Что такое теломеры и как они связаны со старением?

Одна из ключевых причин, почему организм с возрастом изнашивается, кроется в теломерах — концевых фрагментах хромосом, которые работают как защитный механизм и постепенно укорачиваются при делении клеток, приближая их старение. Мы разобрались, как они работают и можно ли повлиять на этот процесс.

В 1961 году профессор анатомии Калифорнийского университета Леонард Хейфлик провелэксперименты с культурами клеток человека. Он обнаружил интересное явление: примерно после50 делений клетки приобретали признаки старения и переставали делиться. Позже число последующих делений клеток было названо пределом Хейфлика и для большинства клеток человека оно равно 52.

Почему это так?

Многих ученых озадачил этот вопрос. Среди них Алексей Оловников. Он долго размышлял над загадкой предела Хейфлика и не мог найти ей объяснения. Оригинальная идея пришла учёному в метро, ​​когда он увидел приближающийся поезд. Оловников предположил, что предел делений связан с ДНК, которая при каждом копировании (при делении клетки) становится короче. Аналогией ДНК для ученого были рельсы, а поездом - фермент, который сидит на цепи ДНК и копирует ее. Таким образомпри каждом последующем копировании ДНК должна уменьшаться на длину «шлейфа».

И причем здесь теломеры?

Позже выяснилось, что укорачивающимися участками ДНК являются теломеры. Герман Мёллер впервые заговорил о них еще в 1930-х годах. Он облучил хромосомы (плотно упакованную ДНК) плодовых мух. Под воздействием радиации они изменили свою структуру, но их кончики оказались устойчивы к радиации. Мёллер предположил, что они, скорее всего, несут какую-то защитную функцию, и назвал их теломерами.

Окислительный стресс и старение: как кислород приводит к болезням

Не могли бы вы это доказать?

Да, американскийцитогенетик Элизабет Блэкберн активно работала над теорией Оловникова. В середине 1970-х годов ей удалось охарактеризовать структуру теломер, которую она подробно описала в Журнале молекулярной биологии. Она сравнила теломеры с пластиковыми концами шнурков. Если их нет, то шнурки быстро распутываются и рвутся.

А 10 лет спустя вместе со своей коллегой Кэрол Грейдер Блэкберн она открыла особый фермент — теломеразу. Он достраивает теломеры после делений, тем самымзащищая ДНК от быстрой деградации.За свои открытия Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак были удостоеныНобелевской премии в 2009 году.

И как теломеры связаны со старением?

С каждым делением клетки теломерыпостепенно укорачиваются. Когда они становятсяслишком короткими, клетка теряет способность делиться. Она стареет и умирает.

Со временем таких изношенных клеток в тканях становится больше. Это нарушает обновление органов и снижает их функцию. Поэтому укорочение теломер рассматривается как один из возможных механизмов старения организма.

Долгожители дали 7 советов, как поддерживать себя в форме

Длина теломер у всех одинаковая?

Нет. Частично это детерминировано генетически.Существуют наследственные варианты генов, влияющие на функционирование теломеразы и скорость укорочения теломер. Следовательно,теломеры у разных людей изначально могут различаться и укорачиваться с разной скоростью. В то же время на длину теломер могут влиять внешние факторы.

То есть образ жизни может ускорить их сокращение?

Да, согласно исследованиям, на скорость укорочения теломер могут влиятьвнешние факторы. Более короткие теломеры связаны с:

хронический стресс,

курение,

ожирение,

малоподвижный образ жизни,

неблагоприятные условия окружающей среды.

В то же время в недавнем обзорном исследовании, опубликованном в Журнале клинической медицины, говорится, что связь между длиной теломер и некоторыми вредными привычками требует более строгой доказательной базы.

Ученые ответили на 10 вопросов о генах долголетия

Выходит, здоровый образ жизни замедляет этот процесс?

Скорее всего, да. Некоторые работы указывают на это. Например, пятилетнее пилотное исследование, опубликованное в журнале Lancet Oncology, показало, что ключевые компоненты здорового образа жизни (сбалансированное питание, физическая активность, управление стрессом, социальная поддержка) снижают скорость деградации теломер. Те же результаты продемонстрированы в крупном рандомизированном клиническом исследовании, опубликованном в Journals of Gerontology: Series A.

Можно ли как-то увеличить длину теломер?

Теоретически да. Фермент теломераза способен достраивать теломеры, и в лабораторных условияхучёные способны активировать его работу. Однако в организме все гораздо сложнее. Например, для опухолевых клеток характерна чрезмерная теломеразная активность, которая позволяет им бесконтрольно делиться. Поэтому попытки удлинить теломеры связаны с риском развития злокачественных опухолей.

Кроме того, старение зависит не только от длины теломер. Это один из механизмов клеточного износа, но не единственная причина возрастных изменений.

Главное: длина теломер — одна из составляющих старения

Теломерная теория старения объясняет один из механизмов возрастных изменений - постепенное укорочение теломер при делении клеток. Когда теломеры становятся слишком короткими, клетки теряют способность к обновлению, что со временем влияет на состояние тканей и органов.

Сегодня очевидно, что старение — это сложный и многокомпонентный биологический процесс. Помимо теломер, оно включает в себя накопление повреждений ДНК, хроническое воспаление, нарушение обмена веществ и другие механизмы. Таким образом, теломеры являются важной частью головоломки, но не единственным таймером организма.

Важные исследования

Тандемно повторяющаяся последовательность на концах генов внехромосомной рибосомальной РНК у тетрахимен.

Идентификация теломер-специфичной терминальной трансферазной активности в экстрактах тетрахимены

Теломеры и факторы образа жизни: роль в клеточном старении

Влияние сложных изменений образа жизни на активность теломеразы и длину теломер у мужчин с раком простаты

Изменение длины теломер как часть многокомпонентного изменения образа жизни для предотвращения снижения когнитивных функций