Теломеры и онкология. Почему укорачиваются теломеры или формула старения

«Нестареющая» Нобелевская премия: в 2009 году отмечены работы по теломерам и теломеразе В 2009 году Нобелевская премия по физиологии и медицине вручена трём американским учёным, разрешившим важную биологическую проблему: как хромосомы при делении клетки копируются полностью , без того, чтобы ДНК на их кончиках укорачивалась? В результате их исследований стало известно, что «защитным колпачком» для хромосом служат особым образом устроенные окончания ДНК - теломеры , достройкой которых занимается специальный фермент - теломераза .

В отличие от бактерий, имеющих кольцевую хромосому, хромосомы эукариот устроены линейно, и концы ДНК «подрезаются» при каждом делении. Чтобы избежать порчи важных генов, окончания каждой хромосомы защищены теломерами ..

Длинная нитеобразная молекула ДНК - главный компонент хромосом, несущий генетическую информацию, - с обоих концов закрыта своего рода «заглушками» - теломерами . Теломеры представляют собой участки ДНК с уникальной последовательностью и защищают хромосомы от деградации. Это открытие принадлежит двум лауреатам Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2009 г. - Элизабет Блэкберн (Elizabeth Blackburn ), уроженке США и в настоящее время сотруднице Университета Калифорнии (Сан-Франциско, США), и Джеку Шостаку (Jack Szostak ), профессору Института Ховарда Хьюза . Элизабет Блэкберн в сотрудничестве с третьим лауреатом премии этого года - Кэрол Грейдер (Carol Greider ), сотрудницей Университета Джона Хопкинса , - открыла в 1984 году фермент теломеразу , синтезирующий ДНК теломер (и тем самым достраивая их после неизбежного при каждом копировании хромосомы укорачивания). Таким образом, исследования, отмеченные премией в этом году (около 975 тысяч евро, поделенные поровну между лауреатами), объясняют, как теломеры защищают кончики хромосом, и как теломераза синтезирует теломеры.

Давно отмечено, что старение клетки сопровождается укорачиванием теломер. И, наоборот, в клетках с высокой активностью теломеразы, достраивающей теломеры, длина последних остается неизменной, и старение не наступает. Это, кстати, относится и к «вечно молодым» раковым клеткам, в которых механизм естественного ограничения роста не действует. (А для некоторых наследственных заболеваний характерна дефектная теломераза, что приводит к преждевременному клеточному старению.) Присуждение за работы в этой области Нобелевской премии является признанием фундаментального значения этих механизмов в живой клетке и огромного прикладного потенциала, заложенного в отмеченных работах.

Таинственная теломера

В хромосомах содержится наш геном, а «физическим» носителем генетической информации являются молекулы ДНК. Ещё в 1930 году Герман Мёллер (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1946 года «за открытие появления мутаций под влиянием рентгеновского облучения») и Барбара Мак-Клинток (лауреат Нобелевской премии в той же категории 1983 года «за открытие транспозирующих генетических систем») обнаружили, что структуры на концах хромосом - так называемые теломеры - предотвращали слипание хромосом между собой. Было высказано предположение, что теломеры выполняют защитную функцию, но механизм этого явления оставался совершенно неизвестным.

Позже, в 1950-х, когда уже было в общих чертах понятно, как копируются гены, возникла другая проблема. При делении клетки основание за основанием дублируется и вся клеточная ДНК, - при помощи ферментов ДНК-полимераз. Однако для одной из комплементарных цепей возникает проблема: самый конец молекулы не может быть скопирован (дело тут в «посадочном» сайте ДНК-полимеразы). Вследствие этого, хромосома должна укорачиваться при каждом делении клетки, - хотя на самом деле этого не происходит (на рисунке: 1).

И та, и другая проблема были со временем решены, за что в этом году и вручают премию.

ДНК теломер защищает хромосомы

Ещё в начале своей научной карьеры Элизабет Блэкберн занималась картированием последовательностей ДНК на примере одноклеточного жгутикового организма тетрахимены (Tetrahymena ). На концах хромосомы она обнаружила повторяющиеся последовательности ДНК вида CCCCAA, функция которых была на тот момент совершенно неизвестна. В то же время Джек Шостак обнаружил, что линейные молекулы ДНК (что-то вроде минихромосомы), введённые в клетку дрожжей, очень быстро деградируют.

Исследователи встретились на конференции в 1980 г., где Блэкберн докладывала свои результаты, заинтересовавшие Шостака. Они решили провести совместный эксперимент, в основе которого было «растворение барьеров» между двумя эволюционно весьма далёкими видами (на рисунке: 2). Блэкберн выделила из ДНК тетрахимены последовательности CCCCAA, а Шостак присоединил их к минихромосомам, помещённым затем в клетки дрожжей. Результат, опубликованный в 1982 году, превзошёл ожидания: теломерные последовательности действительно защищали ДНК от деградации! Это явление наглядно продемонстрировало существование неизвестного ранее клеточного механизма, регулирующего процессы старения в живой клетке. Позже подтвердилось наличие теломер в подавляющем большинстве растений и животных - от амёбы до человека.

Фермент, синтезирующий теломеры

В 1980-х аспирантка Кэрол Грейдер работала под началом Элизабет Блэкберн; они начали изучение синтеза теломер, за который должен был отвечать неизвестный на ту пору фермент. В канун рождества 1984 года Грейдер зарегистрировала искомую активность в клеточном экстракте. Грейдер и Блэкберн выделили и очистили фермент, получивший название теломераза , и показали, что в его состав входит не только белок, но и РНК (на рисунке: 3). Молекула РНК содержит «ту самую» последовательность CCCCAA, используемую в качестве «шаблона» для достройки теломер, в то время как ферментативная активность (типа обратной транскриптазы ) принадлежит белковой части фермента. Теломераза «наращивает» ДНК теломеры, обеспечивая «посадочное место» для ДНК-полимеразы, достаточное для копирования хромосомы без «краевых эффектов» (то есть, без потерь генетической информации).

Теломераза отсрочивает старение клетки

Учёные начали активно заниматься исследованием роли теломер в клетке. Лаборатория Шостака установила, что дрожжевая культура с мутацией, приводящей к постепенному укорачиванию теломер, развивается очень медленно и, в конце концов, вообще прекращает рост. Сотрудники Блэкберн показали, что в тетрахимене с мутацией в РНК теломеразы наблюдается в точности такой же эффект, который можно охарактеризовать фразой «преждевременное старение» . (По сравнению с этими примерами, «нормальная» теломераза предотвращает укорачивание теломер и задерживает наступление старости.) Позже в группе Грейдер открыли, что те же механизмы работают и в клетках человека. Многочисленные работы в этой области помогли установить, что теломера координирует вокруг своей ДНК белковые частицы, образующие защитный «колпачок» для кончиков молекулы ДНК.

Части головоломки: старение, рак и стволовые клетки

Описанные открытия имели самый сильный резонанс в научном сообществе. Многие учёные заявляли, что укорачивание теломер является универсальным механизмом не только клеточного старения, но и старости всего организма в целом. Однако со временем стало понятно, что теломерная теория не является пресловутым «молодильным яблоком», поскольку процесс старения на самом деле чрезвычайно сложен и многосторонен, и не сводится исключительно к «подрезанию» теломер. Интенсивные исследования в этой области продолжаются и сегодня.

Большинство клеток делится не так уж часто, так что их хромосомы не находятся в зоне риска чрезмерного укорачивания и, в общем-то, не требуют высокой теломеразной активности. Другое дело - раковые клетки: они обладают способностью делиться бесконтрольно и бесконечно, как бы не зная о бедах с укорачиванием теломер. Оказалось, что в опухолевых клетках очень высокая активность теломеразы, что и защищает их от подобного укорачивания и придаёт потенциал к неограниченному делению и росту. В настоящее время существует подход к лечению рака, использующий концепцию подавления теломеразной активности в раковых клетках, что привело бы к естественному исчезновению точек бесконтрольного деления. Некоторые средства с антителомеразным действием уже проходят клинические испытания.

Ряд наследственных заболеваний характеризуется сниженной теломеразной активностью, - например, апластическая анемия, при которой из-за низкого темпа деления стволовых клеток в костном мозге развивается анемия. К этой же группе относится ряд заболеваний кожи и лёгких.

Открытия, сделанные Блэкберн, Грейдер и Шостаком, открыли новое измерение в понимании клеточных механизмов, и, несомненно, имеют огромное практическое применение - хотя бы в лечении перечисленных заболеваний, а может быть (когда-нибудь) - и в обретении если не вечной, то хотя бы более длительной жизни.

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

ТЕЛОМЕРЫ И ТЕЛОМЕРАЗА: РОЛЬ В СТАРЕНИИ

В 1961 г. Хейфлик и Мурхед [ HayJlick ea 1961 ] представили данные о том, что даже в идеальных условиях культивирования фибробласты эмбриона человека способны делиться только ограниченное число раз (около 50). Было установлено, что при самом тщательном соблюдении всех мер предосторожности при пересевах клетки проходят in vitro ряд вполне морфологически различимых стадий (фаз), после чего их способность к пролиферации исчерпывается и в таком состоянии они способны находиться длительное время. В повторных опытах это наблюдение было многократно воспроизведено, последняя фаза жизни клеток в культуре была уподоблена клеточному старению , а сам феномен получил по имени автора название " предела Хейфлика ". Более того, оказалось, что с увеличением возраста донора число делений, которые были способны совершить клетки организма, существенно уменьшалось, из чего было сделано заключение о существовании гипотетического счетчика делений, ограничивающего общее их число [ Hayjlick ea 1998 ].

В 1971 г. Оловников [ Оловников ea 1971 ] на основании появившихся к тому времени данных о принципах синтеза ДНК в клетках предложил гипотезу маргинотомии , объясняющую механизм работы такого счетчика. По мнению автора гипотезы, при матричном синтезе полинуклеотидов ДНК-полимераза не в состоянии полностью воспроизвести линейную матрицу, реплика получается всегда короче в ее начальной части. Таким образом, при каждом делении клетки ее ДНК укорачивается, что ограничивает пролиферативный потенциал клеток и, очевидно, является тем "счетчиком" числа делений и, соответственно, продолжительности жизни клетки в культуре. В 19J2 г. Медведев [ Medvedev ea 1972 ] показал, что повторяющиеся копии функциональных генов могут запускать процесс старения или управлять им.

Открытие в 1985 г. теломеразы - фермента, который достраивал укороченную теломеру в половых клетках и клетках опухолей, обеспечивая их бессмертие [ Greider ea 1998 ], вдохнуло новую жизнь в гипотезу Оловникова. Было выполнено огромное количество работ [ Егоров ea 1997 , Оловников ea 1971 , Оловников ea 1999 , Faragher ea 1998 , Greider ea 1985 , Hayjlick ea 1998 , Olovnikov ea 1996 , Reddel ea 1998 , Weng ea 1997 , Zalensky ea 1997 ]. Установлены следующие основные факты:

1. Концы линейных хромосом с З"-конца ДНК заканчиваются повторяющимися последовательностями нуклеотидов, получившими название теломер, которые синтезируются специальным рибонуклеиновым ферментом теломеразой.

2. Соматические клетки эукариот, имеющие линейные хромосомы, лишены теломеразной активности. Их теломеры укорачиваются как в процессе онтогенеза и старения in vivo, так и при культивировании in vitro.

3. Половые клетки и клетки иммортализированных линий, а также опухолей имеют высокоактивную теломеразу, которая достраивает З"- конец ДНК, на котором реплицируется комплементарная цепь при делении.

4. Структуры теломер сильно различаются среди простейших, однако у всех позвоночных они одинаковы - (TTAGGG)n.

5. Имеются существенные межвидовые различия в длине теломер, причем у мыши общая их длина в несколько раз превышает таковую у человека (до 150 тыс. пар нуклеотидов у некоторых линий мышей и 7-15 т.п.н. у человека).

6. Репрессия теломеразы определяет клеточное старение в культуре ("лимит Хейфлика").

7. Клетки больных синдромом преждевременного старения Хатчинсона-Гилфорда и синдромом Дауна имеют укороченные теломеры.

Доказательства правомочности такого предположения были представлены Кионо и соавт. [ Kiyono ea 1998 ]: введение каталитического компонента теломеразы hTERT или теломеразной активности с помощью онкобелка вируса папилломы человека E7 в кератиноциты или клетки эпителия человека не приводило к их полной иммортализации. Она наступала лишь при дополнительном торможении регуляции антионкогена Rb или при угнетении экспрессии р16 в качестве второй важнейшей ступени этого процесса. При элиминации антионкогена р53 такого эффекта не наблюдалось. С другой стороны, протоонкоген с-Мус может активировать экспрессию теломеразы [ Wang ea 1998 ]. С помощью опосредованного микроклетками переноса маркированную геном пео хромосому 20 из стареющих и молодых диплоидных фибробластов человека ввели в молодые фибробласты. Во всех новообразованных клонах наблюдалось уменьшение пролиферативного потенциала на 17-18 удвоений популяции [ Егоров ea 1997 ]. Авторы склонны рассматривать полученные данные как свидетельство того, что отдельные теломеры способны ограничить пролиферативный потенциал клеток.

Показано, что старение некоторых тканей, например, эпителиальных клеток слизистой полости рта или роговицы глаза человека in vivo, не сопровождается укорочением теломер [ Egan ea 1998 , Kang ea 1998 ]. Экспрессия белка аденовируса 13 E1B 54К в нормальных клетках человека сопровождалась существенным увеличением их пролиферативного потенциала (до 100 удвоений). Когда затем деления все же прекратились и клетки перешли в фазу старения, то какого-либо существенного укорочения их теломер выявлено не было [ Gallimore ea 1997 ]. Экспрессию активности теломеразы наблюдали в печени крыс после частичной гепатэктомии [ Tsujiuchi ea 1998 ], т.е. в процессе регенерации. Не удалось наблюдать существенных изменений в продолжительности жизни или развитии мышей с "выключенным" геном теломеразы [ Lee ea 1998 ].

Многое в этой области еще предстоит выяснить. Тем не менее очевидно, что опыты с теломеразой открывают новые перспективы как в геронтологии, так и в онкологии для диагностики рака и, что особенно важно, для его лечения. См. Биология теломер

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

Демидовский лауреат Алексей Матвеевич Оловников Оловников Алексей Матвеевич, родился 10 октября 1936 года в Владивостоке, закончил ВГУ - специалист в области биологии старения и теоретической молекулярной и клеточной биологии. Кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института Биохимической физики РАН. Оловников Алексей Матвеевич- автор цикла теоретических работ, в которых впервые в мире предсказано укорочение хромосом при старении, описан эффект концевой недорепликации любых линейных молекул ДНК и, кроме того, предсказано существование теломеразы как фермента, компенсирующего укорочение теломер (концевых участков хромосом). А.М.Оловников сделал ряд ключевых теоретических обобщений, много лет спустя полностью экспериментально подтвержденных во многих лабораториях мира. Суть этих работ АМ Оловникова в следующем: 1) было указано на существование проблемы концевой недорепликации линейных молекул ДНК (концы как ахиллесова пята двойной спирали ДНК); 2) предсказано укорочение теломер (концов хромосом) при делениях соматических клеток, а также существование корреляции между величиной укорочения теломер и числом удвоений, выполненных делящимися нормальными эукариотическими клетками in vitro; 3) предсказано, что в нормальных половых клетках должна экспрессироваться новая форма ДНК-полимеразы, компенсирующая укорочение концов хромосом (то есть, предсказано существование теломеразы); 4) предсказано также, что в клетках злокачественных опухолей должна экспрессироваться эта компенсирующая ДНК-полимераза (то есть теломераза). Указано, что она создана природой для стабильности полового генома (предотвращает укорочение концов хромосом), но в то же самое время она наделяет раковые клетки потенциальным бессмертием (отсутствием у них лимита клеточных удвоений); 5) хорошо известный к тому времени факт кольцевой формы генома бактерий и многих вирусов был впервые интерпретирован как способ защиты их генома от концевой недорепликации ДНК: поскольку у кольцевой ДНК нет конца, то и нечему укорачиваться. В целом, в этом цикле пионерских работ АМ Оловникова, о которых сообщалось, помимо статей, также в трудах международного конгресса по геронтологии (Киев, 1972) и в лекциях (в том числе в США, 1998) предложена серия идей, которые позволили связать воедино серию до того разрозненных фактов и фактически предложить исследовательскую программу, стимулировавшую соответствующие исследования в ряде биологических и биомедицинских дисциплин. Следует также заметить, что поиски ингибиторов теломеразы как противораковых факторов, а также использование теломеразы в раковой диагностике, начались в связи с пониманием ключевой роли процесса концевой недорепликации концов ДНК в судьбе клетки, предсказанного А.М. Оловниковым. К настоящему времени начатое АМ Оловниковым новое научное направление – теломерная биология – развивается практически на всех континентах (кроме Антарктиды). Но, несмотря на экспериментально подтвержденные постулаты первой теории, АМ Оловников работает в настоящее время над принципиально новой теорией старения.

Скорее всего, Вы наблюдали, что люди одинакового возраста стареют по-разному , некоторые выглядят значительно моложе сверстников. Одни люди даже в преклонном возрасте проворны и энергичны, тогда как другие с молодых лет жалуются на болезни, усталость и рассеянность.

Почему люди стареют по-разному? Что определяет процесс старения – природа и гены или образ жизни и внешние факторы? Как продлить молодость, обрести здоровье и долголетие? Эти вопросы по-прежнему актуальны, как и многие годы назад.

Большинство людей, считает, что только природа и наследственность влияет на процесс старения. Но в последнее время появляется все больше людей, которые уверены, что образ жизни, повседневные привычки важнее наследственности. Кто же прав?

Каждый из нас рождается с заранее заданным набором генов, но последние исследования ученых подтверждают, что наши привычки и образ жизни значительно влияет на то, как эти гены себя проявят, насколько здоровыми будут клетки.

Теломеры: старение и молодость

Учёные генетики, исследуя ДНК, открыли, что в наших клетках есть счетчики, которые отсчитывают время жизни клеток.

Их называют теломеры – это защитные «колпачки» на концах хромосом, состоящие из последовательности нуклеотидов.
При каждом делении клетки теломеры становятся короче . С возрастом количество теломер уменьшается, в какой-то момент теломеры достигают критической длины, клетки перестают делиться и отмирают.
Исследователи считают, что старение и предрасположенность к различным заболеваниям зависят от длины теломер.

Сколько теломер у человека

Учёные установили, что теломеры у молодых людей состоят из 8-10 тысяч нуклеотидов. Чем длиннее теломеры в клетках, тем больше у человека потенциал здоровья и долголетия.

Можно ли удлинить теломеры

Выдающимся научным открытием стал тот удивительный факт, что концевые участки хромосом могут удлиняться, замедлять старение . За открытие влияния теломеразы на продолжительность жизни американским ученым в 2009 году присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине.

Теломеры могут надстраиваться с помощью фермента теломеразы, но этот фермент активен только в стволовых и в раковых клетках.

Для непосредственного увеличения концевых участков хромосом можно использовать медицинское вмешательство извне.

Однако, удлинять теломеры, активизируя фермент теломеразу подобным образом, небезопасно, так как существует риск перерождения клетки в раковую.

Более интересны исследования, проведенные учеными Калифорнийского университета, которые показали, что теломеры могут удлиниться естественным способом, без каких либо биохимических воздействий, всего лишь изменением образа жизни.

10 безопасных способов удлинить теломеры и укрепить здоровье

1. Контролируйте стресс

Кратковременный стресс, с которым легко можно справиться, не вредит теломерам. Более того, он помогает выработать навыки и уверенность в себе, необходимые для преодоления сложных жизненных ситуаций.

Укорачивают теломеры хронический стресс и депрессия . К тому же сильный страх в сочетании с плохим умением справляться со стрессом приводит к физиологическим изменениям, острой гормональной и воспалительной реакции на стресс.

Работайте над стрессоустойчивостью, это пойдет на пользу здоровью и теломерам.

Сталкиваясь с серьезными потрясениями, старайтесь ограничить влияние сложных ситуаций на свою жизнь в целом. Учитесь воспринимать их не как угрозу, страх, тревогу, неуверенность в завтрашнем дне, а скорее, как вызов, возбуждение, уверенность в положительных переменах.

Медитации, йога, цигун, психофизические практики повышают уровень теломеразы в иммунных клетках или удлиняют их теломеры, что подтверждается результатами исследования.

Не зря Будда говорил: «Секрет здоровья, ума и тела состоит в том, чтобы не горевать о прошлом и не беспокоиться о будущем, а жить в настоящем мудро и честно».

Характер и теломеры

Укорачивают теломеры такие черты характера, как пессимизм, враждебность , импульсивность. И наоборот, было установлено, что теломеры в среднем длиннее у добросовестных, организованных, целеустремленных, умеющих контролировать эмоции людей.

2. Польза физкультуры на клеточном уровне

Результаты исследований подтвердили, что физические нагрузки действительно стимулируют способность теломеразы восстанавливать теломеры.

Причем, умеренные аэробные упражнения на выносливость, выполняемые три раза в неделю по 45 минут, за полгода смогли повысить активность теломеразы вдвое! Нет возможности ходить в фитнес клуб, ходите быстрым шагом не менее 30 минут 2-3 раза в неделю.

К тому же на людей, регулярно занимающихся физическими упражнениями, меньше воздействует такой неблагоприятный фактор, как окислительный стресс.

3. Восстановите кислотно-щелочной баланс

Генетики считают, что одной из главных причин быстрого сокращения теломер является нарушение кислотно-щелочного баланса организма и большое количество свободных радикалов, которые повреждают ДНК, белки, жиры, становится основной причиной воспалительных и аутоиммунных процессов.

Окислительный стресс ускоряет процесс старения и способствует развитию возрастных заболеваний: болезней сердца и сосудов, артрита, диабета, неврологических расстройств, туберкулеза, рака.

В клетках организма уже содержатся антиоксиданты, обеспечивающие естественную защиту от окислительного стресса. Они представляют собой молекулы, которые способны отдавать свободным радикалам электрон, оставаясь при этом стабильными.

Чтобы не испытывать недостатка в антиоксидантах, включайте в рацион больше листовой зелени, свежих фруктов, ягод, овощей. Особенно полезны цитрусовые. Возьмите за привычку выпивать утром стакан воды с долькой лимона. Много антиоксидантов также в зеленом чае, фасоли и других бобовых, орехах, семечках, цельных злаках.

При скудном однообразном питании принимайте курсами комплексные антиоксидантные добавки или витамины С, Е, А . Отдавайте предпочтение антиоксидантам натурального происхождения, которые будут хорошо усваиваться и не приведут к их избытку, что тоже не хорошо.

4. Купируйте воспалительные процессы

Люди с самыми короткими теломерами страдают от хронического воспалительного процесса .

Краткосрочное воспаление способствует заживлению поврежденных клеток, но если оно переходит в хронический процесс, то нарушается нормальное функционирование различных органов и систем организма, в результате возникают серьезные заболевания.

Если вы хотите замедлить старение и как можно дольше оставаться здоровыми, то следует сделать все возможное, чтобы предотвратить хроническое воспаление.

Во-первых, перестаньте подкармливать воспаление.

Глюкоза, полученная организмом из простых или рафинированных углеводов (белого хлеба, белого риса, макарон, картофеля), а также из газированных напитков, пакетированных соков и выпечки, конфет очень быстро попадает в кровь, что приводит к повышению концентрации цитокинов, которые распространяют воспаление по всему организму.

Во-вторых, употребляйте достаточное количество продуктов, содержащих Омега 3 жирные кислоты (или рыбий жир). Омега-3 снижает окислительный стресс и гасит вялотекущие воспалительные процессы, в результате, теломеры становятся длиннее.

Много Омега-3 содержится в жирных сортах рыбы, семге, тунце, листовой зелени, семенах льна, льняном масле.

Лучше всего получать все необходимые вещества вместе с пищей, но если такой возможности нет, то биологически активные добавки могут стать отличной альтернативой. Но при выборе пищевых добавок, в том числе и БАД Омега-3 или Рыбий жир в капсулах, обращайте внимание на производителя, не все БАДы одинаково полезны и хорошо усваиваются.

Совет : При аутоиммунном тиреоидите щитовидной железы, ревматоидном артрите и других аутоиммунных заболеваниях Омега-з помогает остановить хронический воспалительный процесс. Обязательно включайте в свой рацион продукты богатые Омега-3 жирными кислотами либо принимайте курсами Омега-3 в капсулах.

5. Контролируйте качество и режим сна

Во время сна организм корректирует настройку внутренних биологических часов, регулирует аппетит, сбрасывает негативные эмоции и переживания, обновляет настроение.

Сколько часов сна нужно теломерам?

Доказано, что у людей, высоко оценивших качество своего сна, теломеры длиннее.

Чтобы теломеры были более длинными требуется, как минимум семь часов сна в сутки. Важно не только количество часов сна, но и регулярность, качество и режим сна.

Считается, что стабильный режим сна в значительной мере влияет на способность клеток регулировать активность теломеразы.

6. Придерживайтесь сбалансированного питания

Поддержанию здоровой клеточной среды в организме способствует употребление натуральных продуктов, богатых клетчаткой, антиоксидантами и флавоноидами, рыбы и морепродуктов, свежих фруктов и овощей, листовой зелени, фасоли, цельных злаков, орехов и семян.

Эти продукты снижают уровень воспаления, окислительного стресса и инсулинорезистентности. Они полезны для теломер и здоровья в целом.

Минимизируйте употребление белого хлеба, белого риса, макарон, картофеля, газированных напитков, пакетированных соков, конфет, сладостей, выпечки, мороженого, т.к. избыток быстрых углеводов (глюкозы) разрушает ДНК, белки, липиды.

Стабильный уровень сахара в крови сохраняет длину теломер .

7. Витамин D, ультрафиолет и теломераза

Исследователи установили, что чем выше концентрация в крови витамина D, тем длиннее теломеры . Влияние витамина D на теломеры, вероятно, связано с ингибирующим эффектом на воспаление.

Помните, что закисляющий стресс и воспаление старят Вас быстрее, поэтому ежедневно старайтесь получить дозу солнечного света, чтобы выглядеть и чувствовать себя лучше.

Лучшие источники витамина D – красная рыба, тунец, палтус, камбала, куриные яйца.

Жителям регионов с малым количеством солнечных дней, можно в осенне-зимний период принимать витамин D в виде биологически активной добавки к пище.

Однако, ультрафиолетовые лучи способен повреждать теломеры. Избыточное пребывание на солнце вредно . При надлежащей защите от ультрафиолетовых лучей клетки кожи могут долго противостоять старению.

8. Корень астрагала удлиняет теломеры

Однако, бесконтрольный прием любого сильнодействующего иммуностимулирующего препарата может иметь негативные последствия, обязательно посоветуйтесь со своим лечащим врачом.

9. Вредные привычки и экология

Во многих исследованиях была обнаружена корреляция между курением и более интенсивным сокращением теломер .

Злоупотребление крепким алкоголем повышает уровень С-реактивного белка, вырабатываемого в печени и служащего маркером воспаления.

Кроме того, спирт превращается в ацетальдегид, вещество, с канцерогенными свойствами, который повреждает ДНК и наносит вред теломерам.

Красное вино в разумных дозах, наоборот, за счет содержащегося в нем вещества ресвератрол улучшает функцию кровеносных сосудов, разрушает жировые клетки, тормозит процесс старения.

По возможности оградите себя от токсичных веществ , избегайте продуктов, содержащих пестициды, используйте чистящие средства на основе натуральных ингредиентов, выбирайте безопасные средства личной гигиены, покупайте нетоксичную малярную краску, займитесь озеленением дома.

10.Образование и социальная поддержка

Что же касается образования, то зависимость наблюдается более или менее устойчивая: чем выше уровень образования, тем длиннее теломеры .

Очень важно, особенно с выходом на пенсию не оставаться в изоляции. Больше общайтесь с родными и друзьями, найдите себе новое посильное занятие и единомышленников, давайте работу мозгу, посещайте общественные мероприятия.

Вес, диеты, обмен веществ и теломеры

Ученые считают, что лишний вес не укорачивает теломеры буквально. А вот, объем талии (жир на животе свидетельствует об ожирении внутренних органов) и степень чувствительности к инсулину, действительно, имеет значение.

Нарушение обмена веществ, а не лишний вес, вызывает болезни и укорачивает теломеры .

Диеты также причиняют вред теломерам, т.к. вызывают стресс.

Резюме. Как удлинить теломеры

Исследования наглядно показали, что изменения в образе жизни начинают отражаться на длине теломер и количестве теломеразы за достаточно короткий период – от трех недель до четырех месяцев.

Эффект теломер книга

Подробнее о том, как образ жизни, психоэмоциональная и гормональная сферы влияют на биологический возраст через влияние на работу фермента теломеразы и длину теломер, Вы можете прочитать в книге известного ученого, лауреата Нобелевской премии по физиологии и медицине 2009 года, Элизабет Элен Блэкберн «Эффект теломер : революционный подход к более молодой, здоровой и долгой жизни».

ВРЕМЕННЫЙ ДОСТУП! Для пользователей ВКонтакте

ЧИТАТЬ КНИГУ "ЭФФЕКТ ТЕЛОМЕР"

Изучение процессов старения организма человека всегда занимало умы ученых. И сегодня многие исследователи пытаются до конца разгадать этот механизм, заключающийся в развитии и постепенном увядании клеток тела человека. Возможно, что ответы на эти вопросы помогут медикам увеличивать продолжительность жизни и улучшать ее качество при различных заболеваниях.

Сейчас существует несколько теорий о старении клетки. В этой статье мы рассмотрим одну из них. Она основана на изучении таких частей хромосом, заключающих в себе около 90 % ДНК клетки, как теломеры.

Что такое «теломеры»?

В каждом ядре клетки находится по 23 пары хромосом, представляющих собой Х-образно закрученные спирали, на концах которых находятся теломеры. Эти звенья хромосомы можно сравнить с наконечниками шнурков для обуви. Они выполняют такие же защитные функции и сохраняют целостность ДНК и генов.

Деление любой клетки всегда сопровождается раздвоением ДНК, т. к. материнская клетка должна передать информацию дочерней. Этот процесс всегда вызывает укорачивание ДНК, но клетка при этом не теряет генетическую информацию, т. к. на концах хромосом расположены теломеры. Именно они во время деления становятся короче, предохраняя клетку от утраты генетической информации.

Клетки делятся многократно и с каждым процессом их размножения теломеры укорачиваются. При наступлении критически маленького размера, который называется «предел Хейфлика», срабатывает запрограммированный механизм смерти клетки – апоптоз. Иногда – при мутациях – в клетке запускается другая реакция - программа, приводящая к бесконечному делению клетки. Впоследствии такие клетки становятся раковыми.

Пока человек молод, клетки его тела активно размножаются, но с уменьшением размеров теломер происходит и старение клетки. Она начинает с трудом выполнять свои функции, и организм начинает стареть. Из этого можно сделать такой вывод: именно длина теломер является самым точным индикатором не хронологического, а биологического возраста организма.

Краткая информация о теломерах:

• они не несут генетической информации;
• в каждой клетке человеческого организма заключено 92 теломеры;
• они обеспечивают стабильность генома;
• они защищают клетки от смерти, старения и мутаций;
• они защищают структуру конечных участков хромосом при делении клетки.

Возможно ли защитить или удлинить теломеры и продлить жизнь?

В 1998 году американские исследователи смогли преодолеть предел Хейфлика. Значение максимального укорочения теломер различно для разных типов клеток и организмов. Предел Хейфлика для большинства клеток человеческого организма составляет 52 деления. Увеличить это значение в процессе экспериментов стало возможным путем активации такого особого фермента, воздействующего на ДНК, как теломераза.

В 2009 году ученые из Стэнфордского университета были удостоены Нобелевской премии за разработку метода стимуляции теломер. Эта методика основана на применении особой молекулы РНК, несущей в себе ген TERT (обратной теломеразной транскриптазы). Она является матрицей для удлинения теломер и распадается после выполнения своей функции. Полученные клетки «омолаживаются» и начинают делиться более интенсивно, чем ранее. При этом их малигнизация, то есть превращение в злокачественные, не наступает.

Благодаря этому открытию стало возможным удлинять концы хромосом более чем на 1000 нуклеотидов (структурных единиц ДНК). Если пересчитать этот показатель на годы жизни человека, то он составит несколько лет. Такой процесс воздействия на теломеры абсолютно безопасен и не вызывает мутаций, приводящих к бесконтрольному делению и малигнизации клеток. Это объясняется тем фактом, что после введения особая молекула РНК быстро распадается и иммунитет не успевает реагировать на нее.

Ученые сделали выводы о том, что теломераза:

• защищает клетки от старения;
• продлевает жизнь клетки;
• предупреждает уменьшение длины теломер;
• создает матрицу для «достраивания» теломер;
• омолаживает клетки, возвращая их к молодому фенотипу.

Пока научные эксперименты, проводящиеся на основе теории ученых из Стэнфордского университета, выполнялись только на лабораторных мышах. В их итоге специалисты смогли затормозить старение кожи животных.

За это открытие работающая в США австралийка Элизабет Блекберн, американка Кэрол Грейдер и ее соотечественник Джек Шостак были удостоены Нобелевской премии. Ученые из Стэнфорда надеются, что созданная ими методика даст возможность в будущем лечить тяжелые заболевания (в том числе и нейродегенеративные), которые провоцируются укорочением теломер.

Питер Лэндсдорп, научный директор Европейского института биологии возраста рассказывает о роли теломер в процессах старения и образования опухолей:

Кандидат химических наук Мария Зверева, кандидат химических наук Мария Рубцова (МГУ им. М. В. Ломоносова, химический факультет).

В октябре 2009 года в Стокгольме объявлены имена лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине. Это американские учёные Элизабет Блэкбёрн (Elizabeth H. Blackburn), Кэрол Грейдер (Carol W. Greider) и Джек Шостак (Jack W. Szostak), удостоившиеся самой престижной научной награды дословно «за открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы». Попробуем разобраться, что такое теломеры и теломераза, почему и каким образом они защищают хромосомы?

Элизабет Блэкбёрн.

Кэрол Грейдер.

Джек Шостак.

Теломераза активна не во всех клеточных популяциях. Максимальная активность наблюдается в «вечно молодых» эмбриональных клетках. В стволовых клетках теломераза работает не в полную силу.

Теломеры: фунции и синтез.

ХРОМОСОМЫ НУЖДАЮТСЯ В ЗАЩИТЕ

Генетическая информация хранится в ядрах клеток в виде дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая плотно упакована в линейные хромосомы. В середине 1970-х годов Джек Шостак в своей лаборатории в Медицинской школе Гарварда провёл эксперимент. Он добавил в дрожжевые клетки фрагменты чужеродных молекул ДНК и обнаружил, что они не могут долго оставаться в клетке в исходном виде и встраиваются в хромосомы. Так выяснилось, что обломки хромосом нестабильны: они постоянно обмениваются участками с другими хромосомами, перестраиваются, в их нуклеотидных цепочках образуются разрывы, в то время как сами хромосомы остаются в неизменном виде. К счастью, клетки обладают функцией репарации - в них имеется система молекулярной «починки» случайных разрывов в хромосомных цепочках.

Всё же оставалось неясным, почему ДНК в составе хромосом стабильна, а обломки без концевых последовательностей подвержены перестройкам. Исследования Пауля Германа Мюллера (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1946 года) и Барбары Мак-Клинток (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1983 года) в начале 1940-х годов показали, что концевые участки защищают хромосомы от перестроек и разрывов. Мюллер назвал эти особые участки теломерами - от двух греческих слов: telos - конец и meros - участок. Но что представляют собой эти участки и какую функцию они выполняют в клетке, учёные тогда ещё не знали.

ТЕЛОМЕРЫ СТАБИЛИЗИРУЮТ ХРОМОСОМЫ

В 1975 году Элизабет Блэкбёрн в лаборатории Джозефа Гала в Йельском университете, изучая внехромосомные молекулы ДНК инфузории, обнаружила, что концевые участки этих молекул содержат тандемные повторяющиеся последовательности, состоящие из шести нуклеотидов: на каждом конце таких повторов было от 20 до 70.

В дальнейших экспериментах Блэкбёрн и Шостак добавили в дрожжи молекулы ДНК с присоединёнными к ним повторами из инфузории и обнаружили, что молекулы ДНК стали стабильнее. В 1982 году в совместной публикации они предположили, что эти повторяющиеся последовательности нуклеотидов и есть теломеры.

Их догадка подтвердилась. Теперь уже точно известно, что теломеры состоят из повторяющихся нуклеотидных участков и набора специальных белков, особым образом организующих эти участки в пространстве. Теломерные повторы - весьма консервативные последовательности, например, повторы всех позвоночных состоят из шести нуклеотидов - TTAGGG, повторы всех насекомых из пяти - TTAGG, повторы большинства растений из семи - TTTAGGG. Благодаря наличию в теломерах устойчивых повторов клеточная система репарации не путает теломерный участок со случайным разрывом. Таким путём обеспечивается стабильность хромосом: конец одной хромосомы не может соединиться с разрывом другой.

ТЕЛОМЕРЫ ПОСТОЯННО УКОРАЧИВАЮТСЯ

Теломерные повторы не просто стабилизируют хромосомы, они выполняют ещё одну важную функцию. Как известно, воспроизведение генетического материала от поколения к поколению происходит за счёт удвоения молекул ДНК с помощью специального фермента (ДНК-полимеразы). Этот процесс называется репликацией. Проблему «концевой репликации» ещё в 1970-х годах независимо сформулировали Алексей Матвеевич Оловников и нобелевский лауреат Джеймс Уотсон. Она заключается в том, что ДНК-полимераза неспособна полностью скопировать концевые участки линейных молекул ДНК, она лишь наращивает уже имеющуюся полинуклеотидную нить.

Откуда же берётся начальный участок? Специальный фермент синтезирует небольшую РНК-«затравку». Её размер (<20 нуклеотидов) невелик по сравнению с размером всей цепи ДНК. Впоследствии РНК-«затравка» удаляется специальным ферментом, а образовавшаяся при этом брешь заделывается ДНК-полимеразой. Удаление крайних РНК-«затравок» приводит к тому, что «дочерние» молекулы ДНК оказываются короче «материнских». То есть теоретически при каждом цикле деления клеток должна происходить потеря генетической информации. Но так происходит далеко не во всех клеточных популяциях. Почему?

ТЕЛОМЕРАЗА НЕ ДАЁТ ТЕЛОМЕРАМ УКОРАЧИВАТЬСЯ

Чтобы клетки не растеряли при делении часть генетического материала, теломерные повторы обладают способностью восстанавливать свою длину. В этом и заключается суть процесса «концевой репликации». Но учёные не сразу поняли, каким образом наращиваются концевые последовательности. Было предложено несколько различных моделей. Российский учёный А. М. Оловников предположил существование специального фермента (теломеразы), наращивающего теломерные повторы и тем самым поддерживающего длину теломер постоянной.

В середине 1980-х годов в лабораторию Блэкбёрн пришла работать Кэрол Грейдер, и именно она обнаружила, что в клеточных экстрактах инфузории происходит присоединение теломерных повторов к синтетической теломероподобной «затравке». Очевидно, в экстракте содержался какой-то белок, способствовавший наращиванию теломер. Так блестяще подтвердилась догадка Оловникова и был открыт фермент теломераза. Кроме того, Грейдер и Блэкбёрн определили, что в состав теломеразы входят белковая молекула, которая, собственно, осуществляет синтез теломер, и молекула РНК, служащая матрицей для их синтеза.

БЕЗ ТЕЛОМЕРАЗЫ КЛЕТКА СТАРЕЕТ, А С ТЕЛОМЕРАЗОЙ - ПЕРЕРОЖДАЕТСЯ

Позднее в лаборатории Шостака обнаружили, что определённые мутации в некоторых генах дрожжей приводят к быстрому укорочению теломер после каждого цикла деления клеток, в результате чего хромосомы становятся нестабильными, а клетки переходят в состояние старения (сенессенса). Теперь мы знаем, что эти гены кодируют теломеразу. Полученные данные подтвердили ещё одну гипотезу А. М. Оловникова о том, что потеря длины теломерных повторов в каждом раунде репликации хромосом зависит от числа делений клетки.

Итак, теломераза решает проблему «концевой репликации»: синтезирует повторы и поддерживает длину теломер. В отсутствие теломеразы с каждым клеточным делением теломеры становятся короче и короче, и в какой-то момент теломерный комплекс разрушается, что служит сигналом к программируемой гибели клетки. То есть длина теломер определяет, какое количество делений клетка может совершить до своей естественной гибели.

На самом деле у разных клеток могут быть разные сроки жизни. В эмбриональных стволовых клеточных линиях теломераза очень активна, поэтому длина теломер поддерживается на постоянном уровне. Вот почему эмбриональные клетки - «вечно молодые» и способны к неограниченному размножению. В обычных стволовых клетках активность теломеразы ниже, поэтому укорачивание теломер скомпенсировано лишь отчасти. В соматических клетках теломераза вовсе не работает, поэтому теломеры укорачиваются с каждым клеточным циклом. Укорочение теломер приводит к достижению предела Хайфлика - к переходу клеток в состояние сенессенса. После этого наступает массовая клеточная смерть. Уцелевшие клетки перерождаются в раковые (как правило, в этом процессе задействована теломераза). Раковые клетки способны к неограниченному делению и поддержанию длины теломер.

Наличие теломеразной активности в тех соматических клетках, где она обычно не проявляется, может быть маркёром злокачественной опухоли и индикатором неблагоприятного прогноза. Так, если активность теломеразы появляется в самом начале лимфогранулематоза, то можно говорить об онкологии. При раке шейки матки теломераза активна уже на первой стадии.

Мутации в генах, кодирующих компоненты теломеразы или других белков, участвующих в поддержании длины теломер, являются причиной наследственной гипопластической анемии (нарушения кроветворения, связанные с истощением костного мозга) и врождённого Х-сцеплённого дискератоза (тяжёлое наследственное заболевание, сопровождающееся умственной отсталостью, глухотой, неправильным развитием слёзных каналов, дистрофией ногтей, различными дефектами кожи, развитием опухолей, нарушениями иммунитета и др.).

ЗАЧЕМ ИЗУЧАТЬ ТЕЛОМЕРЫ И ТЕЛОМЕРАЗУ

Сейчас многие учёные заняты поиском взаимосвязи между активностью теломеразы и старением. Тут необходимо осознать, что длина теломер может контролировать продолжительность жизни клеток, но не всего организма. Старение как биологическое явление - более сложный многофакторный процесс. Гораздо более важна взаимосвязь между активностью теломеразы и риском развития раковых заболеваний. Учёные ищут вещества, влияющие на активность теломеразы и на структуру теломер, с целью создания новых противоопухолевых лекарственных препаратов.

Вот мы и пришли к заключению, что «открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы» - это, безусловно, великое достижение современной науки, позволяющее понять, как генетическая информация передаётся от материнской клетки к дочерней без потерь, чем определяется продолжительность жизни клеток, а также некоторые особенности их злокачественного перерождения. Обретённые знания помогут в будущем создать лекарственные препараты, избавляющие людей от неизлечимых болезней. Это действительно выдающееся научное открытие. Но не стоит забывать о выдающихся гипотезах русского учёного А. М. Оловникова, которые подтвердились в работах нынешних нобелевских лауреатов.

Елена Фокина

Старость – самое неожиданное, что поджидает нас в жизни.

Лев Троцкий

Одна из распространенных причин обращения к косметологу связана с желанием оттянуть старение, предотвратить увядание кожи и образование морщин. В распоряжении косметологов – богатый арсенал методов и средств воздействия для доставки в клетки недостающих питательных веществ, активизации их функции, и все же речь может идти лишь о замедлении возрастных изменений. А можно ли остановить старение раз и навсегда? Еще недавно этот вопрос показался бы по меньшей мере наивным, ведь всем известно, что этот процесс генетически запрограммирован. Но открытие теломераз позволило взглянуть на него по-другому.

Не так давно на рынке стали появляться косметические средства и пищевые добавки, содержащие активаторы теломеразы; производители заявляют, что они способны продлить способность клеток к размножению. А на какое количество размножений запрограммированы клетки?

Предел Хейфлика

Известно, что некоторые клетки могут размножаться почти до бесконечности – половые, стволовые, опухолевые, но подавляющее большинство клеток со временем утрачивают способность к делению. В 1960-е годы Леонард Хейфлик с группой ученых представил данные о том, что даже в идеальных условиях выращивания фибробласты, полученные от эмбриона человека, делятся ограниченное число раз (около 50 делений). Даже при самом тщательном соблюдении всех мер предосторожности при пересевах in vitro клетки проходят ряд морфологически различимых стадий, после чего способность фибробластов к пролиферации утрачивается, и в таком состоянии они могут находиться длительное время. Хейфлик пробовал заморозить фибробласты после 20 делений, а потом через год разморозить. Фибробласты делились в среднем еще 30 раз, то есть до своего предела.
Эти наблюдения были неоднократно подтверждены другими исследователями, а сам феномен получил название по имени автора – «предел Хейфлика».
Помимо этого оказалось, что с увеличением возраста донора число возможных делений для клеток организма существенно уменьшалось, из чего был сделан вывод о существовании некоего счетчика, ограничивающего общее число делений.
Но как объяснить наличие этого предела у одних клеток и его отсутствие у других?

Теломеры
Слово «теломер» происходит от двух греческих слов: τέλος – «конец», μέρος – «часть», и означает концевой участок хромосом.
Как известно, за хранение и передачу наследственной информации отвечают хромосомы. Полимерная молекула ДНК в составе хромосом сохраняет свою стабильность именно за счет теломеров. Теломеры – концевые фрагменты хромосом – были идентифицированы американцем Германом Мёллером в 1930-е гг., во время работы учёного в Советском Союзе. Исследования, проведенные в начале 1940-х годов, показали, что концевые участки защищают хромосомы от перестроек и разрывов.
Сегодня известно, что теломеры состоят из повторяющихся нуклеотидных участков и специальных белков, ориентирующих эти участки в пространстве определенным образом. Состав нуклеотидов в теломерах устойчив, так у всех позвоночных в них повторяется набор из шести нуклеотидов – TTAGGG (буквы обозначают нуклеиновые основания). Благодаря наличию этих устойчивых повторов в теломерах клеточная система восстановления повреждений не путает теломерный участок со случайным разрывом, благодаря чему конец одной хромосомы не может соединиться с разрывом другой. В отличие от других участков ДНК теломеры не кодируют белковые молекулы, т. е. не содержат ценной генетической информации.
В 1971 году российский ученый А. М. Оловников впервые выдвинул гипотезу, что при каждом делении клеток эти концевые участки хромосом укорачиваются. Деление клетки начинается с удвоения ее хромосом, содержащих генетический материал. Удвоение обеспечивает особый фермент – ДНК-полимераза. Это белок, функция которого состоит в том, чтобы, двигаясь вдоль цепочки ДНК, синтезировать другую такую же цепочку. ДНК-полимераза начинает свое движение не с самого кончика хромосомы, а чуть отступив от его начала. Вследствие неспособности ДНК-полимеразы к репликации конца ДНК-цепи, при каждом делении длина теломер сокращается на 50–200 пар оснований. Т.е. при каждом удвоении часть ДНК теряется, не попав под действие ДНК-полимеразы. Если бы потерянный участок содержал важную генетическую информацию, то могли бы быть утеряны гены, необходимые для синтеза необходимых для клетки белков.
Таким образом, длина теломерных участков определяет возраст клетки – чем они короче, тем клетка старше и большее число делений прошло с момента рождения клетки-предшественницы. Заметим, что это правило распространяется не на все клетки – нервные и мышечные клетки взрослого организма не делятся, теломерные участки в них не укорачиваются, а между тем они «стареют» и умирают. Поэтому вопрос о связи старения с длиной теломер остается и по сей день не до конца выясненным.
Итак, после новых и новых циклов деления теломеры будут сокращаться всё больше. Но если концы хромосом лишатся теломеров, то белок, который может чинить разорвавшиеся хромосомы, «принимает» их за разорванные части и может соединить между собой разные хромосомы. Укорачивание теломеров действует сродни митотическим часам (от слова «митоз» – процесса деления одной клетки на две), регулирующим пролиферативный потенциал клеток, и, по достижении критического уровня длины, предрасполагает к ассоциации теломер (ТАs) и хромосомной нестабильности, которые могут привести к изменениям в структуре клеток и генетическим расстройствам. Когда подобных повреждений в геноме накапливается определенное количество, в клетке запускается программа апоптоза – механизма клеточной смерти.
Существуют несколько исследований in vitro, указывающих на то, что укорачивание теломеров в ходе старения соматически нормальных клеток может являться причиной сенесценции (блокирования способности клеток к репликации, англ. senescence). Другими словами, критическая длина теломер останавливает процесс деления клеток.
По мере укорочения теломер клетки «стареют», хуже функционируют и реже делятся, а стволовые клетки реже производят новые копии, а к какому-то моменту перестают их производить совсем.
Было выяснено, что при уменьшении длины теломер до критического уровня (приблизительно 2,5 Kb) клетки и достигают предела Хейфлика.
Существует ли какой-нибудь природный механизм, позволяющий повлиять на укорочение теломеров?

Теломеразы

В октябре 2009 года лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине стали американские учёные Элизабет Блэкбёрн (Elizabeth H. Blackburn), Кэрол Грейдер (Carol W. Greider) и Джек Шостак (Jack W. Szostak). Они удостоились этой престижной научной награды за открытие защитных механизмов хромосом, связанных с действием теломераз. Было установлено, что специальный фермент – теломераза – при помощи собственной РНК-матрицы достраивает теломерные повторы, присоединяя к ним нуклеотидные последовательности и удлиняя теломеры. Таким образом, было показано, что теломерные повторы могут быть восстановлены, а теломераза способна поддерживать длину теломеров постоянной.
Исследование началось в середине 1980-х годов, когда Кэрол Грейдер поступила на работу в лабораторию Э. Блэкбёрн, именно она обнаружила, что в клеточных экстрактах инфузории происходит присоединение теломерных повторов к синтетической теломероподобной «затравке». Очевидно, в экстракте содержался какой-то белок, способствовавший наращиванию теломеров. Грейдер и Блэкбёрн определили, что в состав теломеразы входят белковая молекула, которая, собственно, осуществляет синтез теломеров, и молекула РНК, служащая матрицей для их синтеза. Теломеразная РНК окружена белком и служит шаблоном, по которому белок пристраивает к теломерам хромосомы новые участки, те самые последовательности TTAGGG. В результате теломеры вновь удлиняются, и клеточное старение останавливается.
После обнаружения теломеразы у инфузорий затем ее выявили в дрожжах, растениях и у животных, в том числе в яичниках и раковых клетках человека. В большинстве дифференцированных клеток теломераза заблокирована, однако в стволовых и половых клетках она активна. Клетки, в которых функционирует теломераза (половые, раковые), бессмертны. В обычных (соматических) клетках, из которых в основном и состоит организм, теломераза не активна, поэтому теломеры при каждом делении клетки укорачиваются, что в конечном итоге приводит к их гибели.
В организме человека есть одна группа клеток, которая фактически бессмертна, – это клетки половой линии. В теле человека созревают половые клетки, одна из них участвует в оплодотворении, делится, из нее получается новый организм, у которого созревают свои половые клетки и так далее. В таких клетках фермент теломераза активен. Теломераза часто бывает активна и в клетках опухолей, а ученые добавляют ее в клетки, из которых хотят получить вечно живущую лабораторную культуру.
Какие задачи поставило перед учеными открытие теломеразы?

Направления научных исследований
В последние годы теломераза постоянно находится в фокусе внимания исследователей всего мира. В ферменте теломеразе исследователи видят и ключ к механизмам старения, и причину неудержимого размножения опухолевых клеток.
Известно, что теломераза, подавленная в соматических клетках (за исключением половых и стволовых клеток), активизируется в раковых клетках, поддерживая пролиферацию и развитие опухолей. Высокая активность теломеразы зафиксирована в большей части раковых опухолей.
Кроме того, было обнаружено, что некоторые злокачественные опухоли поддерживают длину своих теломеров в отсутствие активности теломеразы посредством механизма, получившего название ALT («альтернативное удлинение теломер» – alternative lengthening of telomeres), который обеспечивает возможность долгосрочной пролиферации клеток.
Наличие теломеразной активности в тех соматических клетках, где она обычно не проявляется, может быть маркёром злокачественной опухоли и индикатором неблагоприятного прогноза.
Показательный пример бессмертия опухолевых клеток – клеточная линия HeLa, которая используется в онкологических исследованиях. Ее клетки были получены в 1951 году в Балтиморе у пациентки Генриетты Лакс (Henrietta Lacks, в честь нее и дано название HeLa), страдавшей раком шейки матки. Вот уже больше шестидесяти лет потомки этих клеток живут и делятся в сотнях лабораторий разных стран.
Задача ученых – «отключить» теломеразу. Тогда теломеры в раковых клетках снова будут укорачиваться, после порогового числа делений клетки станут гибнуть, и рост опухоли прекратится. Значит, нужны ингибиторы теломеразы.
Ингибирующие агенты теломеразы могут вызывать потерю теломер раковыми клетками и гибель последних до того, как нормальные клетки с более длинными теломерами подвергнутся вредному воздействию из-за потери собственных теломер. Кроме того, теломераза может быть полезна для прогнозирования клинического курса пациента с подтверждённым раковым диагнозом.
Активность теломеразы можно использовать для ранней диагностики рака путём неинвазивного тестирования, а ингибиторы этого фермента могут найти применение в качестве противоопухолевых средств с высоким уровнем селективности для трансформированных клеток. Вместе с тем теломераза не является первоисточником рака.

С другой стороны, известно, что реактивация теломеразы продлевает «репликативную» жизнь соматических клеток, т. е. увеличивает число их делений. Однако, это именно то, что происходит в опухолях и приводит их к злокачественному росту.
Одним из предлагаемых путей достижения долголетия с учетом риска онкологических заболеваний является реактивация теломеразы в пролиферирующих клетках на фоне стимулирования активности онкосупрессоров.
Введение теломеразы в клетки фибробластов человека увеличивает количество их делений примерно в 3 раза без каких-либо признаков старения и патологии. Полученные данные свидетельствуют о том, что экспрессия теломеразы в культуре клеток человека совсем не обязательно вызывает развитие рака, т. е. сама по себе теломераза лишена свойств онкогена. Основным свойством теломеразы является контроль клеточного деления, а для возникновения опухолевого роста необходимы дополнительные мутации и факторы.
Исследователи Стэнфордского университета и компании Geron провели эксперименты с «кожей», выращенной из клеток человека в лабораторных условиях. Они установили, что инфицирование клеток модифицированным ретровирусом, встраивающим в их геном ген теломеразы, обеспечивает искусственной коже восстановление эластичности, мягкости и фактуры, характерных для кожи молодого организма.
В настоящее время ученые работают над проблемой, как увеличить продолжительность жизни путем активизации теломеразы, избежав при этом риска онкологических заболеваний.
А можем ли мы уже сейчас, не дожидаясь результатов научных разработок, предпринять какие-то шаги для сохранения собственных теломеров?

Влияние образа жизни на длину теломеров
Стресс пагубно влияет не только на клетки головного мозга, но и на весь организм в целом. Под действием стресса происходит снижение защитных механизмов, в том числе и на клеточном уровне, с уменьшением предела Хейфлика и преждевременной гибелью клеток.
С другой стороны, здоровый образ жизни замедляет старение клеток на молекулярном уровне. Таковы результаты исследования, проведенного учеными из Сан-Франциско, в котором приняли участие 239 женщин.
Все участницы эксперимента не имели серьезных заболеваний, не курили и находились в возрасте после менопаузы. Здоровый образ жизни означал: сон в достаточном количестве, здоровое питание и физические нагрузки. Участницы эксперимента вели дневники, в которых описывали свой образ жизни и переживаемые стрессы.
Авторы исследования измеряли длину теломеров в клетках иммунной системы у испытуемых в начале эксперимента и спустя год. Оказалось, что сильный стресс действительно способствовал укорочению теломеров, однако у женщин, которые вели более здоровый образ жизни, укорочение в пересчете на одно стрессовое событие было достоверно меньше, чем у женщин, ведущих менее здоровый образ жизни. То есть, похоже, что здоровый образ жизни, хоть и неспособен уменьшить число стрессов, помогает переносить их легче, без особого вреда для организма.