Страница 2 из 3
Когда теломеры полностью расходуются, клетка больше не может делиться, хотя и остается жизнеспособной. Это можно представить в виде заточенного карандаша. Корпус – это хромосома, а грифель на заточенном конце – теломера. Каждый раз при черчении карандашом на бумаге грифель становится короче, пока полностью не сотрется. После этого карандаш невозможно использовать по назначению.
Рисунок 2. Грифель карандаша характеризует теломеры. Чем он короче, тем быстрее карандаш перестанет писать.
Первые наблюдения, связывающие теломеры непосредственно со старением, были сделаны в 1986 году, когда ученые заметили, что средняя длина теломер молодых клеток намного длиннее, чем взрослых. Исследования, проведенные в следующие несколько лет, подтвердили уменьшение средней длины теломер при делении клеток. Впервые старение клеток могло быть связано с легко обнаруживаемыми и воспроизводимыми изменениями в геномной ДНК. Дальнейшие эксперименты подтвердили, что прогрессирующее укорочение теломер – основная причина клеточной деградации.
Так значит, процессы старения все-таки запрограммированы? Ведь, после каждого деления клеток теломеры становятся короче, а организм старее? Не все так однозначно. В первую очередь, концы хромосом у разных типов клеток уменьшаются с разной скоростью. Во-вторых, «бессмертные» свойства эмбриональных стволовых клеток свидетельствуют о том, что длина теломер может сохраняться на одном уровне. Оказывается, в организме существует особый фермент «Теломераза», который способен замедлить укорочение и даже обеспечить увеличение длины теломер. В 2009 году за открытие теломеразы и механизмов предохранения хромосом трем талантливым ученым, Э. Блэкберн, К. Грэйдер и Дж. Шостаку была присуждена Нобелевская премия. Результаты их исследований свидетельствуют о том, что можно повлиять на активность фермента и замедлить, а возможно, и обратить старение вспять. Если вспомнить аналогию с карандашами, то последние научные данные говорят о том, что затупившиеся их концы можно заточить и пользоваться вновь.
Теломеры не механически выполняют команды, выдаваемые генетическим аппаратом. Особенности образа жизни, питания, окружающей среды, уровня повседневного стресса и другие факторы могут ускорить или затормозить процессы клеточного старения.
Если большое число клеток стареет (теряет способности к делению и обновлению), ткани, из которых они состоят, также начинают стареть. В этом и проявляется связь между теломерами и старением. В случае ускоренного старения клеток сосудистых стенок капилляров, артерий и вен, возрастает повышенная вероятность инфаркта и инсульта. Если стареют клетки, отвечающие за иммунитет (антитела), то человек становиться более восприимчивым к инфекционным болезням, гриппу, пневмонии.
В то же время, клетки человека сохраняют способности к делению, пока их теломеры (и иные важные компоненты) остаются функциональными. При укорочении теломер клетки становятся стареющими. Этот предел является одним из основных факторов естественного ухудшения здоровья человека после 60-70 лет. Однако на сегодняшний день люди доживают до столетнего возраста и более. Сейчас во всем мире насчитывается около трехсот тысяч долгожителей и их численность быстро растет. Исходя из этих тенденций, ученые прогнозируют, что более трети детей, родившихся за последние десять лет, будут жить до ста лет. Возникает вопрос, будут ли эти годы здоровыми и полноценными. И здесь опять важная роль принадлежит теломерам.
Представьте старых друзей, встречающихся после 20 лет разлуки. «Ты прекрасно выглядишь!». «Как он постарел…», «Он не смог приехать, так как находится в больнице». Эти возгласы прекрасно характеризуют работу теломер, ведь люди одного года рождения могут иметь совершенно разный биологический возраст. Кто-то выглядит моложаво и подтянуто, кто-то одряхлел, имеет серьезный лишний вес, кучу хронических заболеваний, а кто-то уже закончил свой жизненный путь. Во многом старение и болезни определяются состоянием клеточного здоровья.
Длина теломер влияет на состояние кожи, возникновение морщин, поседение волос, развитие хронических заболеваний, бодрость или усталость. Стрессы, неправильное питание, избыточный вес, загрязнение городов ускоряют укорочение теломер. Но есть и хорошие новости. Оказывается, человек может влиять на длину теломер. В первую очередь это обеспечивается отказом от вредных привычек, здоровой пищей, избеганием стрессовых ситуаций. Такие шаги могут существенно замедлить потерю длины теломер. Но это еще не все. Результаты научных исследований показывают, что теломеры можно удлинить, то есть вернуть им первоначальный размер. Следовательно, старение является динамическим процессом, а не запрограммированной сменой состояний организма. В одном из экспериментов ученые удалили старые клетки из организма мышей и те перестали проявлять признаки старения.
В свете этих данных становится понятным, почему предыдущие теории старения имеют право на жизнь и подкрепляются определенными доказательствами. Старение клеток вызывает накопление повреждений, изменение экспрессии генов, избыточную генерацию свободных радикалов и другие патологические изменения, характерные для пожилого возраста.
Следует понимать, что важна не длина теломер, ведь у грызунов (мыши, крысы) она намного больше, чем у людей, однако продолжительность их жизни намного короче. Главный аспект – это укорочение самой теломеры, влияющее на работу генетического аппарата клетки. Уменьшение длины теломеры относительно исходных значений будет являться показателем биологического возраста клетки. Так, старение клеток будет влиять на функциональное состояние органов, которые из них состоят.
Биомаркеры старения – теломеры
Поиск уникальных маркеров, которые однозначно обнаруживали и количественно оценивали бы стареющие клетки, особенно в организме человека, остается сложной задачей. Биомаркеры старения могут использоваться в клинических условиях для прогнозирования исходов болезни и чувствительности пожилых людей к различным методам лечения. Кроме того, предпринимаются все более активные усилия по разработке методов молекулярной терапии, которые замедляют процесс старения. Однако оценка эффективности таких подходов чрезвычайно сложна, поскольку измерение терапевтического воздействия на продолжительность жизни потребует длительных наблюдений и исследований. Разработка молекулярных маркеров, которые не только указывают на биологический возраст человека, но также чувствительны к факторам вмешательства является важным шагом для будущего развития методов профилактики старения.
У пожилых клеток наблюдается увеличенная, сплющенная форма и повышенная активность фермента β-галактозидазы, что является золотым стандартом идентификации стареющих клеток в культурах и образцах тканей. Однако, появляются новые подходы к оценке клеточного старения, одним из которых является измерение длины теломер. На рынке уже появился ряд компаний, предлагающих такие услуги, например, Telomere Diagnostics Inc., Life Length, Cell Science Systems Corp.
Длина теломер уменьшается с возрастом и это нормальный естественный процесс. В среднем у людей теломеры теряют по 24,8-27,7 пары оснований ежегодно. Однако, если концевые участки хромосом более короткие, чем в среднем у людей данной возрастной группы, то это может указывать на возможное увеличение числа возрастных заболеваний и / или снижением продолжительности жизни. Когда укорочение теломер достигает критического предела, клетка стареет и гибнет. Старение клеток ставит под угрозу способность восстанавливать повреждение тканей.
Конец ознакомительного фрагмента.
Текст предоставлен ООО «ЛитРес».
Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.