Виявлено механізм безсмертя рослин, який є і у людини

Найстарішим живим організмом на Землі є сосна остиста міжгірська (Pinus longaeva), вік якої перевищує 5000 років, у той час як тварини живуть до декількох сотень років. Чи можемо ми дізнатися щось від рослин про довголіття і залишитися молодими назавжди або хоча б повернути втрачену молодість?

Нобелівська премія з фізіології і медицини 2009 року була присуджена «за відкриття того, як хромосоми захищені теломерами та ферментом теломеразою». Теломераза вперше була виділена з одноклітинної водорості спірогіри. Пізніше з'ясувалося, що теломераза існує майже у всіх багатоклітинних організмах, включаючи людину, і відіграє вирішальну роль у старінні та раку. Вчені намагалися використовувати теломеразу, щоб зробити клітини людини безсмертними.

Нове дослідження, проведене вченими з університету Арізони (США), розкрило детальну структуру і функцію РНК-компонента ферменту теломерази вищих рослин. Ці компоненти показують зв'язок між спірогірою і теломеразами людини та пропонують нове розуміння еволюції теломерази у еукаріот.

Типові людські клітини недовговічні та не можуть постійно оновлюватися. Крім того, на кінцях хромосом людини знаходяться унікальні повтори ДНК, що несуть генетичний матеріал, – теломери. Вони захищають хромосоми від випадкових перебудов ДНК і є маркерами закінчення поділу.

Щоразу при поділі клітини тіломірна ДНК скорочується і в кінцевому підсумку не може захистити кінці хромосом. Це безперервне зменшення довжини теломер працює як «молекулярний годинник», який веде зворотний відлік до кінця росту клітин. Знижена здатність клітин до росту тісно пов'язана із процесом старіння, при цьому клітини, що утворилися, будуть слабшими і уразливими до хвороб.

Протилежну дію має фермент теломераза, який містить унікальний ключ до уповільнення або навіть повернення назад процесу старіння клітин. Теломераза компенсує старіння клітин, подовжуючи теломери, і повертає назад втрачені повтори ДНК, тим самим ефективно продовжуючи тривалість життя клітини. Теломераза подовжує теломери шляхом багаторазового синтезу дуже коротких повторів ДНК з шести нуклеотидів – будівельних блоків ДНК – з послідовністю ГГТТАГ* на кінцях хромосоми за допомогою матриці, розташованої усередині РНК-компонента самого ферменту.

«Вивчення теломерази складне, оскільки вона відрізняється у різних видів, – зазначив Джуліан Чен, один з авторів дослідження. – Виявлення РНК теломерази у вищих рослин – це значний прорив у розумінні того, як цей фермент контролює стабільність генома і безсмертя клітин у всіх еукаріотичних організмах».

Теломераза містить два основних компоненти для ферментативної функції:

1. Білок.
2. Молекулу РНК, яка забезпечує матрицю для синтезу ДНК.

Розуміння того, як регулюється фермент теломераза, багатообіцяюче: з його допомогою можна зменшити скорочення теломер і старіння клітин, поліпшити здоров'я і продовжити життя літнім людям.

Такі хвороби людини, як вроджений дискератоз, апластична анемія та ідіопатичний легеневий фіброз, генетично пов'язані з мутаціями, що пригнічують активність теломерази і/або прискорюють втрату довжини теломер.

Прискорене скорочення довжини теломер схоже на передчасне старіння з посиленим руйнуванням органів і скороченням тривалості життя пацієнтів. Підвищення активності теломерази, навпаки, є найперспективнішим засобом лікування цих захворювань.

Хоча підвищена активність теломерази може омолодити старі клітини і вилікувати різні захворювання, проте вона ж здатна зашкодити. Точно так же, як молоді стовбурові клітини використовують теломеразу для компенсації втрати довжини теломер, ракові клітини використовують її для підтримки неконтрольованого росту.

На відміну від стовбурових клітин людини, соматичні клітини (клітини тіла) представляють собою переважну більшість клітин в організмі людини, і їм не вистачає активності теломерази. Зменшення теломерази в соматичних клітинах людини знижує ризик розвитку раку, оскільки теломераза сприяє неконтрольованому зростанню ракових клітин. Отже, препарати, що збільшують активність теломерази одночасно у всіх типах клітин, небажані. Однак певні лікарські засоби можна призначати для підвищення активності теломерази виключно у стовбурових клітинах для лікування захворювань, а також для уповільнення старіння без ризику розвитку раку.

* Гуанін – гуанін – тимін – тимін – аденін – гуанін