Главная | Бессмертие | Бессмертие | Эликсир Жизни | Клонирование | Генетика | Человек | Крионика | Киборгизация | Нанотехнологии | 2004 |

Теломераза.

В 1971 г. А. М. Оловников из института биохимических исследований при российской Академии наук предположил, что при делении клетки, молекула ДНК не может воспроизвести абсолютную свою копию, как это необходимо.  Концы хромосом защищены своеобразными наконечниками - теломерами., которые как полагают, отвечают за правильную ориентацию хромосом при делении и заякоривание их в мембране ядра клетки.  При каждом делении кончик молекулы как бы обрывается поскольку аппарат копирования не в состоянии сделать полноразмерную копию молекулы ДНК,  теломера всё сокращается и, наконец, становится негодной для исполнения своих функций. 

Оловников тоже выдвинул гипотезу о существовании особого биологического механизма, решающего "проблему концевой репликации", предположив, что он действует в клетках организмов, размножающихся вегетативным путем, а также в половых и раковых клетках, но не работает в большинстве наших соматических клеток.  Поскольку теломерные последовательности не являются кодирующими, они выступают в роли буферной зоны как защита от "проблемы концевой репликации". Укорочение ДНК в ходе каждого раунда репликации лишь сокращает нетранскрибируемый текст теломеры, но не приводит к утрате смысловых последовательностей - генов и регуляторов их экспрессии. Спустя десятилетия его предположения блестяще подтвердились..

 Исследователи открыли, что  у детей больных прогерией, редком заболевании, когда дети буквально за несколько лет "превращаются" в стариков, длина теломера настолько мала, что его не "хватает" надолго и клетка умирает очень быстро, что и ускоряет процесс старения. В экспериментах ученые смогли изменить ход процесса старения у клеток путем введения в ДНК генов, отвечающих за образование фермента теломеразы, который играет важную роль в синтезе теломера. Изменив структуру ДНК фруктовой мухи, исследователи добились увеличения продолжительности ее жизни в два раза. 

Cущественные аргументы в пользу гипотезы о теломере как "молекулярных часах", определяющих время жизни клеток, были получены в работе (Bodnar et al., 1998). ДНК гена теломеразы человека путем трансфекции была введена в культуру соматических клеток роговицы глаза и эпителия, которые в норме могут делиться ограниченное число раз (50 генераций для клеток роговицы). Продолжительность жизни этих клеток в культуре увеличилась на 20 поколений. Именно эта работа вызвала сенсацию.

Что же представляет из себя теломераза? В 1985 г.фермент теломераза  был обнаружен Грейдером и Блэкберном у равноресничной инфузории Tetrahymena thermophila, а впоследствии - в дрожжах, растениях и животных, в том числе в яичниках человека и иммортализованных линиях раковых клеток HeLa. Это ДНК-нуклеоти-дилэкзотрансфераза или теломерная терминальная трансфераза - фермент, достраивающий концы линейных молекул ДНК хромосом короткими повторяющимися последовательностями (у позвоночных TTAGGG). Помимо белковой части, теломераза содержит РНК, выполняющую роль матрицы для наращивания ДНК повторами. Длина теломеразной РНК колеблется от 150 нуклеотидов у простейших до 1400 нуклеотидов у дрожжей. Сам факт наличия в РНК последовательности, по которой идет матричный синтез куска ДНК, позволяет отнести теломеразу к своеобразной обратной транскриптазе.

Итак теломераза есть только в сперме, яйцеклетках и у плода, взрослый же организм природа обделила этим ферментом.

В то же время существует ряд работ, данные которые противоречат утверждению о том что именно теломеры являются биологическими часами. Так, у Drosophila melanogaster (плодовая мушка) были получены особи, имеющие делеции теломерного конца третьей хромосомы. Было показано, что хромосома теряла ДНК теломеры со скоростью 50-100 нуклеотидов за поколение. При этом не наблюдалось снижения жизнеспособности особей на протяжении нескольких генераций (Levis, 1989). 

 В работе (Biasco et al., 1997) были получены мыши, половые клетки которых не содержали РНК-субъединицы теломеразы. От таких мышей было получено 6 поколений потомков, теломеры уменьшались как обычно и  отсутствие фермента никак на них не сказывалось. Тут следует учесть, что теломеры у мышей длинее чем у человека в 10 раз. Так что запас пока есть.

Итак теломераза есть только в сперме, яйцеклетках и у плода, взрослый же организм природа обделила этим ферментом.

Укорочение теломер можно рассматривать как молекулярный индикатор количества делений, но не старения клетки. Так, культуры нормальных фибробластов человека, взятых от доноров в возрасте от 0 до 93 лет, выявили корреляцию между начальной длиной теломер и пролиферативной способностью клетки во всем диапазоне возрастов. А размер теломерной ДНК сперматозоидов не укорачивался в соответствии с возрастом мужчины, что говорит об экспрессии теломеразы в линии половых клеток. Выключение гена теломеразы, происходящее в подавляющем большинстве дифференцированных соматических клеток, является, по-видимому, одним из необходимых компонентов на пути достижения биологической целесообразности.

Старение особи - это нормальная биологическая функция, способствующая прогрессивной эволюции вида, размножающегося половым путем. Давление естественного отбора ослабевает после достижения животным репродуктивного успеха, поскольку существование особи после этого имеет меньшее значение для вида. "Смерть от старости очищает популяцию от предков и дает простор потомкам - носителям новых полезных признаков" (цит. по: Скулачев В.П., Биохимия, 1997, т. 62, в. 11, с. 1394-1399). Как любая важная биологическая функция, старение обусловлено параллельным действием нескольких молекулярных механизмов. Выключение теломеразы - лишь один из них.

Hе надо забывать о том, что природа создала не только теломеры, но и другие альтернативные методы защиты наследственной информации в процессе копирования. Всем известная плодовая мушка дрозофила не имеет теломеразы, и теломеры ее хромосом укорачиваются именно так, как предсказывает теория. Однако изредка (раз в несколько поколений) они вдруг резко удлиняются. Это происходит, видимо, в результате того, что на конец хромосомы переносятся копии большого куска ДHК из внутренних областей. Стали появляться многочисленные сообщения о том, что и у человека теломеры хромосом могут удлиняться без участия теломераэы, причем очень быстро и на очень большую величину. Hеизвестный механизм, обеспечивающий такое удлинение, назвали альтернативным и обозначили "ALT". В каких случаях этот механизм начинает работать, установить пока не удалось. Hо очень может быть, что в следующих генерациях бестеломеразных мышей, когда будет полносью исчерпан запас теломер, механизм ALT активируется и сможет обеспечить защиту их генетической информации. Так что теломераза - это еще не все.

Таким образом, полученные к настоящему времени данные не позволяют однозначно судить о том, существует ли единый механизм репродуктивного старения  клеток, действующий у всех видов и во всех тканях. Скорее всего результаты работы (Bodnar et al., 1998) вскрыли лишь небольшой, но  немаловажный, фрагмент механизма клеточного старения

Казалось бы, решить проблему вечной жизни просто: надо лишь ввести в каждую клетку гены, отвечающие за синтез фермента "молодости", однако пока ученые не знают, как это осуществить. Даже если это и им и удастся, то это приведет к неконтролируемому размножению клеток, а это неизбежно станет причиной образования опухолей. 


Вот что по этому поводу говорит В.В. Фролькис академик, заведующий отделом биологии старения Института геронтологии АМН Украины: 

 Недавно группа исследователей из генотехнологической фирмы "Герон" в Калифорнии (среди них и моя дочь, Мария Фролькис) сделала решающий шаг . Используя геноинженерные методы, они ввели в клетки в культуре тканей ген фермента теломеразы. В клетках начал синтезироваться фермент, удлиняющий теломеры, и клетки приобрели способность делиться в 2 раза больше, т.е. продолжительность их жизни возрасла. Есть широко известный "лимит Хейфлика". Клетки человека обладают способностью делиться 50–59 раз. В опытах группы "Герон" после введения теломеразы клетка дает уже свыше 100 делений. Опыт продолжается. Главное сейчас установить, не происходит ли раковое перерождение клеток".

Могу уже сейчас сказать, что ракового перерождения клеток не происходит и учёные, поставившие этот эксперимент, заявили о том, что уже через десяток другой лет, на основе теломеразы может быть получено лекарство, которое если и не решит проблему старения окончательно, то сможет существенно продлевать жизнь.

Белок РОТ-1

В мае 2001 года появилось сообщение что американским исследователям из Медицинского института им. Ховарда Хьюгса и Университета штата Колорадо удалось выделить белок, который может иметь ключевое значение для усилий по увеличению продолжительности жизни. 

Белок POT-1 ответственен за защиту целостности хромосом при делении клетки. Он образует защитный слой вокруг теломеров - отростков ДНК на концах хромосом. При каждом делении клетки теряется часть теломеров, являющимися некими биологическими часами. Это приводит к старению клетки. Сокращение теломеров до определенного уровня подает клетке сигнал о том, что она должна прекратить деление и погибнуть.

 Ученые нашли, что POT-1 "поддерживает ДНК в порядке, защищая ее". Испанская газета El Mundo отмечает, что исследователи давно изучают свойства теломеров, так как они могут хранить ключ не только к продолжению жизни клетки и, следовательно, человека, но и к развитию раковых клеток, которые делятся безудержным образом.

Источник : О проблемах концевой репликации 



2007 Copyright © GenDNA.ru Мобильная Версия v.2015 | PeterLife и компания
Пользовательское соглашение использование материалов сайта разрешено с активной ссылкой на сайт
Яндекс.Метрика Яндекс цитирования