☰

Активация теломеразы – самый перспективный подход к продлению молодости. Теломеры – индикатор старения или «счетчики» жизни

Самым обсуждаемым в последние годы способом борьбы со старением оказались вовсе не пластические операции, а новинка из области генетики - активатор теломеразы ТА-65. С 2013 года этот препарат появился на российском рынке. О том, как стареет человеческий организм и о том, как можно замедлить и обратить вспять этот процесс, по просьбе сайт рассказывает Галина Орлова, генеральный директор «Теломерейс Активейшн Сайенсес», врач-гинеколог:

  • ООО «Теломерейс Активейшн Сайенсес» - российская компания, основанная в 2011 году, являющаяся официальным эксклюзивным дистрибьютером в России и СНГ.

Галина, мы знаем, что ученые бьются над проблемой старения уже тысячи лет. Можно ли говорить о том, что современная наука достоверно разобралась в причинах этого процесса?

Мы начинаем стареть с момента нашего зачатия. Клетки приступают к делению сразу, как только начинают формироваться органы и ткани. Мы рождаемся, взрослеем, затем приходит период увядания - наши органы и ткани изнашиваются, стареет кожа, ощущается недостаток физических сил. Существует множество теорий старения, три основных продемонстрированы в таблице:

Теория
 		В чем суть?
 		Цель корректирующих мероприятий
Свободно-радикальная В процессе старения увеличивается количество свободных радикалов, приводящих к окослительному стрессу, повреждающему жизненно важные макромолекулы Борьба с окислительным стрессом
Эндокринная (Дильмана) Морфологические и функциональные изменения в органах происходят в связи с дефицитом гормонов, среди которых наиболее значим дефицит половых гормонов Устранение гормонального дефицита
Теломерная При каждом делении клетки теломеры сокращаются, достигая в определенный момент критического уровня, при котором клетка больше не может делиться - она стареет либо умирает Восстановление длины критически коротких теломер, предотвращение их эрозии

Основная и связующая для всех теорий - теломерная, изучать которую начали еще в середине прошлого столетия. В 1961 году ученый по фамилии Хейфлик установил, что клетка может делиться лишь строго определенное количество раз. Этот лимит в дальнейшем получил название «лимит Хейфлика ». Клетку, которая перестала делиться, то есть стала сенесцентной (престарелой), ждут три варианта развития событий:

  • первый - впасть в анабиотическое состояние, когда клетка и не живет и не умирает, выделяя продукты жизнедеятельности;
  • второй вариант - это умереть или окончить жизнь самоубийством (апоптоз);
  • и третий вариант - мутировать и переродиться в раковую. То есть, когда клетка становится старой, один из главных рисков - развитие ракового процесса.

С нами происходит то же самое, что и с клеткой. Когда мы становимся старыми, мы можем впасть в неактивное состояние, заболеть раком или умереть. Чем старше мы становимся, тем выше риск каждого из этих исходов.

Отчего же зависит продолжительность жизни клетки? Почему она перестает делиться?

Всем известно, что внутри клетки находится ядро, а внутри ядра - хромосомы, своеобразные сейфы с генетической информацией. Ученые открыли, что на концах каждой хромосомы есть теломеры - особые образования, которые не несут генетической информации, а выполняют защитную функцию.

Теломеры играют важную роль в процессе деления клетки - они обеспечивают стабильность генома:

  • защищают хромосомы от деградации и слияния в процессе репликации;
  • обеспечивают структурную целостность окончаний хромосом;
  • защищают клетки от мутаций, старения и смерти.

Именно длина теломер и определяет биологический возраст человека. Ученые выяснили, что клетка перестает делиться в тот момент, когда длина хотя бы одной теломеры достигает предельно короткой величины. Природа все создала умно: чтобы уберечь наш геном и предотвратить возможные мутации, клетка перестает делиться именно тогда, когда кончается защита.

При этом, состояние теломер определяет не только продолжительность жизни одной клетки, но и состояние органов, систем и организма в целом. Люди с короткими теломерами быстро устают, теряют жизненные силы, у них рано появляются морщины, часто возникают простудные заболевания, повышен риск получения сердечно-сосудистых патологий, канцерогенеза, заболеваний репродуктивной системы, органов зрения и других возрастных недугов.

Какие заболевания развиваются у людей с короткими теломерами в первую очередь?

Наиболее распространенными являются болезни сердечно-сосудистой системы. У лиц с короткими теломерами в 3 раза выше риск внезапной смерти от сердечного приступа и развития болезней коронарных артерий. Выявлена также взаимосвязь коротких теломер с развитием артериальной гипертензии и хронической сердечной недостаточности.

Существует множество доказательств того, что укорочение теломер связано с развитием рака. У пациентов с дискератозом (врожденная патология - «болезнь коротких теломер») в 1000 раз повышен риск развития рака языка и примерно в 200 раз - риск развития острой миелоидной лейкемии. Кроме того, врожденный дискератоз вызывает преждевременное старение кожи. При анемии для пациентов с наиболее короткими теломерами в 4-5 раз повышен риск трансформации заболевания в миелодисплазию или лейкемию.

Лишенные теломер концевые участки хромосом выявляются в клетках костного мозга пациентов за годы до появления клинических симптомов. Кроме того, имеются данные о взаимосвязи между длиной теломер и риском развития слабоумия и сахарного диабета.

А существуют ли способы вернуть коротким теломерам исходную длину?

Именно такой вопрос был поставлен учеными сразу после обнаружения взаимосвязи между старением и длиной теломер. В 1971 году советский ученый Алексей Матвеевич Оловников предположил, что в организме человека есть не только теломеры, но и фермент, который может их наращивать - он получил название теломераза. В период с 1985 по 2005 год трое американских ученых - Элизабет Блекберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак - обнаружили теломеразу и доказали, что она способна наращивать теломеры. В 2009 году это открытие было удостоено Нобелевской премии.

Однако, судя по всему, теломераза активна далеко не всегда? Иначе проблема старения не стояла бы перед человеком столь остро?

Этот фермент есть в организме каждого из нас, но в большинстве клеток он «дремлет»или имеет низкую активность, которая еще более затухает с возрастом. Но есть исключения. В половых клетках человека(сперматозоиды и яйцеклетки) высокая теломеразная активность наблюдается в течение всей его жизни. Аналогично и в стволовых клетках, которые способны делиться неограниченно долго. Более того, у стволовой клетки всегда есть возможность дать две дочерние клетки, одна из которых останется стволовой ("бессмертной"), а другая вступит в процесс дифференцировки (приобретет свое функциональное предназначение в организме). Именно поэтому они являются постоянным источником разнообразных клеток организма.

Как только потомки половых или стволовых клеток начинают дифференцироваться, активность теломеразы падает и их теломеры начинают укорачиваться. В клетках, дифференцировка которых завершена, активность теломеразы падает до нуля, и с каждым клеточным делением они с неизбежностью приближаются к моменту, когда навсегда перестанут делиться. Вслед за этим наступает кризис и большинство клеток погибают.

Активность теломеразы рассматривается как возможный маркер физиологического резерва организма. А длина теломер - это «клеточные часы»,ограничивающие число возможных делений клетки, а значит и продолжительность ее здоровой жизни. Нобелевский лауреат 2009 года Элизабет Блэкберн предположила, что теломераза, помимо удлинения концов теломер, защищает их структуру, нарушение которой также грозит гибелью клетки. Интересен и тот факт, что отдельные структурные элементы теломеразы имеют также свое функциональное предназначение в клетке.

Может ли человек самостоятельно активировать теломеразу в своем организме?

Да, активность теломеразы можно стимулировать. К некоторому повышению функции этого фермента, а значит и увеличению длины теломер, приводит умеренная физическая нагрузка, в меньшей степени - витамины и полиненасыщенные жирные кислоты, содержащиеся в здоровой пище.

В целом, длина теломер у людей, ведущих правильный образ жизни, значительно больше, чему тех, кто злоупотребляет алкоголем, курит, не следит за своим питанием и весом, ведет малоактивный образ жизни. К ее ускоренному сокращению ведут также стресс и вирусные заболевания.

Разумеется, с момента появления теломер-теломеразной гипотезы старения начались и поиски вещества, способного активировать теломеразу, с целью замедления процесса старения. Крупнейшая Американская биотехнологическая компания Geron Inc нашла молекулу, ставшую основой .

Что представляет из себя этот препарат?

Вышеупомянутая молекула была выделена из экстракта корня астрагала перепончатого- лекарственного растения, издавна применяющегося в китайской медицине как средство, предотвращающее развитие рака. В химическом составе данного экстракта содержится более 2000 молекул. И только одна из них способна активировать теломеразу наших клеток - она была названа TA-65.

Сам процесс экстрагирования и очистки этой молекулы - технологически очень сложный и многоступенчатый. Необходимо не только распознать ее среди остальных, но и добиться максимальной степени отделения от примесей. Запатентована и сама молекула и способ ее получения и переработки. Для изготовления минимальной партии ТА-65 необходимо переработать около 5-6 тонн корня астрагала. Очевидно, что доза активного веществаTA-65, находящаяся в 1 капсуле, сопоставима с несколькими литрами экстракта. Учитывая, что для получения выраженного эффекта необходим как минимум трехмесячный курс лечения, заменить его ежедневным приемом нескольких литров обычного экстракта корня астрагала невозможно.

Как ведет себя ТА-65 при попадании в организм?

Попадая в кровь, молекула проникает в клетку и включает ген, отвечающий за временную актививацию теломеразы. Активированная теломераза начинает достраивать конечные участки хромосом, путем добавления нуклеотидных оснований. Нарастив таким способом теломеры, клетка получает дополнительную возможность делиться, функционировать и продолжать жить -по сути превращаясь из стареющей в молодую и активную. Весь этот процесс зеркально отражается и на организме в целом.

После прекращения приема TA-65 теломераза вновь «засыпает». Таким образом, ее активация является временной и контролируемой. Максимальная концентрация действующего вещества в крови достигается через 3 часа после приема препарата.

Мы сейчас говорим о гипотезах или же существуют научные подтверждения эффективности ТА-65?

К настоящему времени мы располагаем данными довольно большого количества научных исследований, которые проводились в трех направлениях:

  • на клетках вне организма (клеточных культурах) - invitro;
  • на животных;
  • на людях.

Исследования первой группы показали, что добавление ТА-65 к клеточной культуре клеток продлевает жизненный цикл клетки и позволяет преодолеть лимит Хейфлика.

Первое документальное подтверждение обратимости возрастных изменений у млекопитающих под воздействием активатора теломеразы было опубликовано в журнале The Nature в 2011 году. Подопытные мыши имели короткие теломеры и минимальную активность фермента теломеразы. У них наблюдались выраженные дегенеративные нарушения в органах, повреждения ДНК в хромосомах, сильно пострадал мозг. Мыши не имели потомства, быстро старели и жили в среднем 43 недели.

В возрасте 30-35 недель, т.е. уже весьма преклонном, им ежедневно в течение месяца вводился активатор теломеразы. В результате длительность жизни мышей увеличивалась до 80 недель. У них удлинялись теломеры, восстанавливалась активность теломеразы, уменьшались повреждения ДНК в хромосомах и дегенеративные изменения в органах: яичках, селезенке, кишечнике и мозге. Восстанавливалась способность давать потомство. Таким образом, наблюдалось очевидное и выраженное омоложение животных. При этом, ни у одной из мышей не развился рак.

Вот что сказал о полученных результатах руководитель работы доктор Рональд ДеПиньо: «Представьте, что человека в возрасте 75-80 лет вернули к состоянию 40-50-летнего. Примерно это мы успешно проделали на мышах».

А как повел себя препарат при тестировании на людях?

В январе 2007 года была запущена программа PattonProtocol-1 («Протокол Паттона») с участием добровольцев. Активатор теломеразы ТА-65 принимали 114 человек в возрасте63 ± 12 лет, 72% из которых были мужчины, 54% участников - носители цитомегаловирусной инфекции. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Rejuvenation Research» в 2010 году. Оказалось, что ТА-65:

  • удлиняет критически короткие теломеры (что было подтверждено измерениями в 2-х независимых лабораториях Repeat Diagnostics и Richard Cawthon;
  • омолаживает иммунную систему;
  • не приводит к развитию побочных эффектов.

Участники исследования сообщили об улучшении зрения, половой функции, нормализации веса, повышении уровня энергии и выносливости, гибкости, остроты мышления. Кроме того, отмечалось уменьшение количества появлений возрастных пигментных пятен, улучшение общего состояния кожи, волос и ногтей.

В дополнение к очевидной положительной иммунной реконструкции, прием ТА-65 оказался способен улучшить показатели метаболизма углеводов и липидов, а также состояние сердечно-сосудистой и костной систем.

  • Основные завершенные исследования ТА-65:
Тип исследования
 		Автор
 		Содержание и выводы
Эпидемиологические Katharine Shaefer 110 000 добровольцев, 3 года наблюдений. В группе пациентов, у которых теломеры были на 10% короче, уровень смертности был на 23% выше
P. Willeit 787 добровольцев, 10 лет наблюдений. Добровольцы с критически короткими теломерами в 3 раза больше рискуют заболеть раком и в 11 больше - умереть от него по сравнению с теми, у кого длина теломер была максимальной
In vitro Woody Wright Добавление активатора теломеразы к клеточной культуре продлевает жизненный цикл клетки и позволяет преодолеть предел Хейфлика
Fauce SR, Jamieson BD, Chin AC TA-65 является эффективным активатором теломеразы в неонатальных кератиноцитах и фибробластах, вызывает временную контролируемую активацию теломеразы в соматических клетках
На лабораторных животных Mariela Jaskelioff, Florian L. Muller, Ji-Hye Paik Возрастные изменения у млекопитающих обратимы: применение активатора теломеразы у мышей позволило продлить жизнь с 43 до 86 недель, уменьшились дегенеративные изменения в органах, восстановилась способность давать потомство. Ни у одной мыши не было случаев развития рака
Maria Blasco TA-65 удлиняет короткие теломеры и увеличивает продолжительность периода здоровой жизни взрослых мышей без увеличения заболеваемости раком
Открытое клиническое исследование Patton N, Harley CB Открытое исследованиеб 114 добровольцев. Снижение процента стареющих цитотоксических (CD8+/CD28-) Т-клеток, снижение процента коротких теломер. TA-65 является эффективным активатором теломеразы в клетках иммунной системы человека
  • Текущие исследования и их цели:
Исследование Автор и содержание
 		Окончание
ЦМВ (Цитомегаловирусная инфекция) Antonio Celada, Antiaging Group University of Barcelona, Spain. 125 человек 12 месяцев. Контролируемое исследование сравнения длины теломер, иммунологических и других биомаркеров старения у взрослых ЦМВ+, принимающих ТА-65 в высокой, низкой дозе или плацебо
Метаболический синдром University of Connecticut. 45 человек, 6 месяцев. Пилотное клиническое исследование эффективности ТА-65 при метаболическом синдроме (оценка влияния на инсулинорезистентность, оксидативный стресс и воспаление) Закончено, обработка результатов
ВМД (возрастная макулярная дегенерация - дистрофия сетчатки глаза) Chippewa Valley Eye Clinic, Wisconsin. 44 человека 18 месяцев. Пилотное исследование оценки эффективности ТА-65 на ранних стадиях ВМД I квартал 2015 года

Как давно этот препарат поставляется в РФ и где его можно купить?

В России «ТА-65» представлен с июня 2013 года. Реализуетсяв сети аптек A5, AVE, Самсон Фарма, Вита (Самара), Планета Здоровья (Пермь, Москва) и ведущих клиниках столичного региона (Клиника Профессора Калинченко, Клиника Валлекс-М), Тюмени (Нео-Клиник). Ежедневная доза зависит от возраста: от 40 до 50 лет рекомендуется 1 капсула в сутки, в возрасте от 50 до 60 лет - 2 капсулы в сутки, старше 60 лет - 4 капсулы в сутки.

Собрана ли уже какая-то статистика по результатам использования ТА-65 именно в нашей стране?

Длину теломер можно измерить с помощью лабораторных методов анализа. В США и Европе такие измерения проводятся с 2007 года, с момента появления продукта. Когда препарат появился в России, мы задумались о возможности проведения таких анализов у нас. Методики измерения теломер уже имелись, но, за отсутствием спроса, никто из врачей не назначал такой анализ, а сами пациенты о нем не знали.

Совместно с лабораторией Архимед мы запустили проект по измерению теломер в Москве. Также, открыта лаборатория в Тюмени в NEO-Clinic и в Санкт-Петербурге в клинике «Древо Жизни». С мая 2014 года лаборатории активно работают, у нас уже есть первые данные по пациентам, которые сдавали кровь до начала применения минимального курса и после. Исходя из полученных результатов можно сделать вывод оположительной тенденции в процессе увеличения длины теломер на российских пациентах.

Сегодня наша компания предоставляет бесплатную возможность сдать кровь на длину теломер всем пациентам, купившим одну упаковку ТА-65 90 капсул. Для этого необходимо зарегистрироваться на нашем сайте www.ta-65.ru в личном кабинете и ввести уникальный код, располагающийся под крышкой картонной упаковки. После этой процедуры вы получите возможность дважды сдать кровь на определение длины теломер (до начала приема ТА-65 и через 6 месяцев после начала приема). Здесь же можно проверить подлинность купленной вами упаковки по уникальному коду. Говоря об эффектах от приема ТА-65 важно отметить его положительное воздействие на иммунную систему. Именно поэтому пациенты, принимающие активатор, чувствуют прилив сил, реже подвергаются простудным заболеваниям, у них реже происходит обострение хронических заболеваний, например, при герпесе. Известно, что иммунная система играет важную роль в защите нашего организма и от раковых процессов.

А вот что говорит об опыте использования ТА-65 у своих пациентов профессор кафедры эндокринологии РУДН, ФПК МР, Леонид Олегович Ворслов:

«Первое, что отмечают наши пациенты - это прилив сил, жизненной энергии, которых так не хватает после сорокалетнего рубежа. Связано это со старением иммунной системы. Именно она отвечает за наше хорошее самочувствие, способность противостоять болезням и сохранять энергию молодости. И именно иммунная система в первую очередь реагирует на прием ТА-65, запуская механизмы обновления и увеличения продолжительности жизни иммунных клеток.

Отвечая на вопрос «как быстро пациент ощутит эффект?», правильнее говорить о результатах после курса приема, который составляет 3 месяца. И этот результат будет индивидуален для каждого, в зависимости от исходного уровня и состояния пациента, а также от его возраста. Понятно, что в 38-45 лет человека еще не слишком беспокоят усталость, нарушения памяти и внимания. И в этом возрасте правильнее говорить о сохранении вышеперечисленных функций на должном уровне, об их поддержании. Т.е., если вы начали принимать ТА-65 в 38-40 лет, у вас есть возможность в 50 лет выглядеть и чувствовать себя на 38-40. А вот те пациенты, которые начали прием с 50-ти лет - смогут в полной мере ощутить подъем жизненной энергии и положительные изменения в своем организме.

Вирусные заболевания при приеме ТА-65 отступают. Люди, подверженные частым простудным заболеваниями или входящие в группу риска (медицинские работники, учителя и др) сообщают об уменьении или полном их отсутствии в сезоны вспышек. Отмечают также уменьшение количества эпизодов герпесо-вирусной инфекции или полностью избавились от обострений.

Конечно, женская часть наших пациентов в первую очередь обращает внимание на улучшение состояния волос, ногтей и кожи. Клетки эпидермиса (кожа) - это вторая система, после иммунной, которая очень быстро реагирует на прием активатора теломеразы. Безусловно, улучшение общего самочувствия, появление сил и бодрости, повышение настроения и собственной привлекательности положительно сказываются на сексуальной активности и успехах в этой сфере нашей жизни»

В целом, наблюдения за пациентами, принимающими TA-65, ведутся с 2007 года, с того самого момента, как продукт появился в продаже. Среди десятков тысяч людей, принимающих его на протяжении всего этого времени, не выявлено серьезных побочных эффектов.

А возможно ли что активация теломеразы стимулирует удлинение теломер не для отдельных клеток, а для всех тканей организма в целом, не исключая и клетки с различными патологиями (в т.ч. онкологическими). Проще говоря, может ли активация теломеразы вызвать рак?

Ваш вопрос возвращает нас к началу интервью. Одна из основных функций теломер - это защита генетической информации хромосом при делении клеток. Как я говорила ранее, существует множество доказательств того, что именно укорочение теломер связано с развитием рака и является предрасполагающим фактором кразвитию ряда онкологических заболеваний. Так, короткие теломеры лейкоцитов могут предсказывать развитие рака, синдрома Беретта и язвенного колита.

Критически короткие теломеры неспособны защитить хромосомы от повреж¬дения при делении клетки. И если критически короткой величины достигает хотя бы одна теломера, в клетке происходит резкое изменение метаболизма, в первую очередь - нарушение репликации ДНК. В этот момент запускаются механизмы клеточного старения и разрушения. Затем до окончательной гибели клетки может пройти от нескольких месяцев до нескольких лет. Именно в этот период под воздействием генетических мутаций клетка может переродиться в раковую. Таким образом, риск развития рака у человека появляется как только его теломеры достигают предельно короткой длины, а не наоборот.

В то же время, у большинства раковых клеток теломеры бесконечно длинные. Чем же это обьясняется?

Раковый процесс очень сложен по своей природе и активация теломеразы не является пусковым механизмом в нем, а следовательно, не выступает причиной рака. Представьте себе клетку, у которой теломеры сократились до критически короткой величины. Клетка попадает в кризисное состояние и может быть подвержена генетическому сбою или мутации, что приведет к раковому процессу. Этот сбой или мутация никак не связаны с активностью теломеразы извне или внутри. А15% всех опухолей поддерживают длину теломер на должном уровне в отсутствии теломеразы. Таким образом, в этих злокачественных клетках действует другой (не теломеразный, а скорее рекомбинантный) механизм, известный как «альтернативное удлинение теломер» («Alternative Lengthening of Telomeres»).

Риск возникновения рака возникает тогда, когда более выражены признаки клеточного старения, что наиболее характерно для пожилых людей. Современный образ жизни, стресс, злоупотребление лекарствами приводят к недостатку отдельных теломеразных компонентов, и к более раннему фенотипическому старению с потерей функции на клеточном и системном уровне. Активация теломеразы может предотвратить раковое перерождение:

  • во-первых, потому что за счет омоложения снижается вероятность хромосомных перестроек в клетках,
  • а во-вторых, потому что теломераза может увеличить продолжительность жизни иммунных клеток, улучшив их способность находить и уничтожать раковые клетки.

Ранее уже указывалось, что активация теломеразы в нормальных клетках приводит к их омоложению без признаков озлокачествления. В 2012 году в Японии было проведено исследование, в ходе которого подтвердилось, что активация теломеразы извне не может привести к раковому процессу либо как-то его усугубить.

Первая система, которая реагирует на прием TA-65 - это иммунная система, которая играет огромную роль как в самом раковом процессе, так и в его предотвращении. Каждый миг в организме человека образуются раковые клетки. Этот процесс является непрерывным. Но иммунная система их распознает и уничтожает. С возрастом теломеры в иммунных клетках становятся короче, система теряет способность справляться с раковыми и патологическими образованиями. Наращивая теломеры в имунных клетках, ТА-65 позволяет поддерживать иммунитет организма на очень высоком уровне. Умеренная и контролируемая активация теломеразы не только снижает и предотвращает риски развития онкологических процессов, но и, вероятно, помогает с ними бороться.

Еще одно исследование показало, что длина теломер влияет на дифференцировку раковых клеток in vivo. Ученые из института рака в Японии продемонстрировали, что принудительное удлинение теломер в раковых клетках способствует их дифференцировке, что может уменьшить степень злокачественности опухоли. Результаты указывают на то, что удлинение теломер раковых клеток смягчает поведение уже существующей опухоли.

Существуют ли аналоги TA-65? В чем преимущество данного препарата?

К сожалению, у ТА-65 нет конкурентов. Год назад мне посчастливилось прочесть книгу, которая называется «Грани бессмертия», в ней описывается поиск и открытие теломеразы и то, как ее исследователи получили Нобелевскую премию. Авторы подтверждают, что на сегодняшний день ТА-65 - это единственный доступный людям активатор теломеразы. Надеюсь, в будущем появятся новые средства, позволяющие продлить здоровую жизнь.

Обещает ли производитель добиться повышения эффективности ТА-65?

Да, мы думаем об этом. Более того, есть планы уже в этом году вывести на рынок новый продукт, который будет следующей ступенью в anti-age направлении, позволит сохранить всю уникальность существующих наработок и усилить воздействие на процессы, связанные со старением, а так же совместит в себе дополнительную протекцию от наиболее губительных процессов в организме, присоединяющихся с возрастом.

Как видят производители дальнейшую судьбу препарата и пациетов, принимающих его?

С научной точки зрения, активация теломеразы и ТА-65 - это не только омоложение и, даже не столько омоложение - это вопрос о сохранении здоровья и поддержания качества жизни. Ведь все болезни у нас, как правило, появляются после сорока лет.200 лет назад, когда продолжительность жизни была заметно меньше, чем сегодня, человек не сталкивался со многими современными недугами. Например, женщина не знала что такое климакс, так как умирала еще до его наступления. В наше время, имея возможность прожить и 80, и 90 лет, мы увеличили время не только своего счастливого существования, но и количество заболеваний, ассоциированных с возрастом. Канцерогенез, заболевния органов зрения, репродуктивной, костной и сердечно-сосудистой системы - все они связаны со старением клеток и, соответственно, с сокращением длины теломер.

TA-65 и теломерная теория - это не только молодость и продление жизни, это повышение качества жизни, ее уровня. Благодаря эстетической медицине в 60 лет можно казаться на 10-15 лет моложе, но то, что происходит внутри организма сказывается на всем, в том числе и на нашей способности носить эту молодость, пребывая в бодрости и хорошем самочувствии.

Очень важно не казаться моложе, а быть моложе - это один из основных тезисов, который мы пытаемся донести до наших врачей и пациентов

В Европе и США теломерная теория старения изучается достаточно давно. В прошлом году я побывала на конгрессе, который так и назывался «Теломеры, теломераза и заболевания». В течение трех дней работы обсуждался вопрос влияния длины теломер на развитие самых разных патологий. Были представлены результаты научных исследований, демонстрирующие важность сохранения длины теломер.

В России эти данные появились совсем недавно, и для меня это означает только одно: если раньше мы не знали о существовании взаимосвязи между длиной теломер и патогенезом многих заболеваний, то в будущем нас ожидает множество открытий, которые помогут предотвратить эти заболевания, вывести нас на качественно новый уровень жизни, поможет привнести больше радости, успеха и благополучия в нашу жизнь. Только представьте сколько еще открытий может совершить человек, сколько жизненных целей достичь, разрешить загадки Вселенной, если у него для этого будет самое главное - его Здоровье! А сейчас у нас в руках есть реальный инструмент для управления своим возрастом и здоровьем изнутри и снаружи - ТА-65!

23 Мая 2014

Не существует лабораторных исследований, результаты которых свидетельствовали бы о том, что активация собственной теломеразы повышает риск развития рака. Согласно современным представлениям , теломераза – не необходимое условие запуска процесса озлокачествления ее экспрессия является обязательной только для поддержания роста большинства прогрессирующих злокачественных опухолей. Последние исследования, проведенные лабораторией Роберта де Пино (Robert de Pinho) из Гарвардского университета и испанской лаборатории Марии Бласко (Maria Blasco), посвящены изучению возможности манипуляций с теломеразой для снижения риска развития рака. Следует отметить, что ранние исследования, на основании которых десять лет назад было высказано беспокойство по поводу безопасности работы с теломеразой, были проведены этими же учеными.

Также проведено большое количество исследований, продемонстрировавших, что (а) экспрессия теломеразы не повышает риск развития рака у лабораторных животных и (b) короткие теломеры ассоциированы с очень высоким риском развития рака. По мнению автора, использование активаторов теломеразы значительно снизит вероятность развития рака. Это произойдет, во-первых, благодаря уничтожению провоспалительных клеток, являющихся потенциально канцерогенными из-за укороченных теломер, и во-вторых, за счет омоложения иммунной системы, обеспечивающей защиту организма от развития рака. В прошлом году автор опубликовал статью, посвященную этому вопросу (J.J.Mitteldorf, Telomere biology: Cancer firewall or aging clock? , Biokhimiya, 2013, Vol. 78, No. 9, pp. 1345–1353; перевод на русский доступен в «бумажном» издании журнала «Биохимия»).

Почему мы можем ожидать от удлинения теломер значительного увеличения продолжительности жизни

Ответ на этот вопрос очевиден, поэтому сформулируем его по-другому: какие факторы указывают на то, что увеличение длины теломер окажет очень мощное влияние на разнообразные аспекты биологии старения?

А) Укорочение теломер является древним механизмом старения

Протисты – это первые одноклеточные эукариоты, появившиеся на Земле миллиард лет назад (их структура значительно сложнее структуры бактерий, появившихся примерно на 3 миллиарда лет раньше). Протисты имеют линейную ДНК и, соответственно, потребность в теломеразе. Так как протисты размножаются простым делением, можно было бы предположить, что эти клетки не должны «стареть» или даже то, что концепция старения не имеет смысла для их клеточного цикла. Однако клеточные линии протистов могут стареть, а с некоторыми это в действительности происходит. В основе этого лежит самый старый из известных механизмов старения, заключающийся в воздержании от использования теломеразы.

В качестве примера можно привести парамеции (инфузории-туфельки). Репродукция парамеций заключается в делении клетки и репликации ДНК в отсутствии экспрессии теломеразы. В результате при каждом делении клетки происходит укорочение ее теломер. Парамеции могут вступать в конъюгацию, являющуюся примитивной формой полового обмена генетической информацией. Клетки двух парамеций сливаются и обмениваются ДНК, после чего разделяются. Экспрессия теломеразы характерна исключительно для процесса конъюгации. Поэтому любая не вступающая в конъюгацию клеточная линия вымирает через несколько сотен поколений. Это предотвращает возникновение чрезмерной однородности клеточных колоний. Таким образом, можно утверждать, что возраст механизма старения составляет миллиард лет, а некоторые из его генетических компонентов сохранялись и передавались через все трансформации многоклеточных форм жизни. William R Clark написал на эту тему де книги, находящиеся в открытом доступе [ , ].

В) Теломеры человека укорачиваются с возрастом

Е) При анализе результатов с учетом возраста, животные с короткими теломерами также входят в группу высокого риска скорой смерти

Это было продемонстрировано в исследованиях на нескольких видах птиц [ , , ] и павианах . Уже в 2003 году было установлено , что теломеры особей долгоживущих видов укорачиваются медленнее, чем теломеры представителей видов с малой продолжительностью жизни.

F) Небольшие исследования на мышах продемонстрировали способность стимуляторов теломеразы омолаживать организм животных
(Считается, что мыши являются значительно менее эффективной мишенью данной стратегии по сравнению с человеком, так как, судя по всему, старение человека намного сильнее зависит от укорочения теломер, чем старение мышей.)

Первый подобный эксперимент был проведен в 2008 году. Испанский исследователь Томас Лоба (Tomas-Loba) из лаборатории Марии Бласко создал генетически модифицированных мышей, одновременно устойчивых к раку и имеющих дополнительную копию гена теломеразы, экспрессируемую в некоторых тканях, для которых в норме экспрессия этого гена нехарактерна даже у мышей. Продолжительность жизни этих животных была на 18% выше продолжительности жизни устойчивых к раку мышей, имеющих только обычный ген теломеразы.

Однако вскоре было установлено, что предосторожности, предпринятые в отношении риска развития рака, могли быть излишними. Другой исследователь из той же лаборатории Бернардез де Хесус (Bernardes de Jesus, 2011) опубликовал данные , согласно которым ему удалось увеличить продолжительность жизни мышей с помощью коммерчески доступного продукта TA-65 (широко известного как циклоастрогенол) без увеличения риска развития рака. Циклоастрогенол является слабым активатором теломеразы, по сравнению с синтетическими соединениями, разработанными специалистами компании Sierra Sciences. Его активность сопоставима с активностью ряда других растительных экстрактов. Однако исследователи лаборатории Марии Бласко продемонстрировали, что краткосрочная терапия TA-65 обеспечивала удлинение даже наиболее коротких теломер мышей. Это сопровождалось улучшением целого ряда показателей состояния здоровья, в том числе чувствительности тканей к инсулину.

Впоследствии лаборатория Blasco работала с более мощным (хотя и более опасным) методом индукции теломеразы – инфицированием модифицированным ретровирусом, встраивающим ген теломеразы в ядерную ДНК инфицированных клеток. «Введение мышам в возрасте 1 и 2 года терапевтического аденоассоциированного вируса широкого тропизма, экспрессирующего мышиный ген TERT, оказывало выраженное влияние на состояние здоровья и выносливость животных, в том числе на такие показатели, как чувствительность тканей к инсулину, выраженность симптомов остеопороза, нервно-мышечная координация и несколько молекулярных биомаркеров старения» (Bernardes de Jesus et al., 2012). При начале терапии в 2-летнем возрасте продолжительность жизни мышей увеличивалась на 13%, а при начале терапии в возрасте 1 год – на 24%. При этом увеличения частоты развития рака не наблюдалось.

Н) На примере одного человека продемонстрировано, что прием больших доз активаторов теломеразы растительного происхождения обеспечивает омоложение

С недавнего времени автор поддерживает отношения с физиком из Канзаса, который в течение шести лет принимает огромные дозы активирующих теломеразу растительных препаратов и пищевых добавок и заявляет, что это улучшило его внешний вид и самочувствие, а также положительно сказалось на его физических способностях. Он может быть интересен для изучения проблемы на примере одного случая. Jim Green комментирует эксперимент над собственным организмом в своем блоге .

Выводы

По мнению автора, активация теломеразы является направлением, открывающим наиболее перспективные возможности увеличения продолжительность жизни человека уже в течение ближайших нескольких лет. Исследования в этой области ведутся очень медленно из-за дефицита финансирования и недостатка внимания.

Общие сведения

В результате деятельности теломеразы длина теломерных участков хромосом клетки увеличивается или сохраняется на постоянном уровне, компенсируя таким образом концевую недорепликацию и позволяя клетке делиться неограниченно долго. В ходе исследования этого фермента (состоящего, как описано ниже, из РНК-компонента и белкового компонента) выяснилось, что РНК-компонент экспрессируется на постоянном уровне практически во всех клетках, и для индуцирования теломеразной активности необходима экспрессия белкового компонента, названного поэтому каталитическим компонентом теломеразы. Искусственно индуцированная экспрессия гена каталитического компонента теломеразы (путем введения гена при помощи методов генной инженерии) делает клеточную культуру иммортальной (бессмертной), то есть способной делиться неограниченно долго, отменяя тем самым для культуры предел Хейфлика . Теломераза экспрессируется в стволовых , половых и некоторых других типах клеток организма, которым необходимо постоянно делиться для функционирования определённых тканей (например, клетки эпителия кишечника). Обычные соматические клетки организма лишены теломеразной активности. Клетки 85 % раковых опухолей обладают теломеразной активностью, поэтому считается, что активация теломеразы является одним из событий на пути клетки к злокачественному перерождению.

Структура

Строение человеческой теломеразы было выяснено Скоттом Коэном и его исследовательской группой в австралийском Исследовательском институте детской медицины. Теломераза состоит из теломеразной обратной транскриптазы (TERT), теломеразной РНК (hTR или TERC), и дискерина (по две молекулы каждого из этих веществ) . Две субъединицы фермента кодируются двумя различными генами. Кодирующий регион для TERT имеет длину 3396 пар, TERT таким образом содержит 1131 аминокислоту. Этот белок сворачивается и захватывает TERC (имеющую длину 451 нуклеотид), которая не транслируется, оставаясь РНК. TERT имеет форму рукавицы, что позволяет ему закрепляться на хромосоме и добавлять в нее одноцепочечные теломерные участки.

Назначение

Используя TERC, TERT добавляет повторяющуюся последовательность из шести нуклеотидов 5"-TTAGGG к 3"-нити хромосом. Указанная последовательность используется у позвоночных; у других классов организмов последовательности отличаются. Эти повторяющиеся последовательности TTAGGG вместе со своими парными белками, и называются теломерами.

Шаблонный участок TERC содержит последовательность 3"-AAUCCC-5". Теломераза связывает первые несколько нуклеотидов шаблона с последней теломерной последовательностью на хромосоме, добавляет новый повторяющийся участок (5"-TTAGGG-3"), отделяется, связывает новый 3"-конец теломеры с шаблоном и повторяет весь процесс заново.

Объяснение необходимости удлинения теломер приведено в основной статье о теломерах .

Клинические представления

Старение

Теломеразу считают ключом к клеточному бессмертию, «источником юности». Этот фермент позволяет клеткам быстро размножаться без старения. Стволовые клетки эмбрионов, например, экспрессируют теломеразу, которая позволяет им непрерывно делиться, формируя ткани и органы. У взрослых организмов теломераза экспрессируется в клетках, которые должны часто делиться, однако большинство соматических клеток ее не производят.

Один из наиболее очевидных признаков старости - сниженная активность клеток кожи. Предполагается, что лечение теломеразой сможет помочь избавиться по крайней мере от этих проблем.

Выяснилось что β-катенин, избежавший деградации благодаря Wnt сигнала , активирует синтез ферментативной субъединицы теломеразы (TERT) в стволовых и раковых клетках. В этом ему помогает один из транскрипционных факторов плюрипотенции - Klf4, направляющий его на промотор гена Tert . Компании Revive Skincare и TaSciences.com выпускают косметические продукты на основе теломераз. По заявлениям Revive, производство одного грамма теломеразы обходится компании в 4 миллиона долларов США. Активной теломеразы в косметических препаратах нет и быть не может, поскольку содержащаяся в составе теломеразы РНК очень быстро разрезается рибонуклеазой А, которая очень распространена в природе. Кроме того и сам фермент не очень стабилен. Активную теломеразу в лабораториях выделяют в стерильных условиях и хранят в замороженном виде (желательно в низкотемпературном холодильнике).

Возникновение многих признаков раннего старения приписывают сокращению теломер . Это, например, прогерия , Атаксия-телангиэктазия, синдром Блума, анемия Фанкони , синдром Наймегена и другие телангиэктазивные нарушения. Гены, мутация которых приводит к этим заболеваниям, задействованы в восстановлении ДНК. Их участие в управлении длиной теломер активно исследуется. Поскольку на настоящий момент неизвестно, насколько разрушение теломер влияет на процесс старения, основные исследования направлены на процессы сохранения целостности ДНК и в особенности ее теломерных участков. Майкл Фоссел в одном из интервью предположил, что лечение теломеразой может использоваться не только для борьбы с раком , но даже для борьбы со старением человеческого организма и таким образом для увеличения продолжительности жизни. Он считает, что уже в ближайшем десятилетии будут проведены первые испытания теломеразных методов увеличения продолжительности жизни человека. Это весьма обнадеживает, так как примерно в это же время произойдет массовый уход на пенсию людей поколения беби-бума в США и западной Европе.

Рак

Когда клетки в культуре приближаются к пределу Хейфлика , старение может быть замедлено деактивацией генов, которые кодируют белки, подавляющие образование опухолей. Это, в частности, белок, называемый p53 , и белок ретинобластомы (pRb). Измененные таким образом клетки рано или поздно достигают состояния, называемого «кризисом», когда большая часть клеточной культуры умирает. Иногда, однако, клетка не перестает делиться при достижении кризиса. Обычно в это время теломеры полностью разрушены и состояние хромосомы ухудшается с каждым делением.

Оголенные концы хромосом распознаются как разрывы обеих цепей ДНК. Повреждения такого рода обычно устраняются путем соединения разорванных концов. Однако в данном случае соединенными могут оказаться концы разных хромосом, так как они более не защищены теломерами. Это временно позволяет решить проблему отсутствия теломер, однако во время анафазы клеточного деления сцепленные хромосомы разрываются на части случайным образом, что приводит к большому количеству мутаций и хромосомных аномалий.

По мере продолжения этого процесса геном клетки повреждается все больше. Наконец, наступает момент, когда либо объем поврежденного генетического материала становится достаточным для гибели клетки (путем запрограммированной клеточной смерти - апоптоза), либо происходит дополнительная мутация, активирующая теломеразу.

После активации теломеразы некоторые виды клеток становятся бессмертными: их хромосомы не становятся менее стабильными вне зависимости от числа клеточных делений, и процесс клеточной смерти не запускается. Многие раковые клетки считаются бессмертными, поскольку активность генов теломеразы в них позволяет им делиться практически бесконечно, что и является причиной образования опухолей.

Хороший пример бессмертия раковых клеток - это клетки HeLa , изначально полученные из опухоли шейки матки Генриетты Лекс (Henrietta Lacks, отсюда название культуры HeLa) в 1951 г. Эта культура по сей день используется в лабораторных исследованиях. Клетки Hela в самом деле бессмертны: по оценкам ежедневно производится несколько тонн этих клеток, причем все они являются потомками нескольких клеток, извлеченных из опухоли Г. Лекс.

Несмотря на то, что описанный метод моделирования рака в культуре клеток эффективен и используется уже много лет, он весьма неточен. Какое именно воздействие в рамках этого метода вызывает рождение клеток, образующих опухоли, изначально было неясно. Однако впоследствии удалось ответить на этот вопрос. В модельных клетках вызывались различные мутации, которые встречаются в разных видах человеческих раковых клеток. Это позволило выявить несколько сочетаний мутаций, которые являются достаточными для образования опухолевых клеток из различных их видов.

Собственно сочетания мутаций различается в зависимости от вида клеток. Однако большинство из них содержат следующие изменения:

  • активацию теломеразы;
  • нарушение цикла белка p53 ;
  • активацию прото-онкогенов Ras , Myc или других;
  • нарушение формирования фосфатазы белка PP2A.

Эти изменения приводят к отключению механизма гибели клетки в результате разрушения хромосом или апоптоза . Кроме того клетка начинает непрерывно делиться.

Эта модель рака, созданная в клеточной культуре, проливает свет на роль теломеразы в формирование опухолей у человека. Активация теломеразы наблюдается в 90 % всех опухолей. Это позволяет заключить, что предоставляемое ею бессмертие является ключевым фактором в развитии рака.

Опухоли, в клетках которых TERT не активировался, в основном использовали другой механизм сохранения теломер, называемый ALT (альтернативное удлинение теломер, alternative lengthening of telomeres). Детали этого механизма неизвестны.

Как показано в работе Элизабет Блекбёрн и др., теломераза также участвует в регуляции активности 70 генов, которые участвуют либо подозреваются в участии в образовании и развитии раковых опухолей. Кроме того, она активирует гликолиз, что позволяет раковым клеткам использовать сахара для поддержания заданной скорости роста и деления (эти скорости сравнимы со скоростями роста клеток в зародыше).

Э. Блэкбёрн и ещё двое исследователей получили премию Ласкера в 2006 г. за открытие теломеразы и последующие ее исследования. За те же достижения Э. Блэкбёрн также получила премию Грубера по генетике в 2006 г.

Роль теломеразы в других болезнях человека

Считается, что мутации белка TERT вызывают у пациентов предрасположенность к апластической анемии - нарушению кроветворения в костном мозге .

Врожденный дискератоз (ВД) - болезнь костного мозга , которая может быть вызвана мутацией в TERC-субъединице теломеразы. Эта мутация является причиной болезни лишь в 5 % случаев, однако в этих случаях болезнь наследуется как доминантное аутосомное расстройство. Мутации в гене дискерина (DKC1) обуславливают примерно 35 % всех случаев ВД; эти мутации - рецессивные Х-связанные.

Пациенты с ВД страдают от серьёзного нарушения функционирования костного мозга, которое проявляется в аномальной пигментации кожи, лейкоплакии (белые бляшки на слизистой ротовой полости), дистрофии ногтей, а также другими симптомами. У носителей мутаций TERC или DKC1 также выявлены более короткие теломеры, а также некорректная активность теломеразы in vitro , по сравнению с особями того же возраста, свободными от мутаций.

Обнаружена целая семья , у членов которой аутосомальный доминантный ВД проявился одновременно с гетерозиготной мутацией TERT. У этих людей скорость сокращения теломер была выше нормальной. Кроме того, фенотип ВД ухудшался с каждым поколением.

Теломераза как мишень для лекарственных препаратов

С раковыми опухолями очень тяжело бороться, так как иммунная система организма их не опознает как чужеродные. Кроме того, раковые клетки бессмертны и будут продолжать делиться при любых условиях. Поскольку в большинстве видов опухолей бессмертие клеток достигается за счет присутствия в них теломеразы, именно она могла бы быть целью для препаратов против рака. Если какой-либо препарат сможет отключить теломеразу в раковых клетках, процесс сокращения теломер возобновится, по мере деления клеток теломеры разрушатся, возникнут мутации и клетки погибнут.

Экспериментальные препараты, воздействующие на активную теломеразу, тестируются на мышах, и некоторые уже перешли к клиническим испытаниям. Geron Corporation в настоящее время испытывает на людях препараты, использующих ингибирование теломеразы двумя различными способами. Один - это вакцина (GRNVAC1), а другой - липидный препарат (GRN163L). В действительности во многих типах раковых клеток, выращенных в культуре, подавление теломеразы ведет к быстрой гибели популяции клеток. Между тем существуют определенные препятствия к развитию такого рода лекарств, например, существование альтернативного механизма удлинения теломер . Есть свидетельства, что альтернативные методы поддержания длины теломер и хранения ДНК применены в стволовых раковых клетках. Geron Corp., однако, заявляет, что им удалось уничтожить и стволовые раковые клетки при помощи их ингибитора теломеразы GRN163L. Этот ингибитор присоединяется непосредственно к РНК-шаблону теломеразы. Даже единичная мутация шаблона могла бы полностью лишить теломеразу ее способности удлинять теломеры и таким образом лишить клетку возможности бесконечно делиться. В этом случае не может начаться гликолиз, а также не может начаться экспрессия 70 раковых генов Блэкбёрн (Blackburn et al).

Поскольку Блэкбёрн показала, что большинство негативных эффектов теломеразы исчезают при повреждении РНК-шаблона, этот шаблон является довольно эффективной мишенью. Однако если даже некоторые из раковых клеток используют альтернативный метод удлинения теломер, они не погибнут, если РНК-шаблон теломеразы будет заблокирован. По мнению Блэкбёрн, неправильно считать, что только теломераза отвечает за удлинение теломер. Предотвращение в раковых клетках гликолиза, а также предотвращение экспрессии 70 «плохих» генов, вероятно, может убить раковые клетки, не использующие теломеразу.

Примечания

10. Guenther Witzany (2007). Telomeres in Evolution and Development from Biosemiotic Perspective. Nature Precedings: doi:10.1038/npre.2007.932.1

См. также

Внешние ссылки

  • Three-dimensional model of telomerase at Memorial University of Newfoundland

Wikimedia Foundation . 2010 .

Синонимы :

Смотреть что такое "Теломераза" в других словарях:

    Сущ., кол во синонимов: 1 фермент (253) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

    теломераза - Фермент, который производит репарацию теломер Тематики биотехнологии EN telomerase … Справочник технического переводчика

    Теломераза - * тэламераза * telomerase ДНК полимераза, фермент группы трансфераз, катализирующий достройку (удлинение) теломерной коровой последовательности (см.; TTAGGG или TTGGGG) к 31концу однонитчатого хромосомного теломера (см.). Т. ответственна за… … Генетика. Энциклопедический словарь

    Telomerase теломераза. Фермент группы трансфераз, контролирующий размер, количество и нуклеотидный состав теломер хромосом; впервые Т. была выделена у инфузории Tetrahymena thermophila, у которой в макронуклеусе… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

    теломераза - теломер аза, ы … Русский орфографический словарь

«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.