Теломеры и теломераза. низкокалорийное питание. Корень астрагала удлиняет теломеры

20 Января 2014

XXI столетие ознаменовалось наступлением новой эры в области диетологии, продемонстрировавшей огромную пользу, которую может принести здоровью человека правильный подбор рациона. С этой точки зрения поиски секрета «таблеток от старости» уже не выглядят несбыточной мечтой. Последние открытия ученых указывают на то, что определенным образом подобранное питание может, по крайней мере частично, изменить ход биологических часов организма и замедлить его старение. В данной статье современная информация, полученная специализирующимися в области диетологии учеными, проанализирована в контексте улучшения состояния теломер, являющегося ключевым механизмом замедления старения в буквальном смысле этого слова.

Теломеры – это повторяющиеся последовательности ДНК, локализующиеся на концах хромосом. При каждом делении клетки теломеры укорачиваются, что в конечном итоге приводит к утрате клеткой способности к делению. В результате клетка вступает в фазу физиологического старения, ведущую к ее гибели. Накопление таких клеток в организме повышает риск развития заболеваний. В 1962 году Леонард Хейфлик (Leonard Hayflick) совершил революцию в биологии, разработав теорию известную как теория предела Хейфлика. Согласно этой теории, максимальная потенциальная продолжительность жизни человека составляет 120 лет. Согласно теоретическим подсчетам, именно к этому возрасту в организме становится слишком много клеток, не способных делиться и поддерживать его жизнедеятельность. Пятьдесят лет спустя появилось новое направление науки о генах, открывшее человеку перспективы оптимизации его генетического потенциала.

Различные стрессовые факторы способствуют преждевременному укорочению теломер, что, в свою очередь, ускоряет биологическое старение клеток. Многие пагубные для здоровья возрастные изменения организма ассоциированы с укорочением теломер. Доказано существование взаимосвязи между укорочением теломер и заболеваниями сердца, ожирением, сахарным диабетом и дегенерацией хрящевой ткани. Укорочение теломер снижает эффективность функционирования генов, что влечет за собой триаду проблем: воспаление, окислительный стресс и снижение активности иммунных клеток. Все это ускоряет процесс старения и повышает риск развития возрастных болезней.

Еще одним важным аспектом является качество теломер. Например, пациенты с болезнью Альцгеймера далеко не всегда имеют короткие теломеры. В то же время их теломеры всегда демонстрируют выраженные признаки функциональных нарушений, коррекции которых способствует витамин Е. В определенном смысле теломеры являются «слабым звеном» ДНК. Они легко повреждаются и нуждаются в восстановлении, однако не располагают мощными репарационными механизмами, используемыми другими регионами ДНК. Это приводит к накоплению частично поврежденных и плохо функционирующих теломер, низкое качество которых не зависит от их длины.

Одним из подходов к замедлению процесса старения является применение стратегий, замедляющих процесс укорочения теломер, одновременно защищающих их и устраняющих возникающие повреждения. В последнее время специалисты получают все больше данных, согласно которым этого можно добиться путем правильного подбора рациона питания.

Еще одной привлекательной перспективой является возможность удлинения теломер с одновременным поддержанием их качества, что в прямом смысле позволит повернуть стрелки биологических часов вспять. Этого можно добиться путем активизации фермента теломеразы, способного восстанавливать утраченные фрагменты теломер.

Базовое питание для теломер

Активность генов проявляет определенную гибкость, и питание является превосходным механизмом компенсирования генетических недостатков. Многие генетические системы закладываются в течение первых недель внутриутробного развития и формируются в раннем возрасте. После этого они подвергаются влиянию широкого спектра факторов, в т.ч. пищевых. Это влияние можно назвать «эпигенетическими настройками», определяющими то, как гены проявляют заложенные в них функции.

Длина теломер также регулируется эпигенетически. Это означает, что на нее оказывает влияние рацион питания. Плохо питающиеся матери передают детям неполноценные теломеры, что в будущем повышает риск развития заболеваний сердца (для клеток пораженных атеросклерозом артерий характерно большое количество коротких теломер). Напротив, полноценное питание матери способствует формированию у детей теломер оптимальной длины и качества.

Для полноценного функционирования теломер необходимо их адекватное метилирование. (Метилирование – это химический процесс, заключающийся в присоединении к нуклеиновому основанию ДНК метильной группы (-CH3).) Основным донором метильных групп в клетках человека является кофермент S-аденозилметионин, для синтеза которого организм использует метионин, метилсульфонилметан, холин и бетаин. Для нормального протекания процесса синтеза этого кофермента необходимо присутствие витамина В12, фолиевой кислоты и витамина В6. Фолиевая кислота и витамин В12 одновременно вовлечены во многие механизмы, обеспечивающие стабильность теломер.

Наиболее важными пищевыми добавками для поддержания теломер являются качественные витаминные комплексы, принимаемые на фоне рациона, содержащего адекватное количество белков, в особенности серосодержащих. В такой рацион должны входить молочные продукты, яйца, мясо, курица, бобовые, орехи и зерновые. Яйца являются наиболее богатым источником холина.

Для поддержания хорошего настроения мозгу также требуется большое количество метильных доноров. Хронический стресс и депрессия часто свидетельствуют о дефиците метильных доноров, что означает плохое состояние теломер и их подверженность преждевременному укорочению. Это является основной причиной того, что стресс старит человека.

Результаты исследования с участием 586 женщин показали, что теломеры участниц, регулярно принимавших мультивитамины, были на 5% длиннее теломер женщин, не принимавших витамины. У мужчин наиболее высокие уровни фолиевой кислоты соответствовали более длинным теломерам. Еще одно исследование с участием людей обоих полов также выявило положительную взаимосвязь между содержанием фолиевой кислоты в организме и длиной теломер.

Чем большую нагрузку вы испытываете и/или чем хуже себя чувствуете эмоционально или психически, тем больше внимания вам следует уделять получению достаточного количества базовых питательных веществ, которые помогут не только вашему мозгу, но и вашим теломерам.

Минералы и антиоксиданты способствуют сохранению стабильности генома и теломер

Питание является превосходным механизмом замедления износа организма. Многие питательные вещества защищают хромосомы, в том числе теломеразную ДНК, и повышают эффективность работы механизмов восстановления ее повреждений. Недостаток антиоксидантов ведет к увеличению количества повреждений под действием свободных радикалов и повышению риска деградации теломер. Например, теломеры пациентов с болезнью Паркинсона короче, чем теломеры здоровых людей такого же возраста. При этом степень деградации теломер непосредственно зависит от выраженности свободно-радикальных повреждений, ассоциированных с заболеванием. Также показано, что женщины, употребляющие с пищей мало антиоксидантов, имеют короткие теломеры и входят в группу повышенного риска развития рака молочной железы.

Для функционирования многих ферментов, вовлеченных в копирование и восстановление повреждений ДНК, необходим магний. Одно из исследований на животных показало, что недостаток магния ассоциирован с увеличением выраженности свободно-радикальных повреждений и укорочением теломер. Эксперименты на клетках человека продемонстрировали, что отсутствие магния приводит к стремительной деградации теломер и подавляет деление клеток. В день, в зависимости от интенсивности нагрузки и уровня стресса, организм человека должен получать 400-800 мг магния.

Цинк играет важную роль в функционировании и восстановлении ДНК. Недостаток цинка приводит к появлению большого количества разрывов цепочек ДНК. У пожилых людей недостаток цинка ассоциирован с короткими теломерами. Минимальное количество цинка, которое человек должен получать в день, составляет 15 мг, а оптимальные дозировки составляют около 50 мг в день для женщин и 75 мг – для мужчин. Получены данные, согласно которым новый цинкосодержащий антиоксидант карнозин уменьшает скорость укорочения теломер в фибробластах кожи, одновременно замедляя их старение. Карнозин также является важным антиоксидантом для мозга, что делает его хорошим помощников в борьбе со стрессом. Многие антиоксиданты способствуют защите и восстановлению ДНК. Например, установлено, что витамин С замедляет укорочение теломер в клетках сосудистого эндотелия человека.

Впечатляет тот факт, что одна из форм витамина Е, известная как токотриенол, способна восстанавливать длину коротких теломер в фибробластах человека. Также есть данные о способности витамина С стимулировать активность удлиняющего теломеры фермента теломеразы. Эти данные свидетельствуют в пользу того, что употребление определенных продуктов питания способствует восстановлению длины теломер, что потенциально является ключом к обращению процесса старения вспять.

ДНК находится под непрерывной атакой свободных радикалов. У здоровых полноценно питающихся людей система антиоксидантной защиты частично предотвращает и восстанавливает повреждения ДНК, что способствует сохранению ее функций.

По мере старения человека его здоровье постепенно ухудшается, в клетках происходит накопление поврежденных молекул, запускающих процессы свободно-радикального окисления и препятствующих восстановлению повреждений ДНК, в том числе теломер. Этот процесс, нарастающий по принципу «снежного кома», может усугубляться такими состояниями, как ожирение.

Воспаление и инфекции способствуют деградации теломер

На современном уровне понимания биологии теломер наиболее реалистичной перспективой является разработка методов замедления процесса их укорочения. Возможно, со временем человеку удастся достичь своего предела Хейфлика. Это возможно только в том случае, если мы научимся препятствовать износу организма. Сильные стрессы и инфекции являются двумя примерами причин такого износа, ведущего к укорочению теломер. Оба воздействия имеют выраженный воспалительный компонент, стимулирующий продукцию свободных радикалов и вызывающий повреждения клеток, в том числе теломер.

В условиях сильного воспалительного стресса гибель клеток стимулирует их активное деление, что, в свою очередь, ускоряет деградацию теломер. Кроме того, формирующиеся при воспалительных реакциях свободные радикалы также повреждают теломеры. Таким образом, мы должны прикладывать максимальные усилия к подавлению как острых, так и хронических воспалительных процессов и предотвращению инфекционных заболеваний.

Однако полное исключение из жизни стрессов и воспалительных реакций является невыполнимой задачей. Поэтому хорошей идеей при травмах и инфекционных заболеваниях является добавление в рацион витамина D и докозагексаеновой кислоты (омега-3 жирной кислоты), способных оказать поддержку теломерам в условиях воспаления.

Витамин D модулирует количество тепла, генерируемого иммунной системой в ответ на воспаление. При дефиците витамина D существует опасность перегрева организма, синтеза огромного количества свободных радикалов и повреждения теломер. Способность переносить стресс, в том числе инфекционные заболевания, во многом зависит от уровня витамина D в организме. В исследовании с участием 2 100 близнецов женского пола в возрасте 19-79 лет ученые продемонстрировали, что наиболее высокие уровни витамина D ассоциированы с наиболее длинными теломерами, и наоборот. Разница в длине теломер при наиболее высоких и наиболее низких уровнях витамина D соответствовала примерно 5 годам жизни. Еще одно исследование показало, что употребление взрослыми с избыточной массой тела 2 000 МЕ витамина D в день стимулирует активность теломеразы и способствует восстановлению длины теломер, несмотря на метаболический стресс.

Подавление воспалительных процессов естественным образом путем коррекции рациона питания является ключом к сохранению теломер. Немаловажную роль в этом могут сыграть омега-3 жирные кислоты – докозагексаеновая и эйкозапентаеновая. Наблюдение за группой пациентов с заболеваниями сердечно-сосудистой системы в течение 5 лет показало, что наиболее длинные теломеры были у пациентов, употреблявших большее количество этих жирных кислот, и наоборот. При проведении еще одного исследования было установлено, что повышение уровня докозагексаеновой кислоты в организме пациентов с умеренными нарушениями познавательной функции снижало скорость укорочения их теломер.

Существует очень большое количество пищевых добавок, подавляющих активность воспалительного сигнального механизма, опосредуемого ядерным фактором каппа-би (NF-kappaB). Экспериментально доказано положительное влияние на состояние хромосом, оказываемое посредством запуска этого противовоспалительного механизма, таких природных соединений, как кверцетин, катехины зеленого чая, экстракт виноградных косточек, куркумин и ресвератрол. Обладающие этим свойством соединения также содержатся во фруктах, овощах, орехах и цельном зерне.

Одним из наиболее активно изучаемых природных антиоксидантов является куркумин, придающий ярко-желтую окраску приправе карри. Разные группы исследователей изучают его способность стимулировать восстановление повреждений ДНК, в особенности эпигенетических нарушений, а также предотвращать развитие рака и повышать эффективность его лечения.
Еще одним многообещающим природным соединением является ресвератрол. Результаты исследований на животных свидетельствуют о том, что ограничение калорийности рациона при сохранении его питательной ценности сохраняет теломеры и увеличивает продолжительность жизни за счет активации гена sirtuin 1 (sirt1) и повышению синтеза белка сиртуина-1. Функция этого белка заключается в «настройке» систем организма на работу в «режиме экономии», что очень важно для выживания вида в условиях недостатка питательных веществ. Ресвератрол напрямую активирует ген sirt1, что положительно сказывается на состоянии теломер, в особенности в отсутствие переедания.

На сегодняшний день очевидно, что короткие теломеры являются отражением низкого уровня способности систем клетки к восстановлению повреждений ДНК, в том числе теломер, что соответствует повышенному риску развития рака и болезней сердечно-сосудистой системы. В рамках интересного исследования с участием 662 человек у участников с детского возраста до 38 лет регулярно оценивали содержание в крови липопротеинов высокой плотности (ЛПВП), известных как «хороший холестерин». Наиболее высокие уровни ЛПВП соответствовали наиболее длинным теломерам. Исследователи считают, что причина этого кроется в менее выраженном накоплении воспалительных и свободно-радикальных повреждений.

Резюме

Основной вывод из всего вышеперечисленного заключается в том, что человек должен вести образ жизни и соблюдать рацион питания, минимизирующие износ организма и предотвращающие повреждения, вызываемые свободными радикалами. Важным компонентом стратегии защиты теломер является употребление продуктов, подавляющих воспалительные процессы. Чем лучше состояние здоровья человека, тем меньше усилий он может предпринимать, и наоборот. Если вы здоровы, ваши теломеры будут укорачиваться в результате нормального процесса старения, поэтому для минимизации этого влияния вам достаточно по мере взросления (старения) увеличивать поддержку теломер с помощью пищевых добавок. Параллельно этому следует вести сбалансированный образ жизни и избегать видов деятельности и употребления веществ, оказывающих отрицательное влияние на здоровье и ускоряющих деградацию теломер.

Более того, при неблагоприятных стечениях обстоятельств, таких как несчастные случаи, заболевания или эмоциональные травмы, теломерам следует обеспечивать дополнительную поддержку. Затяжные состояния, такие как посттравматический стресс, чреваты укорочением теломер, поэтому очень важным условием для любого типа травмы или неблагоприятного воздействия является полное восстановление.

Теломеры отражают жизнеспособность организма, обеспечивающую его способность справляться с различными задачами и требованиями. При укорочении теломер и/или их функциональных нарушениях организму приходится прилагать бОльшие усилия для того, чтобы выполнять повседневные задачи. Такая ситуация приводит к накоплению в организме поврежденных молекул, что затрудняет процессы восстановления и ускоряет старение. Это является предпосылкой развития целого ряда заболеваний, указывающих на «слабые места» организма.

Состояние кожи является еще одним показателем статуса теломер, отражающим биологический возраст человека. В детстве клетки кожи делятся очень быстро, а с возрастом скорость их деления замедляется в стремлении сэкономить утрачивающие способность к восстановлению теломеры. Лучше всего биологический возраст оценивать по состоянию кожи предплечий рук.

Сохранение теломер является исключительно важным принципом сохранения здоровья и долголетия. Сейчас перед нами открывается новая эра, в которой наука демонстрирует все новые способы замедления старения с помощью продуктов питания. Никогда не поздно и не рано начать вносить в свой образ жизни и рацион питания изменения, которые направят вас в нужном направлении.

Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» по материалам NewsWithViews.com:

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.

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.

Функции теломер

Механические.

а) фиксация хромосом к ядерному матриксу;

б) теломеры сцепляют друг с другом концы сестринских хроматид; в то же время структура теломер такова, что допускает расхождение хроматид в анафазе.

2. Стабилизационные.

а) наличие теломер предохраняет от недорепликации генетически значимые отделы ДНК;

б) осуществляют стабилизацию концов разорванных хромосом. Например, у больных α-талассемией в генах α-глобина происходят разрывы хромосомы 16q, и к поврежденному концу добавляются теломерные повторы.

3. Влияние на экспрессию генов. Свойство теломер – эффект положения: активность генов, расположенных рядом с теломерами, снижена (репрессирована). Такой эффект обозначают как транскрипционное молчание, или сайленсинг. При значительном укорочении теломер эффект положения пропадает и прителомерные гены активируются.

а) Сайленсинг может быть результатом действия белков Rap1 или TRF1.

б) эффект положения может быть обусловлен близостью к ядерной оболочке. По гипотезе А.М. Оловникова, в этой облочке могут располагаться Са+-каналы, и поток ионов Са влияет на взаимолействие белков с близлежащими генами.

4. «Счетная» функция. Теломерные отделы ДНК выступают в качестве часового устройства (т.н.репликометра), которое отсчитывает количество делений клетки после исчезновения теломеразной активности. Каждое деление клетки приводит к укорочению теломеры на 50-65 н.п. Причем, для клетки важней не то сколько делений уже прошло, а сколько еще осталось до критического укорочения теломеры. Т.о. можно сказать, что теломеры – устройство, определяющее количество делений, которые способна совершит нормальная клетка в отсутствие теломеразы.

Достигая критически короткой длины, теломеры теряют возможность выполнять свои функции, клеточный цикл нарушается, и клетка погибает.

Фермент теломераза используется для поддержания длины теломерной ДНК.т Она удлиняет G-цепь каждой теломеры.

Ключевой вопрос теломерной биологии – в каких клетках имеется и функционирует теломераза, а в каких клетках ее нет. Считают, что именно в нем кроется связь данной проблемы со старением и канцерогенезом.

Распространение теломеразы в нормальных клетках:

а) с наибольшим постоянством теломераза обнаруживается в органах кроветворения – костном мозгу, лимфоузлах и т.д.

б) с меньшей частотой обнаруживают фермент в органах с условно постмитотическими клетками – печени, поджелудочной железе, а также, в респиратоныхотделах легких, в стволовых клетках предстательной железы;

в) не обнаруживается теломераза в мозгу и в мышечных тканях, где большинство составляют постмитотические клетки.

Т.о., теломераза имеется во многих из тех соматических клеток, которые способны к делениям.

Получить доступ к кодам «молодости»? Не проблема! Если только мы готовы к «странностям», парадоксальностям и (о, ужас!) - к неадекватностям нашего супер тела.

Странность начинается, когда мы узнаем, что вообще-то поиску и осознанию кодов «молодости» мешают наши когнитивные поломки.

Нейробиологи успокаивают: «С этой странностью можно справиться, если относиться к себе с самоиронией. Наше супер тело на уровне мозга частенько ведет себя «не супер». Мозг бунтует против объективной реальности и новизны. Но с этим можно работать!».

Не так давно в англоязычном сегменте интернета появилась «бомба». Ученые представили огромный список наших когнитивных искажений, или, проще, - поломок.

Как принять такое откровение: нас часто посещает иллюзия, что какие-то вещи мы делаем очень правильно и логически, а на самом деле - все наоборот? А ведь подобное восприятие проявляется во всех сферах жизни. Собственно, оно сильно усложняет нам доступ к кодам «молодости». Ученые представляют доказанные факты, а мы - не воспринимаем. Но вот, наконец, восприняли: «Ура! Оказывается, омоложение на клеточном уровне - в наших руках!». И через пять минут - забыли. Новое знание рассеялось - его «проглотила» когнитивная поломка!

«Расстраиваться не стоит, это - поправимо! Во-первых, надо принять тот факт, что мозг иногда искажает объективную реальность, а во-вторых, - не бояться знакомиться с этими искажениями. Чем больше мы о них знаем, тем больше они теряют свою силу», - успокаивают нас нейробиологи.

О главных кодах «молодости» необходимо говорить по-разному, и почаще. Это не совсем простая информация. А любую сложность мозг «не любит», потому что на ее освоение и запоминание он вынужден тратить энергию. Поэтому он всячески увиливает от этого, вытесняя из памяти то, что мы хотим себе вложить.

Один из главных кодов «молодости» - теломеры . Что такое теломеры ? Нет, это не что-то, меряющее тело! Это - концевой участок ДНК, или, другими словами, - концевые участки хромосом. Наш организм состоит из клеток, которые способны делиться, создавая свои собственные копии. На первый взгляд, кажется, что если клетки постоянно обновляются, то организм может жить вечно. Но это невозможно. Самая важная часть клетки - это хромосомы, в них хранится информация о клетке. При делении клетки, хромосомы тоже делятся, создавая копию всей необходимой информации. На кончиках хромосом и находятся теломеры.

Теломеры под микроскопом - подсвеченные участки

Наше старение начинается тогда, когда теломеры начинают укорачиваться. Затормозить старение означает - не дать им укорачиваться в «естественном» ритме. Остановить полностью процесс укорачивания теломер - невозможно, а приостановить - вполне! И это уже очень великое достижение в нашей наладке «вечной молодости».

Почему нельзя полностью прекратить уменьшение теломер? Потому что этот процесс заложен самой программой жизни. Чтобы наша жизнь продолжалась, клетки должны делиться. За всю нашу жизнь каждая клетка делится около 50 раз. Это граница жизни! С каждым делением клетки теломеры укорачиваются. Укорачивание теломер - и есть самый точный маркер старения. Если врач, не знающий нашего возраста и внешности, посмотрит в лаборатории наши теломеры , он точно определит наш возраст. Значит:

• Первая (неустранимая) причина укорачивания теломер - само время нашего пребывания на земле.
• Вторая (устранимая) причина укорачивания теломер - стресс.
• Третья (устранимая) причина укорачивания теломер - нездоровая еда.

Две причины укорачивания теломер , которые мы можем контролировать - это уже очень много для достижения феерических результатов. Вот они - те самые 20-25 лишних лет взрослой свежести, которые мы можем вполне себе позволить.

Еще недавно ученые считалось, что теломеры укорачиваются необратимо - и их ничем не нарастить. А большинство из нас вообще ничего не знали о теломерах - «стрессовали», ели «старящую» еду, и, как итог, безнадежно «сжигали» свои теломеры.

Сейчас это уже не так. Оказывается, размер теломеров можно отчасти нарастить обратно. За доказательство этого «таинственного» свойства теломеров в 2009 году была вручена Нобелевская премия американским ученым Элизабет Блекберн, Кэрол Грейдер и Джеку Шостаку . В нашем супертеле есть фермент - теломераза, который, собственно, и удлиняет наши теломеры. Теперь теломеразу можно воспринимать как омолаживающий «крем», производимый нашим супертелом. Именно он обеспечивает «сверхдорогой» эффект «молодость изнутри». Работа этого «крема» усиливается в разы, если мы умеем управлять стрессом и переходим на омолаживающую еду.

Как Лиз Джонс нарастила свои теломеры

Известная журналистка Лиз Джонс поделилась своей историей, как за каких-то пару лет постарела на целое десятилетие. «Никогда, никогда, никогда не повторяйте мою ошибку!», - обращается к нам Лиз. Лиз (полное имя - Элизабет Энн Джонс) -британская журналистка, русская версия Ксюши Собчак в «разбавленном виде».

Она работала в «The Sunday Times» и «Evening Standard», была редактором «Marie Claire». Сейчас ведет колонки в «Daily Mail» и «The Mail on Sunday», пишет для «High Life Magazine». Несколько лет назад Лиз была отмечена призом «Обозреватель года».

Лиз увлеченно читают, следят за ее жизнью, любят и ненавидят, считают талантливым журналистом, но сложным человеком. Она пишет о несправедливостях мира, о модной индустрии, о бедных животных, о разноплановых социальных проблемах, со знанием дела выводила на «чистую воду» Ким Кардашьян и Викторию Бекхэм .

О том, что Лиз заботят вопросы «вечной молодости», никто и подумать не мог! Итак, Джонс заговорила о старении, о том, как она в одночасье была накрыта «волной старения», и как она эту волну «отразила». На то время Лиз исполнилось 57-лет. Она вела яркий образ жизни: востребованность на всех фронтах, масса читателей, награды, «планов громадье». При таком раскладе старение казалось чистой абстракцией. Ее все устраивало, и даже не портящаяся внешность. Декоративная косметика и детский взгляд на мир - ее главные инструменты омоложения в то время.

Но в какой-то момент все пошло не так. Лиз развелась с мужем. Ей захотелось интеллектуальной романтики - перебраться из Лондона в маленький городок и писать книги среди пасторальных холмов. Взяв крупный кредит, Лиз приобрела огромный дом с участком земли. Но вскоре дом показался слишком большим и неуютным, климат - слишком сырым и холодным, а жизнь - одинокой и ужасной. Но самой большой проблемой оказалась выплата кредита. Удаленность от родителей, друзей и коллег по работе также давала о себе знать. У нее пропал аппетит, сон, и даже способность расслабляться.

Но пик кризиса наступил, когда Лиз из-за поломки автомобиля опоздала на важную деловую встречу. И тут нервная «пружина» выстрелила! «Я почувствовала, что дошла до предела: я не могла больше так жить, не могла даже дышать - и разрыдалась! После часа ожидания помощи я случайно взглянула в зеркало заднего вида - ко мне подъезжал эвакуатор. О, нет! О, ужас! Мое сердце упало! Из зеркала на меня смотрела старая, потрепанная женщина, с обвислым, серым лицом и огромными мешками под глазами.

Мгновенно пришло осознание - мой неправильный выбор, мои когнитивные “глюки” притянули старость! За каких-то три года я так постарела!».

Слева Лиз Джонс с нормальными теломерами,
справа - с укороченными

«Исправлять ситуацию!», - в таком порыве Лиз просто понеслась к писательнице Тэа Сингер, которая в тот момент как раз выпустила книгу «Сокращаем стресс - омолаживаем тело и душу». В книге рассказывалось о супер исследовании, проведенном двумя очень талантливыми женщинами - уже упомянутой Элизабет Блекберн (нобелевским лауреатом) и Элиссой Эбель (ведущим ученым-психиатром). Важность этой работы сложно переоценить. Авторы связывают наше старение со стрессом и подсказывают, как, управляя стрессом и образом жизни, можно «отремонтировать» внешность, омолодить все системы организма.

Это особенно важно для женщин, так как они в силу повышенной эмоциональности больше подвержены стрессу, чем мужчины. «Причем с неизбежным колоссальным стрессом женщины начинают сталкиваться в возрасте 40+. Организм начинает гормонально перестраивается, подросшие дети - бунтовать, пожилые родители - болеть, мужья - проходить кризис среднего возраста, а в карьерном плане усиливается возрастная конкуренция. Стресс заедается нездоровой едой, и круг замыкается.

Стресс особенно сильно ускоряет ход наших . Когда моя дочь стала подростком, наши отношения испортились. Для меня это оказалось стрессовым «цунами». Уход за больными родителями - это почти всегда ноша женщин! У женщин, ухаживающих за больными детьми или родителями, теломеры укорачиваются резко. Но они увеличиваются, как только женщины входят в полосу позитива и душевного благополучия», - рассказывает Тэа Синглер .

Тот самый «секретный» крем

«Моя мама не ходила в фитнес-центр, не делала эпиляцию, не водила машину и не знала, как подписать чек, - пока не умер папа. Она всегда выглядела подтянутой, элегантной и ухоженной, в отличие от современных не работающих домохозяек, которым почему-то постоянно не хватает времени. Поразительно, что мама содержала в блестящем состоянии свой дом, притом что почти всю работу делала вручную, а сегодняшние домохозяйки с миллионом гаджетов ничего не успевают», - острит Лиз , и продолжает, - «Мама была в равновесии! Она и ее работающие подруги ничего не знали о том уровне стресса, с которым живем сегодня мы. Они много двигались, работали в саду, ездили на велосипеде…».

Доказано, что активное движение оперативно выводит гормоны стресса из крови, а значит - не повреждается ДНК, и не укорачиваются теломеры. Именно гормоны стресса укорачивают теломеры . Вот почему так важен фитнес!

При стрессе в кровь выбрасывается гормон кортизол, который «кромсает» теломеры, а, значит, ускоряет старение. Но старит не только «плохой» стресс, изматывает и «хороший» стресс, при котором в кровь выбрасывается гормон адреналин. Волнующая встреча, долгожданное событие, свадьба, переезд на новое место … - все это вызывает будоражащие чувства и относится к хорошему стрессу. Мы получаем прилив энергии, поднимается тонус. Но если восторг нас долго не покидает, адреналин не понижается, - мы изматываемся и вянем. Необходимо остыть и прийти в равновесие.

Равновесие в паре с глубоким душевным благополучием «наращивает» теломеры, - старение тормозится. Мы снова расцветаем!

Теперь Лиз Джонс можно назвать экспертом по долгой молодости. Она уже неплохо управляет стрессом, может прочитать целую лекцию об искажениях нашего мозга. Собственно, наши когнитивные искажения в большинстве случаев и приводят к стрессам: мы совершаем ошибки. Лиз приобрела стрессоустойчивость. Попав в автомобильную пробку, она улыбается и включает музыку. Принимает хелатную форму , стимулирующую рост теломеров. Витамины хелатной формы мы получаем из еды, а не из аптечных препаратов. У подруг Лиз , которые, как и сама она, принимают Омега -3 из семян льна, - теломеры длиннее, чем у тех, кто не делает этого.

«От стрессов никуда не деться - это непременная часть нашей жизни, но реагировать на них надо по-новому. Наращивать свою стрессоустойчивость надо постоянно», - говорит Лиз , - «В какой-то момент мы начинаем совершать ужасные ошибки и загоняем себя в стрессы». Сегодня уже есть масса методик по стрессоустойчивости. А еще Лиз сочетает телефонные разговоры и сериалы с домашним фитнесом или танцами. И делает это с огромным удовольствием. «Ключевое слово здесь - с удовольствием», - уточняет она.

Обычно у женщин в тренажерном зале лицо и шея напряжены. Это говорит о том, что девушки в погоне за супертелом занимаются без удовольствия. В этом случае в кровь выбрасываются плохие гормоны стресса. Бедные наши теломеры ! А должно быть наоборот - если упражнения приносят удовольствия, тогда и гормоны в кровь будут выбрасываться позитивные.

И, конечно, сон! Как самый сильный регулятор супер тела , он со своей стороны никогда не подводит, если мы ему не противостоим.

Стоит ли пробовать новые препараты для наращивания теломер ?

Сегодня в лучших лабораториях мира ищут искусственные решения по наращиванию теломер, ведутся клинические исследования. Такие решения даже появились на рынке. Многие ученые советуют не торопиться приобретать препарат с непрогнозируемым эффектом. Дело в том, что молекулярная медицина - относительно молодое направление. Прошло еще сравнительно мало времени с тех пор, как начался поиск средств искусственного наращивания теломер . Для медицинских препаратов отводится долгое время на проверку. Еще не так много накоплено знаний о тонкостях этого процесса.

Благоразумнее опираться на проверенный, естественный путь, который мудро заложен в нашем организме от начала веков. Это нам советуют ученые из Калифорнийского университета в Сан-Франциско, которые провели исследование по естественному удлинению теломер. За пять лет у людей, которые перешли на здоровое питание, как минимум 30 минут в день гуляли на свежем воздухе, делали комплекс из легких упражнений, не стрессовали, длина теломер выросла в среднем на 10%. У тех, кто вел привычный образ жизни, теломеры сокращались.

Вывод: Не зная ничего о наших теломерах, мы наносим себе колоссальный вред - буквально «за уши» притягиваем свою старость. Чем длиннее наши теломеры, тем дольше мы остаемся молодыми и здоровыми. Теломеры сокращаются от стресса и нездоровой еды, а удлиняются вновь - от душевного благополучия, позитива и омолаживающего, здорового питания.

В нашем супер теле уже заложены суперинструменты по омоложению без рисков и денежных трат. Но обладание этими инструментами все же имеет свою цену, которая заключается, прежде всего, в перемене мышления, без которой ни стрессоустойчивости, ни здорового образа жизни нам не достичь. А как поменять мышление? Познакомимся для начала со списком наших когнитивных (мозговых) поломок, который я постараюсь в ближайшее время представить. И если мы по принципу «маленьких шагов каждый день» что-то делаем для «лучшей версии себя», - наше супер тело не подкачает.