Команда исследователей из Медицинского колледжа имени Альберта Эйнштейна, входящего в Университет Ешивы (Albert Einstein College of Medicine of Yeshiva University) в Нью-Йорке, получила убедительные доказательства того, что длина теломер связана с продолжительностью жизни.
О теломерах в последнее время говорят много, так как именно за их изучение в этом году присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине австралийке Элизабет Блекберн, американке Кэрол Грейдер и ее соотечественнику Джеку Шостак. Тем не менее у теломер хватит загадок еще для многих исследователей.
Защита с часовым механизмом
Теломеры — это участки на концах хромосом. Их ДНК состоит из серии повторяющихся фрагментов нуклеотидов (повторов), причем у всех позвоночных эти повторы имеют одно и то же строение (ТТАГГГ). Теломеры укорачиваются при каждом делении клетки и таким образом служат счетчиком числа клеточных делений. Счетчик работает потому, что фермент ДНК-полимераза, удваивающий ДНК при делении клетки, не может считывать информацию с ее конца и каждая следующая копия ДНК становится короче, чем предыдущая. После определенного числа циклов деление клетки останавливается. Начинается процесс старения.
В хромосомах теломеры выполняют защитную функцию — уберегают основную часть ДНК хромосомы от повреждения. Но есть и защита для самих теломер — это фермент теломераза. Он умеет достраивать повторы нуклеотидов на концах ДНК и тем самым восстанавливать теломеры. Теломераза состоит из двух основных частей: белковой (фермент ревертаза) и РНК, которая служит матрицей для достройки. Существование механизма, компенсирующего сокращение теломер, было теоретически предсказано в 1973 году Алексеем Оловниковым.
Теломераза активна в стволовых и половых клетках, а также в раковых. Считалось, что во взрослых дифференцированных клетках она не работает. Но в последнее время выяснилось, что теломераза включается и в них, но лишь при определенных условиях. Например, при воздействии оксидативного стресса, который сильно поражает теломеры. В этом случае теломераза восстанавливает теломеры до нормальной длины.
Неудивительно, что, по представлению многих ученых, теломеры и теломераза тесно связаны с процессом старения и с продолжительностью жизни. Но механизмы этой связи еще не изучены.
Долгожители должны быть устроены по-другому
Команда биологов под руководством доктора Джил Атцмон решила исследовать теломеры долгожителей, чтобы понять, являются ли они более длинными, а также каковы генетические предпосылки к этому. К тому же ученые хотели понять, не наследуется ли данный признак.
Они исследовали популяцию евреев ашкенази — это удобный объект для исследования, поскольку популяция генетически однородна и хорошо изучена. Взяли группу из 86 человек преклонного возраста (средний возраст 97 лет), при этом они были в основном здоровы. Вторую группу (175 человек, средний возраст 70 лет) составили потомки долгожителей. В контрольную группу вошли 93 человека, также в среднем семидесяти лет, у которых в семьях не встречалось долгожителей.
Изучали же исследователи два гена, связанных с активностью теломеразы: hTERT — ген белковой части, и hTERC — ген РНК-компонента.
Счастливые обладатели длинных теломер
Оказалось, что долгожители, а также их потомки имели в среднем более длинные теломеры, чем контрольная группа. В контрольной группе с возрастом длина теломер сокращалась, а в группе долгожителей и их потомков такой тенденции не оказалось. При этом интересно, что в контрольной группе теломеры укорачивались с возрастом до 85 лет, а у более старших неожиданно оказались длиннее. Ученые объясняют это тем, что до 86 лет доживают не все, а именно обладатели более длинных теломер.
Так как более длинными теломерами обладали не только долгожители, но и их потомки, ученые сделали вывод, что этот признак в большой степени передается по наследству. Вероятно, потомки долгожителей так же, как и они сами, могут более эффективно надстраивать свои теломеры.
Обнаружилась связь между длиной теломер и разными болезнями. У тех, кто страдал повышенным давлением, диабетом и другими болезнями обмена, а также у тех, у кого хуже работал мозг, средняя длина теломер меньше, чем у их здоровых ровесников. Она оказалась также связана с липидным обменом.
Спасибо удачной мутации
Долгожительство встречается нечасто, до 100 лет доживает один из 10 тысяч. Ученые предположили, что долгожители могут быть носителями каких-то редких мутаций. Авторы работы изучили все генетические вариации у трех групп испытуемых по двум генам теломеразы. Редкий вариант гена hTERT встретился у 19 долгожителей и только у трех из контрольной группы. Этот редкий вариант усиливал работу гена hTERT, а это важнейший показатель активности теломеразы. Также у долгожителей нашлись два редких варианта гена hTERC.
Более того, ученые показали, что у носителей редких вариантов гена длина теломер оказалась большей, чем у других членов той же группы. Значит, говорят они, у них эффективнее работал механизм надстраивания теломер в ответ на повреждающие факторы окружающей среды.
Так что, полагают авторы статьи в PNAS, гены теломеразы могут служить показателем как длины теломер, так и долгожительства. А также влияют на подверженность многим болезням.