Скорее всего, Вы наблюдали, что люди одинакового возраста стареют по-разному , некоторые выглядят значительно моложе сверстников. Одни люди даже в преклонном возрасте проворны и энергичны, тогда как другие с молодых лет жалуются на болезни, усталость и рассеянность.
Почему люди стареют по-разному? Что определяет процесс старения – природа и гены или образ жизни и внешние факторы? Как продлить молодость, обрести здоровье и долголетие? Эти вопросы по-прежнему актуальны, как и многие годы назад.
Большинство людей, считает, что только природа и наследственность влияет на процесс старения. Но в последнее время появляется все больше людей, которые уверены, что образ жизни, повседневные привычки важнее наследственности. Кто же прав?
Каждый из нас рождается с заранее заданным набором генов, но последние исследования ученых подтверждают, что наши привычки и образ жизни значительно влияет на то, как эти гены себя проявят, насколько здоровыми будут клетки.
Теломеры: старение и молодость
Учёные генетики, исследуя ДНК, открыли, что в наших клетках есть счетчики, которые отсчитывают время жизни клеток.
Их называют теломеры
– это защитные «колпачки» на концах хромосом, состоящие из последовательности нуклеотидов.
При каждом делении клетки теломеры становятся короче
. С возрастом количество теломер уменьшается, в какой-то момент теломеры достигают критической длины, клетки перестают делиться и отмирают.
Исследователи считают, что старение и предрасположенность к различным заболеваниям зависят от длины теломер.
Сколько теломер у человека
Учёные установили, что теломеры у молодых людей состоят из 8-10 тысяч нуклеотидов. Чем длиннее теломеры в клетках, тем больше у человека потенциал здоровья и долголетия.
Можно ли удлинить теломеры
Выдающимся научным открытием стал тот удивительный факт, что концевые участки хромосом могут удлиняться, замедлять старение . За открытие влияния теломеразы на продолжительность жизни американским ученым в 2009 году присуждена Нобелевская премия по физиологии и медицине.
Теломеры могут надстраиваться с помощью фермента теломеразы, но этот фермент активен только в стволовых и в раковых клетках.
Для непосредственного увеличения концевых участков хромосом можно использовать медицинское вмешательство извне.
Однако, удлинять теломеры, активизируя фермент теломеразу подобным образом, небезопасно, так как существует риск перерождения клетки в раковую.
Более интересны исследования, проведенные учеными Калифорнийского университета, которые показали, что теломеры могут удлиниться естественным способом, без каких либо биохимических воздействий, всего лишь изменением образа жизни.
10 безопасных способов удлинить теломеры и укрепить здоровье
1. Контролируйте стресс
Кратковременный стресс, с которым легко можно справиться, не вредит теломерам. Более того, он помогает выработать навыки и уверенность в себе, необходимые для преодоления сложных жизненных ситуаций.
Укорачивают теломеры хронический стресс и депрессия . К тому же сильный страх в сочетании с плохим умением справляться со стрессом приводит к физиологическим изменениям, острой гормональной и воспалительной реакции на стресс.
Работайте над стрессоустойчивостью, это пойдет на пользу здоровью и теломерам.
Сталкиваясь с серьезными потрясениями, старайтесь ограничить влияние сложных ситуаций на свою жизнь в целом. Учитесь воспринимать их не как угрозу, страх, тревогу, неуверенность в завтрашнем дне, а скорее, как вызов, возбуждение, уверенность в положительных переменах.
Медитации, йога, цигун, психофизические практики повышают уровень теломеразы в иммунных клетках или удлиняют их теломеры, что подтверждается результатами исследования.
Не зря Будда говорил: «Секрет здоровья, ума и тела состоит в том, чтобы не горевать о прошлом и не беспокоиться о будущем, а жить в настоящем мудро и честно».
Характер и теломеры
Укорачивают теломеры такие черты характера, как пессимизм, враждебность , импульсивность. И наоборот, было установлено, что теломеры в среднем длиннее у добросовестных, организованных, целеустремленных, умеющих контролировать эмоции людей.
2. Польза физкультуры на клеточном уровне
Результаты исследований подтвердили, что физические нагрузки действительно стимулируют способность теломеразы восстанавливать теломеры.
Причем, умеренные аэробные упражнения на выносливость, выполняемые три раза в неделю по 45 минут, за полгода смогли повысить активность теломеразы вдвое! Нет возможности ходить в фитнес клуб, ходите быстрым шагом не менее 30 минут 2-3 раза в неделю.
К тому же на людей, регулярно занимающихся физическими упражнениями, меньше воздействует такой неблагоприятный фактор, как окислительный стресс.
3. Восстановите кислотно-щелочной баланс
Генетики считают, что одной из главных причин быстрого сокращения теломер является нарушение кислотно-щелочного баланса организма и большое количество свободных радикалов, которые повреждают ДНК, белки, жиры, становится основной причиной воспалительных и аутоиммунных процессов.
Окислительный стресс ускоряет процесс старения и способствует развитию возрастных заболеваний: болезней сердца и сосудов, артрита, диабета, неврологических расстройств, туберкулеза, рака.
В клетках организма уже содержатся антиоксиданты, обеспечивающие естественную защиту от окислительного стресса. Они представляют собой молекулы, которые способны отдавать свободным радикалам электрон, оставаясь при этом стабильными.
Чтобы не испытывать недостатка в антиоксидантах, включайте в рацион больше листовой зелени, свежих фруктов, ягод, овощей. Особенно полезны цитрусовые. Возьмите за привычку выпивать утром стакан воды с долькой лимона. Много антиоксидантов также в зеленом чае, фасоли и других бобовых, орехах, семечках, цельных злаках.
При скудном однообразном питании принимайте курсами комплексные антиоксидантные добавки или витамины С, Е, А . Отдавайте предпочтение антиоксидантам натурального происхождения, которые будут хорошо усваиваться и не приведут к их избытку, что тоже не хорошо.
4. Купируйте воспалительные процессы
Люди с самыми короткими теломерами страдают от хронического воспалительного процесса .
Краткосрочное воспаление способствует заживлению поврежденных клеток, но если оно переходит в хронический процесс, то нарушается нормальное функционирование различных органов и систем организма, в результате возникают серьезные заболевания.
Если вы хотите замедлить старение и как можно дольше оставаться здоровыми, то следует сделать все возможное, чтобы предотвратить хроническое воспаление.
Во-первых, перестаньте подкармливать воспаление.
Глюкоза, полученная организмом из простых или рафинированных углеводов (белого хлеба, белого риса, макарон, картофеля), а также из газированных напитков, пакетированных соков и выпечки, конфет очень быстро попадает в кровь, что приводит к повышению концентрации цитокинов, которые распространяют воспаление по всему организму.
Во-вторых, употребляйте достаточное количество продуктов, содержащих Омега 3 жирные кислоты (или рыбий жир). Омега-3 снижает окислительный стресс и гасит вялотекущие воспалительные процессы, в результате, теломеры становятся длиннее.
Много Омега-3 содержится в жирных сортах рыбы, семге, тунце, листовой зелени, семенах льна, льняном масле.
Лучше всего получать все необходимые вещества вместе с пищей, но если такой возможности нет, то биологически активные добавки могут стать отличной альтернативой. Но при выборе пищевых добавок, в том числе и БАД Омега-3 или Рыбий жир в капсулах, обращайте внимание на производителя, не все БАДы одинаково полезны и хорошо усваиваются.
Совет : При аутоиммунном тиреоидите щитовидной железы, ревматоидном артрите и других аутоиммунных заболеваниях Омега-з помогает остановить хронический воспалительный процесс. Обязательно включайте в свой рацион продукты богатые Омега-3 жирными кислотами либо принимайте курсами Омега-3 в капсулах.
5. Контролируйте качество и режим сна
Во время сна организм корректирует настройку внутренних биологических часов, регулирует аппетит, сбрасывает негативные эмоции и переживания, обновляет настроение.
Сколько часов сна нужно теломерам?
Доказано, что у людей, высоко оценивших качество своего сна, теломеры длиннее.
Чтобы теломеры были более длинными требуется, как минимум семь часов сна в сутки. Важно не только количество часов сна, но и регулярность, качество и режим сна.
Считается, что стабильный режим сна в значительной мере влияет на способность клеток регулировать активность теломеразы.
6. Придерживайтесь сбалансированного питания
Поддержанию здоровой клеточной среды в организме способствует употребление натуральных продуктов, богатых клетчаткой, антиоксидантами и флавоноидами, рыбы и морепродуктов, свежих фруктов и овощей, листовой зелени, фасоли, цельных злаков, орехов и семян.
Эти продукты снижают уровень воспаления, окислительного стресса и инсулинорезистентности. Они полезны для теломер и здоровья в целом.
Минимизируйте употребление белого хлеба, белого риса, макарон, картофеля, газированных напитков, пакетированных соков, конфет, сладостей, выпечки, мороженого, т.к. избыток быстрых углеводов (глюкозы) разрушает ДНК, белки, липиды.
Стабильный уровень сахара в крови сохраняет длину теломер .
7. Витамин D, ультрафиолет и теломераза
Исследователи установили, что чем выше концентрация в крови витамина D, тем длиннее теломеры . Влияние витамина D на теломеры, вероятно, связано с ингибирующим эффектом на воспаление.
Помните, что закисляющий стресс и воспаление старят Вас быстрее, поэтому ежедневно старайтесь получить дозу солнечного света, чтобы выглядеть и чувствовать себя лучше.
Лучшие источники витамина D – красная рыба, тунец, палтус, камбала, куриные яйца.
Жителям регионов с малым количеством солнечных дней, можно в осенне-зимний период принимать витамин D в виде биологически активной добавки к пище.
Однако, ультрафиолетовые лучи способен повреждать теломеры. Избыточное пребывание на солнце вредно . При надлежащей защите от ультрафиолетовых лучей клетки кожи могут долго противостоять старению.
8. Корень астрагала удлиняет теломеры
Однако, бесконтрольный прием любого сильнодействующего иммуностимулирующего препарата может иметь негативные последствия, обязательно посоветуйтесь со своим лечащим врачом.
9. Вредные привычки и экология
Во многих исследованиях была обнаружена корреляция между курением и более интенсивным сокращением теломер .
Злоупотребление крепким алкоголем повышает уровень С-реактивного белка, вырабатываемого в печени и служащего маркером воспаления.
Кроме того, спирт превращается в ацетальдегид, вещество, с канцерогенными свойствами, который повреждает ДНК и наносит вред теломерам.
Красное вино в разумных дозах, наоборот, за счет содержащегося в нем вещества ресвератрол улучшает функцию кровеносных сосудов, разрушает жировые клетки, тормозит процесс старения.
По возможности оградите себя от токсичных веществ , избегайте продуктов, содержащих пестициды, используйте чистящие средства на основе натуральных ингредиентов, выбирайте безопасные средства личной гигиены, покупайте нетоксичную малярную краску, займитесь озеленением дома.
10.Образование и социальная поддержка
Что же касается образования, то зависимость наблюдается более или менее устойчивая: чем выше уровень образования, тем длиннее теломеры .
Очень важно, особенно с выходом на пенсию не оставаться в изоляции. Больше общайтесь с родными и друзьями, найдите себе новое посильное занятие и единомышленников, давайте работу мозгу, посещайте общественные мероприятия.
Вес, диеты, обмен веществ и теломеры
Ученые считают, что лишний вес не укорачивает теломеры буквально. А вот, объем талии (жир на животе свидетельствует об ожирении внутренних органов) и степень чувствительности к инсулину, действительно, имеет значение.
Нарушение обмена веществ, а не лишний вес, вызывает болезни и укорачивает теломеры .
Диеты также причиняют вред теломерам, т.к. вызывают стресс.
Резюме. Как удлинить теломеры
Исследования наглядно показали, что изменения в образе жизни начинают отражаться на длине теломер и количестве теломеразы за достаточно короткий период – от трех недель до четырех месяцев.
Эффект теломер книга
Подробнее о том, как образ жизни, психоэмоциональная и гормональная сферы влияют на биологический возраст через влияние на работу фермента теломеразы и длину теломер, Вы можете прочитать в книге известного ученого, лауреата Нобелевской премии по физиологии и медицине 2009 года, Элизабет Элен Блэкберн «Эффект теломер : революционный подход к более молодой, здоровой и долгой жизни».
ВРЕМЕННЫЙ ДОСТУП! Для пользователей ВКонтакте
ЧИТАТЬ КНИГУ "ЭФФЕКТ ТЕЛОМЕР"
Гипотеза о роли теломера/теломеразы в старении клеток и развитии опухолевого роста стала получать все большую экспериментальную и клиническую поддержку и может быть продуктивно использована как для понимания некоторых вопросов канцерогенеза, так и для разработки новых путей противоопухолевой терапии.
Роль теломера и теломеразы в регуляции опухолевого роста
Теломерами называют концевые участки хромосом, состоящие из сотен повторяющихся строго определенных нуклеотидных последовательностей (TТAGGG)n. Эти последовательности, напоминающие «шапочки», надетые на концы хромосом, выполняют важную функцию в сохранении стабильности хромосом, предохраняя их от слияний, транслокаций и других поломок в процессе митоза.Из-за существования, так называемых, «проблем концевой репликации ДНК», выражающихся в невозможности полного восстановления длины теломера при каждом ресинтезе ДНК, в процессе деления соматических клеток происходит его последовательное укорочение. Достижение теломером минимальной длины, способной защитить хромосомы от повреждения при митозе, является сигналом для выхода клеток из митотического цикла. Исходя из этого, теломеры принято считать «биологическими часами клетки», их роль в процессах репликационного «старения» изучается.
Длина теломеров обычно определяется после расщепления клеточной ДНК мелкощепящими рестриктазами путем измерения терминальных рестрикционных фрагментов (теломеры не расщепляются) мечеными теломерными олигонуклеотидами в реакции блот-гибритизации и выражается числом «килобаз» (kb) .
В табл. 4.4.1. приведены данные о средней длине теломеров кроветворных клеток различных иерархических уровней.
Таблица 4.4.1. Длина теломеров различных кроветворных клеток (kb)
Из представленных данных следует, что наиболее длинные теломеры были выявлены в клетках тканей плода и новорожденных. В мононуклеарных и CD-34+ клетках периферической крови и костного мозга взрослых длина теломеров оказалась значительно ниже. В последние годы было установлено, что укорочение теломеров в детском возрасте происходит значительно скорее, чем у взрослых. Так, в работе Zeicher S., Palumbo Р., было показано, что у 9 детей в течение 3-х первых лет жизни скорость укорочения теломеров клеток крови оказалась в 4 раза выше, чем у взрослых, соответственно 270 bp и 50 bp в год.
Минимальная длина теломера, при которой еще возможно деление в нормальных тканях - 2 kb. Исходя из данных, полученных при культивировании фибробластов, об укорочении теломеров на 50 bp при каждом делении, нетрудно рассчитать, сколько митотических циклов может пройти клетка, имея ту или иную длину теломера, детерминированную уровнем клеточной дифференцировки, а также генетикой и возрастом индивидуума. Это число может быть значительным, составляя, например, для клеток плода и новорожденного 60-80 удвоений. Такие представления и дали основание считать теломеры «биологическими часами» клеток. Предполагается, что укорочение теломера является механизмом, определяющим число клеточных делений, предшествующих старению.
«Репродуктивное» старение клеток человека может быть разделено на 2 стадии: Ml (стадия смертности 1) и М2 (стадия смертности 2). Стадия Ml наступает после значительного укорочения теломерных участков хромосом, контролируется супрессорными белками р53 и pRb и выражается в «аресте» клеток, т.е. выходе их из митотического цикла временно или вследствие конечной дифференцировки. При недостаточности функциональной активности этих белков происходит критическое укорочение теломеров и наступает стадия М2, включающая механизм апоптоза.
Противостоит этим событиям теломераза - рибонуклеопротеиновый энзим , который используется в качестве матрицы для синтеза TTAGGG последовательностей в концевых участках хромосом, препятствуя таким образом укорочению теломеров.
Теломераза - нормальный компонент зародышевых и самообновляющихся тканей, но в большинстве соматических клеток отсутствует или присутствует в редуцированном количестве.
Таблица 4.4.2. Уровень активности теломеразы в нормальных гемопоэтических клетках (+ - +++ степень выраженности по данным, представленным в цитируемых источниках)
Система кроветворения является быстро обновляющейся тканью. Теломераза обнаруживается практически во всех дифференцированных клетках. Находясь там в количестве, недостаточном для иммортализации, теломераза способствует, по-видимому, замедлению темпа укорочения теломеров. В полипотентных стволовых клетках содержание теломеразы ниже, чем в коммитированных предшественниках.
Это казалось бы хорошо согласуется с тем, что в популяции стволовых клеток доля делящихся клеток много меньше, чем в популяции предшественников. Однако связывать активность теломеразы с пролиферативным статусом клеток было бы большим упрощением, поскольку известно, например, что активно пролиферирующие СD34-негативные предшественники имеют уровень активности теломеразы, сопоставимый с низко пролиферирующей популяцией стволовых клеток.
При культивировании CD34+ клеток активность теломеразы стимулируется смесью колониестимулирующих факторов, а цитокины, стимулирующие апоптоз (например, TGFb1), и высокие концентрации ретиноевой кислоты, напротив, снижают активность теломеразы. Митогенная стимуляция лимфоцитов повышает примерно в 20 раз активность теломеразы, которая постепенно снижается до исходного уровня через 5-10 последовательных удвоений.
Приведенные выше данные заставляют предположить существование эндогенного репрессора теломеразы.
Особенно демонстративно это следует из экспериментов по гибридизации теломер-позитивных и теломер-негативных клеток: в гибридных клонах, способных к пролиферации, уровень теломеразы оказался очень низким или не выявлялся вовсе.
Действительно, локус, ответственный за репрессию теломеразы, был выявлен на коротком плече хромосомы 3. Делеция региона 3р21 часто наблюдается при мелкоклеточном и не мелкоклеточном раке легкого и сопровождается увеличением активности теломеразы. Более того, введение нормальной хромосомы 3 в опухолевую клеточную линию с высокой активностью теломеразы вызывает ее снижение, постепенное укорочение теломеров и остановку пролиферации через 100 дней культивирования.
Эти данные являются основанием для следующих предположений:
- Супрессию теломеразы можно рассматривать как потенциальный способ подавления опухолевого роста;
- «Репродуктивное» старение клеток и, напротив, их иммортализация являются сложными многоступенчатыми процессами.
Высокая активность теломеразы характерна для большинства злокачественных опухолей. В табл.4.4.3 суммированы данные литературы о частоте высокой теломеразной активности при злокачественных новообразованиях различной локализации. Учитывались результаты определения теломеразной активности методом амплификации теломерных последовательностей в PCR-реакции (TRAP-метод). Метод этот отличается большой чувствительностью, недостатком его является возможность только полуколичественной оценки.
Таблица 4.4.3. Частота высокой активности теломеразы при раках разной локализации
*- активность выше базового уровня содержания фермента в нормальных клетках крови.
Рисунок 4.1. Пути старения клетки. Ген А, ген В, ген С - гены старения, картированные на хромосомах 4,1,7. Рисунок а - вариант старения клетки, когда работают все механизмы программы клеточного старения; программа продолжает выполняться при сохранении хотя бы одного из зффекторных механизмов старения (рис.b, с); условие иммортализации клетки - отключение всех механизмов старения (рис.d)
Приведенные данные показывают, что подавляющее большинство злокачественных опухолей характеризуется существенным повышением активности теломеразы. В клетках нормальных тканей, из которых исходит опухоль, активность теломеразы обычно отсутствует. Исключение составляют лишь стволовые кроветворные клетки, яички и яичники плода.
Определение активности теломеразы успешно используется для дифференциальной диагностики и прогноза течения злокачественных новообразований. Для злокачественных заболеваний, исходящих из кроветворных клеток, характерным является нарушение механизма, обеспечивающего стабилизацию хромосом: укорочение теломеров ниже критического предела приводит к снижению теломеразной активности и остановке деления.
Большинство онкогематологических заболеваний отличает сочетание высокой активности теломеразы с резким укорочением теломерных участков хромосом (ниже 5 kb).
Механизм возникновения такой закономерности остается нерасшифрованным: либо высокая активность теломеразы в опухоли возникает в ответ на укорочение теломеров и является результатом извращения нормальных регуляторных механизмов, либо в опухоли сохраняется высокая теломеразная активность образующей ее клоногенной стволовой клетки, следствием чего и является чрезмерная потеря теломерных последовательностей.
Теломеразная активность опухолевых клеток способствует высокому пролиферативному потенциалу, а неполноценность теломеров при продолжающемся клеточном делении формирует генетическую нестабильность, вызывает дополнительные мутации и хромосомные аберрации, лежащие в основе опухолевой прогрессии.
Интересные данные были получены Ohyashiki Y., Iwama Н.,е.а: при исследовании 93 больных с МДС у 35 пациентов было выявлено резкое укорочение теломеров. Именно в этой группе больных значительно чаще наблюдали низкую концентрацию гемоглобина, высокий процент бластных клеток, высокую частоту цитогенетических аномалий, чаще отмечалась лейкемическая трансформация.
Резкое повышение теломеразной активности (в 10-50 раз по сравнению с нормой) при ОМЛ, по мнению некоторых исследователей, является плохим прогностическим показателем и свидетельствует о лекарственной резистентности бластных кеток.
Итак, теломер/теломеразная гипотеза старения и рака может быть сформулирована следующим образом:
- прогрессивное укорочение теломера во всех соматических клетках, включая стволовые клетки обновляющихся тканей, является нормальным механизмом - биологическими часами, регулирующими клеточное старение;
- сигналом для наступления клеточного старения является укорочение до критического уровня одного или нескольких теломеров в клетке;
- теломераза репрессирована в большинстве соматических клеток, любые изменения в путях репрессии теломеразы вызывают реактивацию или повышение активности энзима;
- активация теломеразы либо любой другой механизм стабилизации теломеров в клетках опухоли является отличительным признаком всех иммортализированных популяций раковых клеток.
Перспективы использования ингибиторов теломеразы в противоопухолевой терапии
Исходя из всего сказанного в предыдущем разделе, представляется вполне реальным, что подавление активности теломеразы, может стать новым перспективным направлением противоопухолевой терапии. Назначение антителомеразных агентов вслед за стандартной противоопухолевой терапией (хирургия, облучение, химиотерапия) могло бы снизить пролиферативный потенциал резидуальных опухолевых клеток и предотвратить развитие рецидива. Ингибиторы теломеразы могли бы также быть использованы для профилактики развития опухоли в группе пациентов высокого риска и в начальных стадиях рака для профилактики метастазирования.В перспективности этого направления убеждают наблюдения над больными с особой формой нейробластомы у детей, при которой, несмотря на наличие метастазов, часто наступает спонтанная ремиссия. Отличительной особенностью этой формы нейробластомы является отсутствие активности теломеразы в опухолевых клетках.
В настоящее время можно прогнозировать развитие следующих направлений, рассчитанных на подавление теломеразной активности в опухолевых клетках:
- олигонуклеотидные антитела, преимущество которых заключается в том, что РНК-матрица теломеразы, обеспечивающая ее активное взаимодействие с теломером, легко может быть инактивирована связыванием с нуклеиновыми кислотами, в том числе и с олигонуклеотидными антителами.
- введение нормальной хромосомы 3, содержащей супрессор теломеразы, в опухолевые клетки; обнадеживающие результаты получены при введении хромосомы 3 в клеточные линии рака почки и рака грудной железы: снижение теломеразной активности подтверждалось уменьшением содержания мессенжера РНК, кодирующего каталитический протеиновый фрагмент теломеразы (hTERT) ; прекращение роста произошло после 23-43 удвоений популяции;
- использование дендритных вакцин, стимулирующих образование цитотоксических Т-лимфоцитов к hTERT-фрагменту теломеразы; эффективность таких вакцин была подтверждена в иммунизации ex vivo клеточных линий, полученных от больных с раком предстательной железы.
Другим ограничением может стать токсическое воздействие на стволовые клетки самообновляющихся тканей и герментативные органы. Однако большая длина теломеров в клетках этих тканей позволяет считать, что циторедуктивный эффект в опухолевых клетках наступит раньше, чем в нормальных клетках-мишенях, а последующая отмена препарата приведет к восстановлению теломеразной активности нормальных клеток.
Практическое применение этого направления терапии требует дальнейших теоретических и эксперимертальных исследований, но представляется весьма заманчивым.
Е.Б. Владимирская
Изучение процессов старения организма человека всегда занимало умы ученых. И сегодня многие исследователи пытаются до конца разгадать этот механизм, заключающийся в развитии и постепенном увядании клеток тела человека. Возможно, что ответы на эти вопросы помогут медикам увеличивать продолжительность жизни и улучшать ее качество при различных заболеваниях.
Сейчас существует несколько теорий о старении клетки. В этой статье мы рассмотрим одну из них. Она основана на изучении таких частей хромосом, заключающих в себе около 90 % ДНК клетки, как теломеры.
Что такое «теломеры»?
В каждом ядре клетки находится по 23 пары хромосом, представляющих собой Х-образно закрученные спирали, на концах которых находятся теломеры. Эти звенья хромосомы можно сравнить с наконечниками шнурков для обуви. Они выполняют такие же защитные функции и сохраняют целостность ДНК и генов.
Деление любой клетки всегда сопровождается раздвоением ДНК, т. к. материнская клетка должна передать информацию дочерней. Этот процесс всегда вызывает укорачивание ДНК, но клетка при этом не теряет генетическую информацию, т. к. на концах хромосом расположены теломеры. Именно они во время деления становятся короче, предохраняя клетку от утраты генетической информации.
Клетки делятся многократно и с каждым процессом их размножения теломеры укорачиваются. При наступлении критически маленького размера, который называется «предел Хейфлика», срабатывает запрограммированный механизм смерти клетки – апоптоз. Иногда – при мутациях – в клетке запускается другая реакция - программа, приводящая к бесконечному делению клетки. Впоследствии такие клетки становятся раковыми.
Пока человек молод, клетки его тела активно размножаются, но с уменьшением размеров теломер происходит и старение клетки. Она начинает с трудом выполнять свои функции, и организм начинает стареть. Из этого можно сделать такой вывод: именно длина теломер является самым точным индикатором не хронологического, а биологического возраста организма.
Краткая информация о теломерах:
- они не несут генетической информации;
- в каждой клетке человеческого организма заключено 92 теломеры;
- они обеспечивают стабильность генома;
- они защищают клетки от смерти, старения и мутаций;
- они защищают структуру конечных участков хромосом при делении клетки.
Возможно ли защитить или удлинить теломеры и продлить жизнь?
В 1998 году американские исследователи смогли преодолеть предел Хейфлика. Значение максимального укорочения теломер различно для разных типов клеток и организмов. Предел Хейфлика для большинства клеток человеческого организма составляет 52 деления. Увеличить это значение в процессе экспериментов стало возможным путем активации такого особого фермента, воздействующего на ДНК, как теломераза.
В 2009 году ученые из Стэнфордского университета были удостоены Нобелевской премии за разработку метода стимуляции теломер. Эта методика основана на применении особой молекулы РНК, несущей в себе ген TERT (обратной теломеразной транскриптазы). Она является матрицей для удлинения теломер и распадается после выполнения своей функции. Полученные клетки «омолаживаются» и начинают делиться более интенсивно, чем ранее. При этом их малигнизация, то есть превращение в злокачественные, не наступает.
Благодаря этому открытию стало возможным удлинять концы хромосом более чем на 1000 нуклеотидов (структурных единиц ДНК). Если пересчитать этот показатель на годы жизни человека, то он составит несколько лет. Такой процесс воздействия на теломеры абсолютно безопасен и не вызывает мутаций, приводящих к бесконтрольному делению и малигнизации клеток. Это объясняется тем фактом, что после введения особая молекула РНК быстро распадается и иммунитет не успевает реагировать на нее.
Ученые сделали выводы о том, что теломераза:
- защищает клетки от старения;
- продлевает жизнь клетки;
- предупреждает уменьшение длины теломер;
- создает матрицу для «достраивания» теломер;
- омолаживает клетки, возвращая их к молодому фенотипу.
Пока научные эксперименты, проводящиеся на основе теории ученых из Стэнфордского университета, выполнялись только на лабораторных мышах. В их итоге специалисты смогли затормозить старение кожи животных.
За это открытие работающая в США австралийка Элизабет Блекберн, американка Кэрол Грейдер и ее соотечественник Джек Шостак были удостоены Нобелевской премии. Ученые из Стэнфорда надеются, что созданная ими методика даст возможность в будущем лечить тяжелые заболевания (в том числе и нейродегенеративные), которые провоцируются укорочением теломер.
Питер Лэндсдорп, научный директор Европейского института биологии возраста рассказывает о роли теломер в процессах старения и образования опухолей:
Кандидат химических наук Мария Зверева, кандидат химических наук Мария Рубцова (МГУ им. М. В. Ломоносова, химический факультет).
В октябре 2009 года в Стокгольме объявлены имена лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине. Это американские учёные Элизабет Блэкбёрн (Elizabeth H. Blackburn), Кэрол Грейдер (Carol W. Greider) и Джек Шостак (Jack W. Szostak), удостоившиеся самой престижной научной награды дословно «за открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы». Попробуем разобраться, что такое теломеры и теломераза, почему и каким образом они защищают хромосомы?
Элизабет Блэкбёрн.
Кэрол Грейдер.
Джек Шостак.
Теломераза активна не во всех клеточных популяциях. Максимальная активность наблюдается в «вечно молодых» эмбриональных клетках. В стволовых клетках теломераза работает не в полную силу.
Теломеры: фунции и синтез.
ХРОМОСОМЫ НУЖДАЮТСЯ В ЗАЩИТЕ
Генетическая информация хранится в ядрах клеток в виде дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая плотно упакована в линейные хромосомы. В середине 1970-х годов Джек Шостак в своей лаборатории в Медицинской школе Гарварда провёл эксперимент. Он добавил в дрожжевые клетки фрагменты чужеродных молекул ДНК и обнаружил, что они не могут долго оставаться в клетке в исходном виде и встраиваются в хромосомы. Так выяснилось, что обломки хромосом нестабильны: они постоянно обмениваются участками с другими хромосомами, перестраиваются, в их нуклеотидных цепочках образуются разрывы, в то время как сами хромосомы остаются в неизменном виде. К счастью, клетки обладают функцией репарации - в них имеется система молекулярной «починки» случайных разрывов в хромосомных цепочках.
Всё же оставалось неясным, почему ДНК в составе хромосом стабильна, а обломки без концевых последовательностей подвержены перестройкам. Исследования Пауля Германа Мюллера (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1946 года) и Барбары Мак-Клинток (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1983 года) в начале 1940-х годов показали, что концевые участки защищают хромосомы от перестроек и разрывов. Мюллер назвал эти особые участки теломерами - от двух греческих слов: telos - конец и meros - участок. Но что представляют собой эти участки и какую функцию они выполняют в клетке, учёные тогда ещё не знали.
ТЕЛОМЕРЫ СТАБИЛИЗИРУЮТ ХРОМОСОМЫ
В 1975 году Элизабет Блэкбёрн в лаборатории Джозефа Гала в Йельском университете, изучая внехромосомные молекулы ДНК инфузории, обнаружила, что концевые участки этих молекул содержат тандемные повторяющиеся последовательности, состоящие из шести нуклеотидов: на каждом конце таких повторов было от 20 до 70.
В дальнейших экспериментах Блэкбёрн и Шостак добавили в дрожжи молекулы ДНК с присоединёнными к ним повторами из инфузории и обнаружили, что молекулы ДНК стали стабильнее. В 1982 году в совместной публикации они предположили, что эти повторяющиеся последовательности нуклеотидов и есть теломеры.
Их догадка подтвердилась. Теперь уже точно известно, что теломеры состоят из повторяющихся нуклеотидных участков и набора специальных белков, особым образом организующих эти участки в пространстве. Теломерные повторы - весьма консервативные последовательности, например, повторы всех позвоночных состоят из шести нуклеотидов - TTAGGG, повторы всех насекомых из пяти - TTAGG, повторы большинства растений из семи - TTTAGGG. Благодаря наличию в теломерах устойчивых повторов клеточная система репарации не путает теломерный участок со случайным разрывом. Таким путём обеспечивается стабильность хромосом: конец одной хромосомы не может соединиться с разрывом другой.
ТЕЛОМЕРЫ ПОСТОЯННО УКОРАЧИВАЮТСЯ
Теломерные повторы не просто стабилизируют хромосомы, они выполняют ещё одну важную функцию. Как известно, воспроизведение генетического материала от поколения к поколению происходит за счёт удвоения молекул ДНК с помощью специального фермента (ДНК-полимеразы). Этот процесс называется репликацией. Проблему «концевой репликации» ещё в 1970-х годах независимо сформулировали Алексей Матвеевич Оловников и нобелевский лауреат Джеймс Уотсон. Она заключается в том, что ДНК-полимераза неспособна полностью скопировать концевые участки линейных молекул ДНК, она лишь наращивает уже имеющуюся полинуклеотидную нить.
Откуда же берётся начальный участок? Специальный фермент синтезирует небольшую РНК-«затравку». Её размер (<20 нуклеотидов) невелик по сравнению с размером всей цепи ДНК. Впоследствии РНК-«затравка» удаляется специальным ферментом, а образовавшаяся при этом брешь заделывается ДНК-полимеразой. Удаление крайних РНК-«затравок» приводит к тому, что «дочерние» молекулы ДНК оказываются короче «материнских». То есть теоретически при каждом цикле деления клеток должна происходить потеря генетической информации. Но так происходит далеко не во всех клеточных популяциях. Почему?
ТЕЛОМЕРАЗА НЕ ДАЁТ ТЕЛОМЕРАМ УКОРАЧИВАТЬСЯ
Чтобы клетки не растеряли при делении часть генетического материала, теломерные повторы обладают способностью восстанавливать свою длину. В этом и заключается суть процесса «концевой репликации». Но учёные не сразу поняли, каким образом наращиваются концевые последовательности. Было предложено несколько различных моделей. Российский учёный А. М. Оловников предположил существование специального фермента (теломеразы), наращивающего теломерные повторы и тем самым поддерживающего длину теломер постоянной.
В середине 1980-х годов в лабораторию Блэкбёрн пришла работать Кэрол Грейдер, и именно она обнаружила, что в клеточных экстрактах инфузории происходит присоединение теломерных повторов к синтетической теломероподобной «затравке». Очевидно, в экстракте содержался какой-то белок, способствовавший наращиванию теломер. Так блестяще подтвердилась догадка Оловникова и был открыт фермент теломераза. Кроме того, Грейдер и Блэкбёрн определили, что в состав теломеразы входят белковая молекула, которая, собственно, осуществляет синтез теломер, и молекула РНК, служащая матрицей для их синтеза.
БЕЗ ТЕЛОМЕРАЗЫ КЛЕТКА СТАРЕЕТ, А С ТЕЛОМЕРАЗОЙ - ПЕРЕРОЖДАЕТСЯ
Позднее в лаборатории Шостака обнаружили, что определённые мутации в некоторых генах дрожжей приводят к быстрому укорочению теломер после каждого цикла деления клеток, в результате чего хромосомы становятся нестабильными, а клетки переходят в состояние старения (сенессенса). Теперь мы знаем, что эти гены кодируют теломеразу. Полученные данные подтвердили ещё одну гипотезу А. М. Оловникова о том, что потеря длины теломерных повторов в каждом раунде репликации хромосом зависит от числа делений клетки.
Итак, теломераза решает проблему «концевой репликации»: синтезирует повторы и поддерживает длину теломер. В отсутствие теломеразы с каждым клеточным делением теломеры становятся короче и короче, и в какой-то момент теломерный комплекс разрушается, что служит сигналом к программируемой гибели клетки. То есть длина теломер определяет, какое количество делений клетка может совершить до своей естественной гибели.
На самом деле у разных клеток могут быть разные сроки жизни. В эмбриональных стволовых клеточных линиях теломераза очень активна, поэтому длина теломер поддерживается на постоянном уровне. Вот почему эмбриональные клетки - «вечно молодые» и способны к неограниченному размножению. В обычных стволовых клетках активность теломеразы ниже, поэтому укорачивание теломер скомпенсировано лишь отчасти. В соматических клетках теломераза вовсе не работает, поэтому теломеры укорачиваются с каждым клеточным циклом. Укорочение теломер приводит к достижению предела Хайфлика - к переходу клеток в состояние сенессенса. После этого наступает массовая клеточная смерть. Уцелевшие клетки перерождаются в раковые (как правило, в этом процессе задействована теломераза). Раковые клетки способны к неограниченному делению и поддержанию длины теломер.
Наличие теломеразной активности в тех соматических клетках, где она обычно не проявляется, может быть маркёром злокачественной опухоли и индикатором неблагоприятного прогноза. Так, если активность теломеразы появляется в самом начале лимфогранулематоза, то можно говорить об онкологии. При раке шейки матки теломераза активна уже на первой стадии.
Мутации в генах, кодирующих компоненты теломеразы или других белков, участвующих в поддержании длины теломер, являются причиной наследственной гипопластической анемии (нарушения кроветворения, связанные с истощением костного мозга) и врождённого Х-сцеплённого дискератоза (тяжёлое наследственное заболевание, сопровождающееся умственной отсталостью, глухотой, неправильным развитием слёзных каналов, дистрофией ногтей, различными дефектами кожи, развитием опухолей, нарушениями иммунитета и др.).
ЗАЧЕМ ИЗУЧАТЬ ТЕЛОМЕРЫ И ТЕЛОМЕРАЗУ
Сейчас многие учёные заняты поиском взаимосвязи между активностью теломеразы и старением. Тут необходимо осознать, что длина теломер может контролировать продолжительность жизни клеток, но не всего организма. Старение как биологическое явление - более сложный многофакторный процесс. Гораздо более важна взаимосвязь между активностью теломеразы и риском развития раковых заболеваний. Учёные ищут вещества, влияющие на активность теломеразы и на структуру теломер, с целью создания новых противоопухолевых лекарственных препаратов.
Вот мы и пришли к заключению, что «открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы» - это, безусловно, великое достижение современной науки, позволяющее понять, как генетическая информация передаётся от материнской клетки к дочерней без потерь, чем определяется продолжительность жизни клеток, а также некоторые особенности их злокачественного перерождения. Обретённые знания помогут в будущем создать лекарственные препараты, избавляющие людей от неизлечимых болезней. Это действительно выдающееся научное открытие. Но не стоит забывать о выдающихся гипотезах русского учёного А. М. Оловникова, которые подтвердились в работах нынешних нобелевских лауреатов.
На тему: «Теломеры и теломераза».
Выполнила:
Жумаханова Адина
Факультет: общественное здравоохранение
Группа:
Курс:1
Алматы 2012
Введение…………………………………………………………………………………...3
1. Определение теломеры и теломеразы …………………………………………..…4-9
1.1.Функции теломер………………………………………………………………....5
1.2. Проблема концевой недорепликации ДНК………………………………….…6
2. Теломеразная активность у млекопитающих: механизмы регуляции…………..9-10
3. Теломераза, рак и старение………………………………………………….……11-13
Заключение…………………………………………………………………………...…..14
Литература……………………………………………………………………..…………15
Приложения…………………………………………………………………………..16-17
Введение.
Работа посвящена изучению строения и функций теломер и теломеразы, изучению их влияния на клеточное строение, экспрессии теломераз в нормальных клетках человека, а также изучению теломеразной активности и длины теломер в опухолевых клетках.
Актуальность работы заключается в изучении влияния фермента теломеразы на развитие опухолевых клеток, изучении возможностях процесса беспрерывного деления благодаря деятельности теломеразы.
Также актуальность работы заключается в изучении процессов старения как организма в целом, так и клетки. Работа дает возможность понять как происходит недорепликация концевых участков ДНК, какие процессы происходят в клетке для её деления, какие ферменты и белки участвуют в этих процессах.
Целью работы является изучение механизмов, сопровождающих деление клетки, изучение влияния теломеразы на внутриклеточные процессы и связь между теломеразой, раковыми клетками и старением клетки.
Теломеры и теломераза
Теломеры (от др.греч. τέλος - конец и μέρος - часть) - концевые участки хромосом. Теломерные участки хромосом характеризуются отсутствием способности к соединению с другими хромосомами или их фрагментами и выполняют защитную функцию. У большинства организмов теломерная ДНК представлена многочисленными короткими повторами. Их синтез осуществляется необычным РНК-содержащим ферментом теломеразой.
Существование специальных структур на концах хромосом было постулировано в 1938 году классиками генетики, лауреатами Нобелевской премии Барбарой Мак-Клинток и Германом Мёллером. Независимо друг от друга они обнаружили, что фрагментация хромосом (под действием рентгеновского облучения) и появление у них дополнительных концов ведут к хромосомным перестройкам и деградации хромосом. В сохранности оставались лишь области хромосом, прилегающие к их естественным концам. Лишенные концевых теломер, хромосомы начинают сливаться с большой частотой, что ведет к тяжелым генетическим аномалиям. Следовательно, заключили они, естественные концы линейных хромосом защищены специальными структурами. Г. Мёллер предложил называть их теломерами.
У большинства эукариот теломеры состоят из специализированной линейной хромосомной ДНК, состоящей из коротких тандемных повторов. В теломерных участках хромосом ДНК вместе со специфически связывающимися с теломерными ДНК-повторами белками образует нуклеопротеидный комплекс - конститутивный (структурный) теломерный гетерохроматин. Теломерные повторы - весьма консервативные последовательности, например повторы всех позвоночных состоят из шести нуклеотидов TTAGGG, повторы всех насекомых - TTAGG, повторы большинства растений - TTTAGGG.
В последующие годы выяснилось, что теломеры не только предотвращают деградацию и слияние хромосом (и тем самым поддерживают целостность генома хозяйской клетки), но и, по-видимому, ответственны за прикрепление хромосом к специальной внутриядерной структуре (своеобразному скелету клеточного ядра), называемой ядерным матриксом. Таким образом, теломеры играют важную роль в создании специфической архитектуры и внутренней упорядоченности клеточного ядра.
У дрожжей повторяющиеся блоки в теломерной ДНК заметно длиннее, чем у простейших, и зачастую не столь регулярные. Каково же было удивление ученых, когда оказалось, что теломерная ДНК человека построена из TTAGGG-блоков, то есть отличается от простейших всего лишь одной буквой в повторе. Более того, из TTAGGG-блоков построены теломерные ДНК (вернее, их G-богатые цепи) всех млекопитающих, рептилий, амфибий, птиц и рыб. Столь же универсален теломерный ДНК-повтор у растений: не только у всех наземных растений, но даже у их весьма отдаленных родственников - морских водорослей он представлен последовательностью TTTAGGG. Впрочем, удивляться здесь особенно нечему, так как в теломерной ДНК не закодировано никаких белков (она не содержит генов), а у всех организмов теломеры выполняют универсальные функции.
1.1.Функции теломер:
1. Участвуют в фиксации хромосом к ядерному матриксу, обеспечивая правильную ориентацию хромосом в ядре.
2.Соединяют друг с другом концы сестринских хроматид, образующихся в хромосоме после S-фазы. Структура теломер однако допускает расхождение хроматид в анафазе. Мутация гена теломеразной РНК с изменением нуклеотидной последовательности теломер приводит к нерасхождению хроматид.
3. Предохраняют от недорепликации генетические значимые отделы ДНК в отсутствие теломераз.
4.Стабилизируют в присутствии теломераз концы разорванных хромосом путем добавления к ним теломер с возможностью функционирования. Примером является восстановление функции гена α – талассемией путем добавления теломер к точкам разрыва длинного плеча 16 хромосомы.
5. Влияют на активность генов. Гены, расположенные рядом с теломерами, функционально менее активны(репрессированы). Данный эффект носит название транскрипционного молчания или сайленсинга. Укорочение теломер приводит к отмене эффекта положения генов с активацией прителомерных генов. В основе сайленсинга может лежать действие белков(Rap1, TRF1), взаимодействующих с теломерами.
6. Выступают в качестве регулятора количества клеточных делений. Каждое деление клетки сопровождается укорочением теломеры на 50-65 пар нуклеотидов. В отсутствие теломеразной активности количество делений клетки будет определяться протяженностью оставшихся теломер.
