфекциозни заболявания.

Пълното премахване на стреса и възпалителните реакции от живота обаче е невъзможна задача. Ето защо е добра идея при наранявания и инфекциозни заболявания диетата да се допълва с витамин D и докозахексаенова киселина (омега-3 мастна киселина), които могат да поддържат теломерите при състояния на възпаление.

Витамин D модулира количеството генерирана топлина имунна системав отговор на възпаление. При недостиг на витамин D съществува опасност от прегряване на тялото, синтез на огромно количество свободни радикали и увреждане на теломерите. Способност за справяне със стреса, включително инфекциозни заболяваниядо голяма степен зависи от нивото на витамин D в организма. В проучване на 2100 жени близначки на възраст 19-79 години учените показаха, че най-високите нива на витамин D са свързани с най-дългите теломери и обратно. Разликата в дължината на теломерите между най-високите и най-ниските нива на витамин D съответства на около 5 години живот. Друго проучване установи, че възрастни с наднормено тегло, допълнени с 2000 IU витамин D на ден, стимулират активността на теломераза и насърчават възстановяването на дължината на теломерите въпреки метаболитния стрес.

Потискане на възпалителни процеси естественочрез коригиране на диетата е ключът към запазването на теломерите. Важна роля за това могат да играят омега-3 мастните киселини – докозахексаенова и ейкозапентаенова. Проследяването на група пациенти със заболявания на сърдечно-съдовата система в продължение на 5 години показва, че най-дългите теломери са при пациенти, които консумират повече от тези мастни киселини и обратно. Друго проучване установи, че повишаването на нивата на докозахексаенова киселина при пациенти с леко когнитивно увреждане намалява скоростта на скъсяване на теломерите им.

Има много голям брой хранителни добавки, които потискат активността на възпалителния сигнален механизъм, медииран от ядрен фактор kappa-bi (NF-kappaB). Експериментално доказан положителен ефект върху състоянието на хромозомите, осигурен чрез стартирането на този противовъзпалителен механизъм, такива естествени съединения като кверцетин, катехини от зелен чай, екстракт от гроздови семена, куркумин и ресвератрол. Съединения с това свойство се намират и в плодовете, зеленчуците, ядките и пълнозърнестите храни.

Един от най-активно изучаваните естествени антиоксидантие куркумин, който придава яркожълтия цвят на кърито. Разни групиизследователите изучават способността му да стимулира възстановяването на увреждане на ДНК, особено епигенетични разстройства, както и да предотвратява развитието на рак и да повишава ефективността на неговото лечение.
Друго обещаващо природно съединение е ресвератролът. Проучванията върху животни показват, че ограничаването на калориите при запазването му хранителна стойностзапазва теломерите и увеличава продължителността на живота чрез активиране на гена сиртуин 1 (sirt1) и увеличаване на синтеза на протеина сиртуин-1. Функцията на този протеин е да "настрои" системите на тялото да работят в "икономичен режим", което е много важно за оцеляването на вида в условията на дефицит на хранителни вещества. Ресвератролът директно активира гена sirt1, което има положителен ефект върху състоянието на теломерите, особено при липса на преяждане.

Към днешна дата е ясно, че късите теломери са отражение на ниското ниво на способността на клетъчните системи да възстановяват увреждане на ДНК, включително теломерите, което съответства на повишен риск от развитие на рак и заболявания на сърдечно-съдовата система. В едно интересно проучване, включващо 662 души, участниците от детството до 38-годишна възраст са били редовно оценявани за техните кръвни нива на липопротеини с висока плътност (HDL), известни като " добър холестерол". Най-високите нива на HDL съответстват на най-дългите теломери. Изследователите смятат, че причината за това се крие в по-слабо изразеното натрупване на възпалителни и свободни радикали.

Резюме

Основният извод от всичко по-горе е, че човек трябва да води начин на живот и диета, които минимизират износването на тялото и предотвратяват щетите, причинени от свободните радикали. Важен компонент от стратегията за защита на теломерите е консумацията на храни, които потискат възпалението. Колкото по-добро е здравословното състояние на човек, толкова по-малко усилия може да положи и обратното. Ако сте здрави, в резултат на това теломерите ви ще се скъсят нормален процесстареене, така че за да сведете до минимум този ефект, е достатъчно да увеличите поддръжката на теломерите с хранителни добавки, докато растете (стареене). Успоредно с това трябва да водите балансиран начин на живот и да избягвате дейности и употребата на вещества, които имат отрицателно влияниевърху здравето и ускоряване на разграждането на теломерите.

Освен това, при неблагоприятни обстоятелства, като злополука, заболяване или емоционална травма, теломерите трябва да получат допълнителна подкрепа. Продължителните състояния, като посттравматичен стрес, са изпълнени със скъсяване на теломерите, така че е много важно условиеза всякакъв вид нараняване или неблагоприятен ефект е пълно възстановяване.

Теломерите отразяват жизнеността на тялото, осигурявайки способността му да се справя с различни задачи и изисквания. При скъсяване на теломерите и/или техните функционални нарушения, тялото трябва да полага повече усилия, за да изпълнява ежедневните задачи. Тази ситуация води до натрупване на увредени молекули в тялото, което усложнява възстановителните процеси и ускорява стареенето. Това е предпоставка за развитието на редица заболявания, които показват „слабите места” на тялото.

Състоянието на кожата е друг показател за състоянието на теломерите, отразяващ биологичната възраст на човека. В детството клетките на кожата се делят много бързо, а с възрастта скоростта на тяхното делене се забавя в опит да се запазят теломерите, които губят способността си да се възстановяват. Най-добре е биологичната възраст да се оцени по състоянието на кожата на предмишниците.

Запазването на теломерите е изключително важен принцип за поддържане на здравето и дълголетието. Сега навлизаме в нова ера, в която науката демонстрира нови начини за забавяне на стареенето чрез храната. Никога не е твърде късно или твърде рано да започнете да правите промени в начина си на живот и диета, които ще ви насочат в правилната посока.

Евгения Рябцева
портал " Вечна младост» Според NewsWithViews.com:

Физиологичното стареене е многофакторен феномен, който зависи от няколко генетични и външни фактори. Един от генетичните фактори, влияещи върху скоростта на стареене и продължителността на живота на живите организми, е дължината на теломерите, теломерите са разположени в краищата на линейните хромозоми.

Някои съвременни лаборатории твърдят, че могат да предскажат биологичното време на живота ви. Всичко, което трябва да направите, за да разберете колко можете да живеете, е да осигурите 5 ml кръв и около 500-700 USD и да изчакате 4-5 седмици!

Стареенето и продължителността на живота са били и остават загадка за много изследователи. Процесът на стареене зависи от няколко фактора, включително наличието на увреждане на ДНК поради оксидативен стрес, фактори околен свят, хронологична (паспортна) възраст, рискови фактори като злополуки и др. Предполага се, че в допълнение към това някои структури, наречени теломери, играят важна роля в процеса на стареене.

Теломери- Това са специални структури, които се намират в краищата на линейните хромозоми. Те защитават хромозомите и осигуряват структурна стабилност на линейните ДНК молекули. Отбелязва се, че по време на стареенето дължината на тези структури намалява.

Какво представляват теломерите?

Разположени в краищата на линейните хромозоми, теломерите са специфичен набор от некодиращи, повтарящи се ДНК последователности. Те образуват защитна капачка върху хромозомите и изпълняват функция, подобна на пластмасовите върхове (аглети) в краищата на връзките на обувките.

Повредените краища на хромозомите се характеризират с "лепкавост" - те могат да се прикрепят към други хромозоми, причинявайки генетични аберации. Теломерните повторения придават стабилност на линейните хромозоми и ги предпазват от износване и прикрепване една към друга.

Почти всички теломери имат обща последователност на една верига Cn(A/T)m [където n>1 и m= 1-4],

докато другата нишка с един стърчащ край има обща последователност Gn(T/A)m.

Те присъстват в повечето еукариотни клетки, а също и в някои прокариотни организми с линейни хромозоми. При гръбначните теломерите се състоят от множество повторения на последователността: 5'-TTAGGG-3'.

Теломерите като генетични бомби със закъснител

Процесът на репликация на еукариотна ДНК започва в молекулата на ДНК от няколко места. Синтезът на нова ДНК се осъществява чрез водеща верига (която се синтезира непрекъснато) и изоставаща верига (характеризираща се с прекъснат синтез на ДНК). За да започне синтеза на ДНК, ензимът, участващ в този процес, изисква къса част от РНК, наречена РНК праймер. В резултат на това крайната част на 3'-края на изоставащата нишка остава некопирана.

„Представете си фотокопирна машина, която прави перфектни копия на вашия текст, но винаги започва от втория ред на всяка страница и завършва на предпоследния ред.“

• Геномът: Автобиографията на един вид в 23 глави (Мат Ридли)
• Геном: Автобиографията на един вид в 23 глави (от Мат Ридли)

Това явление се нарича "терминална недостатъчна репликация" и може да доведе до загуба на генетична информация, съдържаща се в самия край на молекулата.

Наличието на теломери в края на хромозомата предотвратява тази загуба на информация. По време на всеки цикъл на репликация, който се случва, когато една клетка се раздели, за да създаде две нови клетки, част от теломерната последователност остава некопирана. В резултат на това с всяко делене на клетката теломерите стават все по-къси и по-къси, феномен, наречен „скъсяване на теломерите“.

След поредица от последователни деления теломерната област изчезва напълно и клетката остарява (остарява). По този начин теломерите служат като молекулярен часовник или генетична бомба със закъснител и пречат на клетките да бъдат безсмъртни. За първи път този интересен феномен на ограничения брой цикли на делене, на които една клетка може да претърпи, беше наблюдаван от Леонард Хейфлик в нормални животински и човешки клетки. Той показа това нормални клеткичовешкият плод, в култура, може да се раздели само 40-60 пъти, след което настъпва тяхното физиологично стареене. Хейфлик предположи, че това клетъчно стареене играе важна роля в процеса на физическо стареене.

И докато скъсяването на теломерите се свързва със стареенето, не е известно със сигурност дали то е причината за стареенето или е един от отличителните белези на стареенето, като отпусната кожа и побеляла коса. Проучванията обаче са открили положителна корелация между теломерите и продължителността на живота и заболеваемостта при хората.

В проучване на Richard Cawthon (Университет на Юта) субектите са разделени на две групи въз основа на средната дължина на теломерите им, измерена с помощта на кръвни клетки. Установено е, че участниците с по-дълги теломери живеят пет години по-дълго от участниците с по-къси теломери. Беше отбелязано също, че сред хората на възраст над 60 години тези с по-къси теломери са шест пъти по-уязвими към смърт поради сърдечни заболявания и имат осем пъти повече висок рискфатални инфекции.

Може ли стареенето да бъде обърнато?

Въпреки че повечето от клетките в тялото ни имат определен живот, има малка група клетки, които имат безсмъртие. Това е възможно благодарение на активността на рибонуклеопротеинов ензим, наречен теломераза, който може да образува и поддържа теломерни повторения в краищата на хромозомите. Този ензим присъства във всички млади клетки, но в процеса на повтаряне на клетъчното делене отново и отново, количеството му намалява. В случай на безсмъртни клетки, като яйцеклетки и сперма, и някои имунни клетки, активността на теломераза остава постоянна.

И така, чрез просто активиране на този ензим във всички други клетки, може ли процесът на стареене да бъде обърнат или спрян? Екип от учени от Медицинското училище на Харвард в Бостън е създал генетично модифицирани мишки с променена активност на теломераза. Тези мишки бяха оставени да достигнат зряла възраст, след което активността на този ензим се поддържаше в продължение на месец. При мишки се наблюдава бързо стареене, но възстановяването на активността на теломеразата при зрялост води до обръщане на ефектите от стареенето.

Въпреки че учените са изследвали ефекта от активирането на теломераза не при нормални мишки, а при необичайно стареещи мишки, стряскащият резултат от този експеримент е заключението, че признаците на стареене могат да бъдат обърнати. Това откритие беше наречено "ефектът на Понсе де Леон" на името на изследователя Понсе не Леон, който отиде да търси Фонтана на младостта. Все още обаче не е потвърдено значението на получените данни за хората.

Постоянна активност на теломераза се наблюдава и при изключително опасни безсмъртни клетки – раковите клетки. Скъсени, но стабилни теломери се срещат в няколко вида ракови клетки. По този начин активирането на теломераза за обръщане на процеса на стареене идва със значителен риск, който също трябва да бъде оценен.

Беше отбелязано, че точната дължина на теломерите варира от различни хорасъщата възраст. Учените твърдят, че измерването на дължината на теломерите може да ни позволи да предвидим биологичното време на живота на човека. Компании като Life Length (Испания), Telome Health, Inc. (САЩ) и SpectraCell Laboratories, Inc. (САЩ) провежда кръвен тест, определящ средна дължинателомери и по този начин прогнозиране на продължителността на живота.

Въпреки че ползата от прогнозирането на продължителността на живота на човек е съмнителна, подобни тестове са полезни за определяне на това колко здрав е човек, колко бързо остарява и колко висок е рискът от определени заболявания и разстройства. Резултатите от такъв анализ могат да служат като предупреждение, мотивирайки човек да води здравословен начин на живот и да използва надеждни методи за постигане на дълголетие.

Онлайн магазинът www.technodom.kz/ е висококачествено оборудване в Казахстан.