Ученые обнаружили механизм бессмертия, который есть у растений и у людей

Самым старым живым организмом на Земле является сосна остистая межгорная (Pinus longaeva), возраст которой превышает 5000 лет, в то время как животные живут до нескольких сотен лет. Можем ли мы узнать что-то от растений о долголетии и остаться молодыми навсегда или хотя бы вернуть потерянную молодость?

Нобелевская премия по физиологии и медицине в 2009 году была присуждена «за открытие того, как хромосомы защищены теломерами и ферментом теломеразой». Теломераза впервые была выделена из одноклеточной водоросли спирогиры. Позже выяснилось, что теломераза существует почти во всех многоклеточных организмах, включая человека, и играет решающую роль в старении и раке. Ученые пытались использовать теломеразу, чтобы сделать клетки человека бессмертными.

Новое исследование, проведенное учеными из Аризонского университета (США), раскрыло подробную структуру и функцию РНК-компонента фермента теломеразы высших растений. Эти компоненты показывают связь между спирогирой и теломеразами человека и предлагают новое понимание эволюции теломеразы у эукариот.

Типичные человеческие клетки недолговечны и не могут постоянно обновляться. Кроме того, на концах хромосом человека находятся уникальные повторы ДНК, несущие генетический материал – теломеры. Они защищают хромосомы от случайных перестроек ДНК и являются маркерами окончания деления. 

Каждый раз при делении клетки теломерная ДНК сокращается и в конечном итоге не может защитить концы хромосом. Это непрерывное уменьшение длины теломер работает как «молекулярные часы», которые ведут обратный отсчет до конца роста клеток. Пониженная способность клеток к росту тесно связана с процессом старения, при этом образовавшиеся клетки будут более слабыми и уязвимыми к болезням.

Противоположным действием обладает фермент теломераза, который содержит уникальный ключ к замедлению или даже обращению вспять процесса старения клеток. Теломераза компенсирует старение клеток, удлиняя теломеры, и возвращает обратно потерянные повторы ДНК, тем самым эффективно продлевая продолжительность жизни клетки. Теломераза удлиняет теломеры путем многократного синтеза очень коротких повторов ДНК из шести нуклеотидов – строительных блоков ДНК – с последовательностью ГГТТАГ* на концах хромосомы с помощью матрицы, расположенной внутри РНК-компонента самого фермента.

«Изучение теломеразы сложное, поскольку она отличается у разных видов, – отметил Джулиан Чен, один из авторов исследования. – Обнаружение РНК теломеразы у высших растений – это значительный прорыв в понимании того, как этот фермент контролирует стабильность генома и бессмертие клеток во всех эукариотических организмах».

Теломераза содержит два основных компонента для ферментативной функции:

1. Белок.
2. Молекулу РНК, которая обеспечивает матрицу для синтеза ДНК. 

Понимание того, как регулируется фермент теломераза, многообещающее: с его помощью можно уменьшить сокращение теломер и старение клеток, улучшить здоровье и продлить жизнь пожилым людям.

Такие болезни человека, как врожденный дискератоз, апластическая анемия и идиопатический легочный фиброз, генетически связаны с мутациями, которые угнетают активность теломеразы и/или ускоряют потерю длины теломер. Ускоренное сокращение длины теломер похоже на преждевременное старение с усиленным разрушением органов и сокращением продолжительности жизни пациентов. Повышение активности теломеразы, напротив, является самым перспективным средством лечения этих заболеваний.

Хотя повышенная активность теломеразы может омолодить старые клетки и вылечить различные заболевания, однако она же способна нанести вред. Точно так же, как молодые стволовые клетки используют теломеразу для компенсации потери длины теломер, раковые клетки используют ее для поддержания неконтролируемого роста. 

В отличие от стволовых клеток человека, соматические клетки (клетки тела) представляют собой подавляющее большинство клеток в организме человека, и им не хватает активности теломеразы. Уменьшение теломеразы в соматических клетках человека снижает риск развития рака, поскольку теломераза способствует неконтролируемому росту раковых клеток. Следовательно, препараты, увеличивающие активность теломеразы одновременно во всех типах клеток, нежелательны. Однако определенные лекарственные средства можно назначать для повышения активности теломеразы исключительно в стволовых клетках для лечения заболеваний, а также для замедления старения без риска развития рака.

* Гуанин – гуанин – тимин – тимин – аденин – гуанин