Теломеры представляют собой повторяющуюся последовательность ДНК на концах хромосом. Всякий раз, когда клетка воспроизводится, теломеры становятся короче. В конечном счёте, теломеры изнашиваются, и клетка более не способна делиться и омолаживаться, в результате чего здоровье клетки ухудшается, что увеличивает риск болезни. В итоге клетка погибает.
В 1962 американский учёный Л. Хейфлик произвёл переворот в области биологии клетки, создав концепцию теломер, известную как лимит Хейфлика. По мнению Хейфлика, максимальная (потенциально) продолжительность человеческой жизни составляет сто двадцать лет – это возраст, когда слишком большое количество клеток уже не способно к делению, и организм умирает.
Механизм, посредством которого питательные вещества влияют на длину теломер, заключается в том, что еда оказывает воздействие на теломеразу, энзим, добавляющий теломерные повторы к концам ДНК.
Теломеразе посвящены тысячи исследований. Они известны тем, что поддерживают геномную стабильность, предотвращают нежелательную активацию путей повреждения ДНК и регулируют старение клеток.
В 1984 Элизабет Блэкбёрн, профессор биохимии и биофизики в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, обнаружила, что энзим теломераза способен удлинять теломеры, синтезируя ДНК из РНК-праймера. В 2009 Блэкбёрн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины за открытие того, как теломеры и энзим теломераза защищают хромосомы.
Вполне возможно, что знание о теломерах даст нам возможность значительно увеличить продолжительности жизни. Естественно, исследователи занимаются разработкой фармацевтических средств такого рода, но существуют достаточные свидетельства того, что простой образ жизни и правильное питание тоже эффективны.
Это радует, поскольку короткие теломеры суть фактор риска – они приводят не только к смерти, но и к многочисленным заболеваниям.
Так, укорачивание теломер связывают с заболеваниями, список которых приведён ниже. Исследования на животных показали, что многие заболевания могут быть устранены благодаря восстановлению функции теломеразы. Это и пониженная сопротивляемость иммунной системы инфекциям, и диабет второго типа, и атеросклеротическое повреждение, а также нейродегенеративные болезни, тестикулярная, селезёночная, кишечная атрофия.
Результаты всё большего числа исследований показывают, что определённые нутриенты играют значительную роль в деле защиты длины теломер и оказывают значительное влияние на продолжительность жизни, в их числе – железо, жиры омега-3, а также витамины E и C, витамин D3, цинк, витамин B12.
Ниже приведено описание некоторых питательных веществ такого рода.
Астаксантин
Астаксантин обладает прекрасным противовоспалительным действием и эффективно защищает ДНК. Исследования показали, что он способен защищать ДНК от повреждения, вызванного гамма радиацией. Астаксантин обладает множеством уникальных черт, которые делают его выдающимся соединением.
Например, это самый мощный окислитель-каротиноид, способный «вымывать» свободные радикалы: астаксантин в 65 раз эффективнее витамина C, в 54 раза – бета-каротина и в 14 раз – витамина E. Он в 550 раз более эффективен, нежели витамин E, и в 11 раз более эффективен, нежели бета-каротин, в деле нейтрализации синглетного кислорода.
Астаксантин преодолевает и гемоэнцефалический, и гематоретинальный барьер (бета-каротин и каротиноид ликопин на это не способны), благодаря чему мозг, глаза и центральная нервная система получают антиокислительную и антивоспалительную защиту.
Другое свойство, отличающее астаксантин от иных каротиноидов, выражается в том, что он не может действовать как проокислитель. Многие антиоксиданты действуют как прооксиданты (т. е., они начинают окислять, вместо того, чтобы противодействовать окислению). Однако астаксантин, даже в больших количествах, не действует как окислитель.
Наконец, одно из самых важных свойств астаксантина – его уникальная способность защищать всю клетку от разрушения: как водорастворимую, так и жирорастворимую её части. Другие антиоксиданты влияют лишь либо на одну, либо на другую часть. Уникальные физические характеристики астаксантина позволяют ему находиться в клеточной мембране, защищая также внутреннюю область клетки.
Прекрасным источником астаксантина является микроскопическая водоросль Haematococcus pluvialis, растущая на Шведском архипелаге. Кроме того, астаксантин содержит старая добрая черника.
Убихинол
Убихинол - восстановленная форма убихинона. По сути, убихинол – это убихинон, присоединивший к себе молекулу водорода. Содержится в брокколи, петрушке и апельсинах.
Ферментированные продукты/пробиотики
Совершенно очевидно, что диета, состоящая, преимущественно, из переработанных продуктов, сокращает продолжительность жизни. Исследователи считают, что в будущих поколениях возможны множественные генетические мутации и функциональные расстройства, приводящие к болезням – по той причине, что нынешнее поколение активно потребляет искусственные и переработанные продукты.
Отчасти, проблема заключается в том, что переработанные продукты, изобилующие сахаром и химическими веществами, эффективно уничтожают кишечную микрофлору. Микрофлора влияет на иммунную систему, которая, является естественной защитной системой тела. Антибиотики, стресс, искусственные подсластители, хлорированная вода и многие другие явления также уменьшают объём пробиотиков в кишечнике, что предрасполагает организм к болезням и преждевременной старости. В идеале, рацион должен включать традиционно культивируемые и ферментированные продукты.
Витамин K2
Этот витамин вполне может быть «ещё одним витамином D», поскольку исследования показывают многочисленные блага этого витамина для здоровья. Большинство людей получает адекватное количество витамина K2 (поскольку он синтезируется самим организмом в тонком кишечнике), которое позволяет поддерживать коагуляцию крови на адекватном уровне, но этого количества не достаточно, чтобы защитить организм от серьёзных проблем со здоровьем. Например, проведённые в последние годы исследования показывают, что витамин K2 может защищать организм от рака предстательной железы. Витамин K2 также благотворен для здоровья сердца. Содержится в молоке, сое (в больших количествах – в натто).
Магний
Магний играет важную роль в деле воспроизводства ДНК, его восстановлении и синтезе рибонуклеиновой кислоты. Долгосрочный дефицит магния приводит к сокращению теломер в телах крыс и клеточной культуре. Недостаток ионов магния негативно влияет на здоровье генов. Нехватка магния понижает способность тела восстанавливать повреждённую ДНК и вызывает в хромосомах аномалии. В целом, магний влияет на длину теломер, поскольку связан со здоровьем ДНК и её способностью восстанавливаться, а также повышает сопротивляемость организма окислительному стрессу и воспалению. Содержится в шпинате, спарже, пшеничных отрубях, орехах и семечках, фасоли, зелёных яблоках и салате, в сладком перце.
Полифенолы
Полифенолы – мощные антиокислители, способные замедлять процесс.
Получить доступ к кодам «молодости»? Не проблема! Если только мы готовы к «странностям», парадоксальностям и (о, ужас!) - к неадекватностям нашего супер тела.
Странность начинается, когда мы узнаем, что вообще-то поиску и осознанию кодов «молодости» мешают наши когнитивные поломки.
Нейробиологи успокаивают: «С этой странностью можно справиться, если относиться к себе с самоиронией. Наше супер тело на уровне мозга частенько ведет себя «не супер». Мозг бунтует против объективной реальности и новизны. Но с этим можно работать!».
Не так давно в англоязычном сегменте интернета появилась «бомба». Ученые представили огромный список наших когнитивных искажений, или, проще, - поломок.
Как принять такое откровение: нас часто посещает иллюзия, что какие-то вещи мы делаем очень правильно и логически, а на самом деле - все наоборот? А ведь подобное восприятие проявляется во всех сферах жизни. Собственно, оно сильно усложняет нам доступ к кодам «молодости». Ученые представляют доказанные факты, а мы - не воспринимаем. Но вот, наконец, восприняли: «Ура! Оказывается, омоложение на клеточном уровне - в наших руках!». И через пять минут - забыли. Новое знание рассеялось - его «проглотила» когнитивная поломка!
«Расстраиваться не стоит, это - поправимо! Во-первых, надо принять тот факт, что мозг иногда искажает объективную реальность, а во-вторых, - не бояться знакомиться с этими искажениями. Чем больше мы о них знаем, тем больше они теряют свою силу», - успокаивают нас нейробиологи.
О главных кодах «молодости» необходимо говорить по-разному, и почаще. Это не совсем простая информация. А любую сложность мозг «не любит», потому что на ее освоение и запоминание он вынужден тратить энергию. Поэтому он всячески увиливает от этого, вытесняя из памяти то, что мы хотим себе вложить.
Один из главных кодов «молодости» - теломеры . Что такое теломеры ? Нет, это не что-то, меряющее тело! Это - концевой участок ДНК, или, другими словами, - концевые участки хромосом. Наш организм состоит из клеток, которые способны делиться, создавая свои собственные копии. На первый взгляд, кажется, что если клетки постоянно обновляются, то организм может жить вечно. Но это невозможно. Самая важная часть клетки - это хромосомы, в них хранится информация о клетке. При делении клетки, хромосомы тоже делятся, создавая копию всей необходимой информации. На кончиках хромосом и находятся теломеры.
Теломеры под микроскопом - подсвеченные участки
Наше старение начинается тогда, когда теломеры начинают укорачиваться. Затормозить старение означает - не дать им укорачиваться в «естественном» ритме. Остановить полностью процесс укорачивания теломер - невозможно, а приостановить - вполне! И это уже очень великое достижение в нашей наладке «вечной молодости».
Почему нельзя полностью прекратить уменьшение теломер? Потому что этот процесс заложен самой программой жизни. Чтобы наша жизнь продолжалась, клетки должны делиться. За всю нашу жизнь каждая клетка делится около 50 раз. Это граница жизни! С каждым делением клетки теломеры укорачиваются. Укорачивание теломер - и есть самый точный маркер старения. Если врач, не знающий нашего возраста и внешности, посмотрит в лаборатории наши теломеры , он точно определит наш возраст. Значит:
- Первая (неустранимая) причина укорачивания теломер - само время нашего пребывания на земле.
- Вторая (устранимая) причина укорачивания теломер - стресс.
- Третья (устранимая) причина укорачивания теломер - нездоровая еда.
Две причины укорачивания теломер , которые мы можем контролировать - это уже очень много для достижения феерических результатов. Вот они - те самые 20-25 лишних лет взрослой свежести, которые мы можем вполне себе позволить.
Еще недавно ученые считалось, что теломеры укорачиваются необратимо - и их ничем не нарастить. А большинство из нас вообще ничего не знали о теломерах - «стрессовали», ели «старящую» еду, и, как итог, безнадежно «сжигали» свои теломеры.
Сейчас это уже не так. Оказывается, размер теломеров можно отчасти нарастить обратно. За доказательство этого «таинственного» свойства теломеров в 2009 году была вручена Нобелевская премия американским ученым Элизабет Блекберн, Кэрол Грейдер и Джеку Шостаку . В нашем супертеле есть фермент - теломераза, который, собственно, и удлиняет наши теломеры. Теперь теломеразу можно воспринимать как омолаживающий «крем», производимый нашим супертелом. Именно он обеспечивает «сверхдорогой» эффект «молодость изнутри». Работа этого «крема» усиливается в разы, если мы умеем управлять стрессом и переходим на омолаживающую еду.
Как Лиз Джонс нарастила свои теломеры
Известная журналистка Лиз Джонс поделилась своей историей, как за каких-то пару лет постарела на целое десятилетие. «Никогда, никогда, никогда не повторяйте мою ошибку!», - обращается к нам Лиз. Лиз (полное имя - Элизабет Энн Джонс) -британская журналистка, русская версия Ксюши Собчак в «разбавленном виде».
Она работала в «The Sunday Times» и «Evening Standard», была редактором «Marie Claire». Сейчас ведет колонки в «Daily Mail» и «The Mail on Sunday», пишет для «High Life Magazine». Несколько лет назад Лиз была отмечена призом «Обозреватель года».
Лиз увлеченно читают, следят за ее жизнью, любят и ненавидят, считают талантливым журналистом, но сложным человеком. Она пишет о несправедливостях мира, о модной индустрии, о бедных животных, о разноплановых социальных проблемах, со знанием дела выводила на «чистую воду» Ким Кардашьян и Викторию Бекхэм .
О том, что Лиз заботят вопросы «вечной молодости», никто и подумать не мог! Итак, Джонс заговорила о старении, о том, как она в одночасье была накрыта «волной старения», и как она эту волну «отразила». На то время Лиз исполнилось 57-лет. Она вела яркий образ жизни: востребованность на всех фронтах, масса читателей, награды, «планов громадье». При таком раскладе старение казалось чистой абстракцией. Ее все устраивало, и даже не портящаяся внешность. Декоративная косметика и детский взгляд на мир - ее главные инструменты омоложения в то время.
Но в какой-то момент все пошло не так. Лиз развелась с мужем. Ей захотелось интеллектуальной романтики - перебраться из Лондона в маленький городок и писать книги среди пасторальных холмов. Взяв крупный кредит, Лиз приобрела огромный дом с участком земли. Но вскоре дом показался слишком большим и неуютным, климат - слишком сырым и холодным, а жизнь - одинокой и ужасной. Но самой большой проблемой оказалась выплата кредита. Удаленность от родителей, друзей и коллег по работе также давала о себе знать. У нее пропал аппетит, сон, и даже способность расслабляться.
Но пик кризиса наступил, когда Лиз из-за поломки автомобиля опоздала на важную деловую встречу. И тут нервная «пружина» выстрелила! «Я почувствовала, что дошла до предела: я не могла больше так жить, не могла даже дышать - и разрыдалась! После часа ожидания помощи я случайно взглянула в зеркало заднего вида - ко мне подъезжал эвакуатор. О, нет! О, ужас! Мое сердце упало! Из зеркала на меня смотрела старая, потрепанная женщина, с обвислым, серым лицом и огромными мешками под глазами.
Мгновенно пришло осознание - мой неправильный выбор, мои когнитивные “глюки” притянули старость! За каких-то три года я так постарела!».
Слева Лиз Джонс с нормальными теломерами,справа - с укороченными
«Исправлять ситуацию!», - в таком порыве Лиз просто понеслась к писательнице Тэа Сингер, которая в тот момент как раз выпустила книгу «Сокращаем стресс - омолаживаем тело и душу». В книге рассказывалось о супер исследовании, проведенном двумя очень талантливыми женщинами - уже упомянутой Элизабет Блекберн (нобелевским лауреатом) и Элиссой Эбель (ведущим ученым-психиатром). Важность этой работы сложно переоценить. Авторы связывают наше старение со стрессом и подсказывают, как, управляя стрессом и образом жизни, можно «отремонтировать» внешность, омолодить все системы организма.
Это особенно важно для женщин, так как они в силу повышенной эмоциональности больше подвержены стрессу, чем мужчины. «Причем с неизбежным колоссальным стрессом женщины начинают сталкиваться в возрасте 40+. Организм начинает гормонально перестраивается, подросшие дети - бунтовать, пожилые родители - болеть, мужья - проходить кризис среднего возраста, а в карьерном плане усиливается возрастная конкуренция. Стресс заедается нездоровой едой, и круг замыкается.
Стресс особенно сильно ускоряет ход наших . Когда моя дочь стала подростком, наши отношения испортились. Для меня это оказалось стрессовым «цунами». Уход за больными родителями - это почти всегда ноша женщин! У женщин, ухаживающих за больными детьми или родителями, теломеры укорачиваются резко. Но они увеличиваются, как только женщины входят в полосу позитива и душевного благополучия», - рассказывает Тэа Синглер .
Тот самый «секретный» крем
«Моя мама не ходила в фитнес-центр, не делала эпиляцию, не водила машину и не знала, как подписать чек, - пока не умер папа. Она всегда выглядела подтянутой, элегантной и ухоженной, в отличие от современных не работающих домохозяек, которым почему-то постоянно не хватает времени. Поразительно, что мама содержала в блестящем состоянии свой дом, притом что почти всю работу делала вручную, а сегодняшние домохозяйки с миллионом гаджетов ничего не успевают», - острит Лиз , и продолжает, - «Мама была в равновесии! Она и ее работающие подруги ничего не знали о том уровне стресса, с которым живем сегодня мы. Они много двигались, работали в саду, ездили на велосипеде…».
Доказано, что активное движение оперативно выводит гормоны стресса из крови, а значит - не повреждается ДНК, и не укорачиваются теломеры. Именно гормоны стресса укорачивают теломеры . Вот почему так важен фитнес!
При стрессе в кровь выбрасывается гормон кортизол, который «кромсает» теломеры, а, значит, ускоряет старение. Но старит не только «плохой» стресс, изматывает и «хороший» стресс, при котором в кровь выбрасывается гормон адреналин. Волнующая встреча, долгожданное событие, свадьба, переезд на новое место … - все это вызывает будоражащие чувства и относится к хорошему стрессу. Мы получаем прилив энергии, поднимается тонус. Но если восторг нас долго не покидает, адреналин не понижается, - мы изматываемся и вянем. Необходимо остыть и прийти в равновесие.
Равновесие в паре с глубоким душевным благополучием «наращивает» теломеры, - старение тормозится. Мы снова расцветаем!
Теперь Лиз Джонс можно назвать экспертом по долгой молодости. Она уже неплохо управляет стрессом, может прочитать целую лекцию об искажениях нашего мозга. Собственно, наши когнитивные искажения в большинстве случаев и приводят к стрессам: мы совершаем ошибки. Лиз приобрела стрессоустойчивость. Попав в автомобильную пробку, она улыбается и включает музыку. Принимает хелатную форму , стимулирующую рост теломеров. Витамины хелатной формы мы получаем из еды, а не из аптечных препаратов. У подруг Лиз , которые, как и сама она, принимают Омега -3 из семян льна, - теломеры длиннее, чем у тех, кто не делает этого.
«От стрессов никуда не деться - это непременная часть нашей жизни, но реагировать на них надо по-новому. Наращивать свою стрессоустойчивость надо постоянно», - говорит Лиз , - «В какой-то момент мы начинаем совершать ужасные ошибки и загоняем себя в стрессы». Сегодня уже есть масса методик по стрессоустойчивости. А еще Лиз сочетает телефонные разговоры и сериалы с домашним фитнесом или танцами. И делает это с огромным удовольствием. «Ключевое слово здесь - с удовольствием», - уточняет она.
Обычно у женщин в тренажерном зале лицо и шея напряжены. Это говорит о том, что девушки в погоне за супертелом занимаются без удовольствия. В этом случае в кровь выбрасываются плохие гормоны стресса. Бедные наши теломеры ! А должно быть наоборот - если упражнения приносят удовольствия, тогда и гормоны в кровь будут выбрасываться позитивные.
И, конечно, сон! Как самый сильный регулятор супер тела , он со своей стороны никогда не подводит, если мы ему не противостоим.
Стоит ли пробовать новые препараты для наращивания теломер ?
Сегодня в лучших лабораториях мира ищут искусственные решения по наращиванию теломер, ведутся клинические исследования. Такие решения даже появились на рынке. Многие ученые советуют не торопиться приобретать препарат с непрогнозируемым эффектом. Дело в том, что молекулярная медицина - относительно молодое направление. Прошло еще сравнительно мало времени с тех пор, как начался поиск средств искусственного наращивания теломер . Для медицинских препаратов отводится долгое время на проверку. Еще не так много накоплено знаний о тонкостях этого процесса.
Благоразумнее опираться на проверенный, естественный путь, который мудро заложен в нашем организме от начала веков. Это нам советуют ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, которые провели исследование по естественному удлинению теломер. За пять лет у людей, которые перешли на здоровое питание, как минимум 30 минут в день гуляли на свежем воздухе, делали комплекс из легких упражнений, не стрессовали, длина теломер выросла в среднем на 10%. У тех, кто вел привычный образ жизни, теломеры сокращались.
Вывод: Не зная ничего о наших теломерах, мы наносим себе колоссальный вред - буквально «за уши» притягиваем свою старость. Чем длиннее наши теломеры, тем дольше мы остаемся молодыми и здоровыми. Теломеры сокращаются от стресса и нездоровой еды, а удлиняются вновь - от душевного благополучия, позитива и омолаживающего, здорового питания.
В нашем супер теле уже заложены суперинструменты по омоложению без рисков и денежных трат. Но обладание этими инструментами все же имеет свою цену, которая заключается, прежде всего, в перемене мышления, без которой ни стрессоустойчивости, ни здорового образа жизни нам не достичь. А как поменять мышление? Познакомимся для начала со списком наших когнитивных (мозговых) поломок, который я постараюсь в ближайшее время представить. И если мы по принципу «маленьких шагов каждый день» что-то делаем для «лучшей версии себя», - наше супер тело не подкачает.
Биологи экспериментально подтвердили способ, которым можно вернуть молодость всем тканям организма. Им удалось запустить работу фермента, который откручивает обратно часы клеточного времени и старения.
Преодолеть старение органов и тканей у мышей путем надстройки теломер в стволовых клетках удалось ученым из медицинского факультета Гарварда (Harvard Medical School, Бостон, США). Теломеры -- повторы коротких последовательностей нуклеотидов на концах хромосом -- рассматривают как маркер старения. При каждом делении клетки они укорачиваются из-за неспособности фермента ДНК-полимеразы синтезировать копию ДНК с самого конца.Остается неудвоившийся конец, который не попадает в дочернюю клетку.
теломераза Фермент, надстраивающий теломеры при делении клетки. Это обратная транскриптаза, использующая матрицу РНК для синтеза последовательности ДНК, с помощью которой удлиняется теломера.
Теломеры могут надстраиваться до прежней длины при помощи специального фермента -- теломеразы, которая работает в стволовых и половых клетках. Теломераза привлекает большое внимание специалистов, занимающихся проблемами старения. Но использовать теломеразный механизм, чтобы повернуть вспять деградацию тканей, до сих пор еще не удавалось.
Стареющие мутанты
Роналд Депиньо (Ronald A. DePinho) и его команда работали на мутантных мышах. У них теломераза не работала даже в тех клетках, в которых должна -- в стволовых и половых. Выделенные из них фибробласты могли делиться не более четырех-пяти раз, после чего деградировали. А у самих мышей во вполне молодом возрасте появлялись признаки старения: деградировали семенники, селезенка, исчезла способность к размножению. В головном мозге затормозился нейрогенез: снизилось число нейральных стволовых клеток и их превращение в нейроны и глиальные клетки – олигодендроциты. А из-за недостатка последних длинные отростки нейронов – аксоны потеряли часть своих изоляционных миелиновых оболочек. В итоге мозг мутантов стал меньше и легче по сравнению с мозгом нормальных мышей. Кроме того, у мутантов нарушилось обоняние (как обычно происходит у старых животных), так как обонятельный эпителий деградировал.
Атрофия обратима
апоптоз Запрограммированная клеточная смерть. Форма гибели клетки, при которой она уменьшается в размерах, хроматин конденсируется и фрагментируется, мембрана уплотняется, и клеточное содержимое уничтожается без выхода в окружающую среду.
миелиновая оболочка Электроизолирующая оболочка, покрывающая аксоны многих нейронов. Ее образуют глиальные клетки, в центральной нервной системе - олигодендроциты. Они накручиваются на аксон, покрывая его множественными слоями мембраны. Изоляция намного увеличивает скорость проведения нервного импульса.
Эксперимент показывает, считают авторы, что стволовые клетки взрослого организма, находящиеся в дремлющем состоянии, можно вернуть к активной жизни и размножению, если активизировать восстановление теломер. В данном эксперименте моделью послужили мутантные мыши с неработающей теломеразой, но то же самое происходит и при возрастных изменениях в организме. Работа продемонстрировала принципиальную возможность омоложения тканей путем активизации теломеразы. Хотя на этом пути надо быть очень осторожными, так как теломераза активна в раковых клетках. В данном эксперименте ученые не столкнулись с раковым перерождением тканей, однако исключить такую возможность нельзя.
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 .
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 . 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.
Вот пример «полезной» активации теломеразы. В отличие от большинства клеток, в Т-лимфоцитах здоровых людей активность теломеразы высокая, в то время как при иммунодефиците (в том числе при СПИДе) эта активность «теряется». В лимфоцитах тех редких ВИЧ-инфицированных людей, у которых болезнь не прогрессирует, активность теломеразы остаётся высокой.
Исходя из этого, учёные Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA) попробовали искусственно увеличить активность теломеразы в клетках ВИЧ-инфицированных людей с помощью вещества под названием ТАТ2 . И в самом деле, теломераза «заставила» Т-лимфоциты CD8+ бороться против вируса. Исследователи рассчитывают, что будет разработан новый терапевтический подход, который можно будет применять в дополнение к стандартным притивовирусным препаратам при лечении не только СПИДа, но и других вирусных инфекций.
Однако Американская федерация исследований старения (The American Federation for Aging Research) отмечает, что про-раковый потенциал активаторов теломеразы ставит под сомнение их использование в качестве «лекарств против старости».
Получается, что можно замедлить старение и рано умереть от рака «молоденьким», а можно состариться с «нормальной» скоростью, но прожить долгую жизнь. Как и всё в нашей жизни, эту проблему рассматривал Пушкин: ворон одну падаль клюёт, да триста лет живёт, а орёл — свежее мясо, но живёт всего тридцать лет («Капитанской дочка»).
Похоже, что в недалёком будущем у обеспеченных пациентов появится возможность «омолаживаться» активаторами теломеразы. А если это приведет к раку — не беда, можно будет лечиться ингибиторами теломеразы, разработанными той же компанией.
Новости партнёров
