Самым обсуждаемым в последние годы способом борьбы со старением оказались вовсе не пластические операции, а новинка из области генетики - активатор теломеразы ТА-65. С 2013 года этот препарат появился на российском рынке. О том, как стареет человеческий организм и о том, как можно замедлить и обратить вспять этот процесс, по просьбе сайт рассказывает Галина Орлова, генеральный директор «Теломерейс Активейшн Сайенсес», врач-гинеколог:
- ООО «Теломерейс Активейшн Сайенсес» - российская компания, основанная в 2011 году, являющаяся официальным эксклюзивным дистрибьютером в России и СНГ.
Галина, мы знаем, что ученые бьются над проблемой старения уже тысячи лет. Можно ли говорить о том, что современная наука достоверно разобралась в причинах этого процесса?
Мы начинаем стареть с момента нашего зачатия. Клетки приступают к делению сразу, как только начинают формироваться органы и ткани. Мы рождаемся, взрослеем, затем приходит период увядания - наши органы и ткани изнашиваются, стареет кожа, ощущается недостаток физических сил. Существует множество теорий старения, три основных продемонстрированы в таблице:
| Теория |
В чем суть? |
Цель корректирующих мероприятий |
| Свободно-радикальная | В процессе старения увеличивается количество свободных радикалов, приводящих к окослительному стрессу, повреждающему жизненно важные макромолекулы | Борьба с окислительным стрессом |
| Эндокринная (Дильмана) | Морфологические и функциональные изменения в органах происходят в связи с дефицитом гормонов, среди которых наиболее значим дефицит половых гормонов | Устранение гормонального дефицита |
| Теломерная | При каждом делении клетки теломеры сокращаются, достигая в определенный момент критического уровня, при котором клетка больше не может делиться - она стареет либо умирает | Восстановление длины критически коротких теломер, предотвращение их эрозии |
Основная и связующая для всех теорий - теломерная, изучать которую начали еще в середине прошлого столетия. В 1961 году ученый по фамилии Хейфлик установил, что клетка может делиться лишь строго определенное количество раз. Этот лимит в дальнейшем получил название «лимит Хейфлика ». Клетку, которая перестала делиться, то есть стала сенесцентной (престарелой), ждут три варианта развития событий:
- первый - впасть в анабиотическое состояние, когда клетка и не живет и не умирает, выделяя продукты жизнедеятельности;
- второй вариант - это умереть или окончить жизнь самоубийством (апоптоз);
- и третий вариант - мутировать и переродиться в раковую. То есть, когда клетка становится старой, один из главных рисков - развитие ракового процесса.
С нами происходит то же самое, что и с клеткой. Когда мы становимся старыми, мы можем впасть в неактивное состояние, заболеть раком или умереть. Чем старше мы становимся, тем выше риск каждого из этих исходов.
Отчего же зависит продолжительность жизни клетки? Почему она перестает делиться?
Всем известно, что внутри клетки находится ядро, а внутри ядра - хромосомы, своеобразные сейфы с генетической информацией. Ученые открыли, что на концах каждой хромосомы есть теломеры - особые образования, которые не несут генетической информации, а выполняют защитную функцию.
Теломеры играют важную роль в процессе деления клетки - они обеспечивают стабильность генома:
- защищают хромосомы от деградации и слияния в процессе репликации;
- обеспечивают структурную целостность окончаний хромосом;
- защищают клетки от мутаций, старения и смерти.
Именно длина теломер и определяет биологический возраст человека. Ученые выяснили, что клетка перестает делиться в тот момент, когда длина хотя бы одной теломеры достигает предельно короткой величины. Природа все создала умно: чтобы уберечь наш геном и предотвратить возможные мутации, клетка перестает делиться именно тогда, когда кончается защита.
При этом, состояние теломер определяет не только продолжительность жизни одной клетки, но и состояние органов, систем и организма в целом. Люди с короткими теломерами быстро устают, теряют жизненные силы, у них рано появляются морщины, часто возникают простудные заболевания, повышен риск получения сердечно-сосудистых патологий, канцерогенеза, заболеваний репродуктивной системы, органов зрения и других возрастных недугов.
Какие заболевания развиваются у людей с короткими теломерами в первую очередь?
Наиболее распространенными являются болезни сердечно-сосудистой системы. У лиц с короткими теломерами в 3 раза выше риск внезапной смерти от сердечного приступа и развития болезней коронарных артерий. Выявлена также взаимосвязь коротких теломер с развитием артериальной гипертензии и хронической сердечной недостаточности.
Существует множество доказательств того, что укорочение теломер связано с развитием рака. У пациентов с дискератозом (врожденная патология - «болезнь коротких теломер») в 1000 раз повышен риск развития рака языка и примерно в 200 раз - риск развития острой миелоидной лейкемии. Кроме того, врожденный дискератоз вызывает преждевременное старение кожи. При анемии для пациентов с наиболее короткими теломерами в 4-5 раз повышен риск трансформации заболевания в миелодисплазию или лейкемию.
Лишенные теломер концевые участки хромосом выявляются в клетках костного мозга пациентов за годы до появления клинических симптомов. Кроме того, имеются данные о взаимосвязи между длиной теломер и риском развития слабоумия и сахарного диабета.
А существуют ли способы вернуть коротким теломерам исходную длину?
Именно такой вопрос был поставлен учеными сразу после обнаружения взаимосвязи между старением и длиной теломер. В 1971 году советский ученый Алексей Матвеевич Оловников предположил, что в организме человека есть не только теломеры, но и фермент, который может их наращивать - он получил название теломераза. В период с 1985 по 2005 год трое американских ученых - Элизабет Блекберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак - обнаружили теломеразу и доказали, что она способна наращивать теломеры. В 2009 году это открытие было удостоено Нобелевской премии.
Однако, судя по всему, теломераза активна далеко не всегда? Иначе проблема старения не стояла бы перед человеком столь остро?
Этот фермент есть в организме каждого из нас, но в большинстве клеток он «дремлет»или имеет низкую активность, которая еще более затухает с возрастом. Но есть исключения. В половых клетках человека(сперматозоиды и яйцеклетки) высокая теломеразная активность наблюдается в течение всей его жизни. Аналогично и в стволовых клетках, которые способны делиться неограниченно долго. Более того, у стволовой клетки всегда есть возможность дать две дочерние клетки, одна из которых останется стволовой ("бессмертной"), а другая вступит в процесс дифференцировки (приобретет свое функциональное предназначение в организме). Именно поэтому они являются постоянным источником разнообразных клеток организма.
Как только потомки половых или стволовых клеток начинают дифференцироваться, активность теломеразы падает и их теломеры начинают укорачиваться. В клетках, дифференцировка которых завершена, активность теломеразы падает до нуля, и с каждым клеточным делением они с неизбежностью приближаются к моменту, когда навсегда перестанут делиться. Вслед за этим наступает кризис и большинство клеток погибают.
Активность теломеразы рассматривается как возможный маркер физиологического резерва организма. А длина теломер - это «клеточные часы»,ограничивающие число возможных делений клетки, а значит и продолжительность ее здоровой жизни. Нобелевский лауреат 2009 года Элизабет Блэкберн предположила, что теломераза, помимо удлинения концов теломер, защищает их структуру, нарушение которой также грозит гибелью клетки. Интересен и тот факт, что отдельные структурные элементы теломеразы имеют также свое функциональное предназначение в клетке.
Может ли человек самостоятельно активировать теломеразу в своем организме?
Да, активность теломеразы можно стимулировать. К некоторому повышению функции этого фермента, а значит и увеличению длины теломер, приводит умеренная физическая нагрузка, в меньшей степени - витамины и полиненасыщенные жирные кислоты, содержащиеся в здоровой пище.
В целом, длина теломер у людей, ведущих правильный образ жизни, значительно больше, чему тех, кто злоупотребляет алкоголем, курит, не следит за своим питанием и весом, ведет малоактивный образ жизни. К ее ускоренному сокращению ведут также стресс и вирусные заболевания.
Разумеется, с момента появления теломер-теломеразной гипотезы старения начались и поиски вещества, способного активировать теломеразу, с целью замедления процесса старения. Крупнейшая Американская биотехнологическая компания Geron Inc нашла молекулу, ставшую основой .
Что представляет из себя этот препарат?
Вышеупомянутая молекула была выделена из экстракта корня астрагала перепончатого- лекарственного растения, издавна применяющегося в китайской медицине как средство, предотвращающее развитие рака. В химическом составе данного экстракта содержится более 2000 молекул. И только одна из них способна активировать теломеразу наших клеток - она была названа TA-65.
Сам процесс экстрагирования и очистки этой молекулы - технологически очень сложный и многоступенчатый. Необходимо не только распознать ее среди остальных, но и добиться максимальной степени отделения от примесей. Запатентована и сама молекула и способ ее получения и переработки. Для изготовления минимальной партии ТА-65 необходимо переработать около 5-6 тонн корня астрагала. Очевидно, что доза активного веществаTA-65, находящаяся в 1 капсуле, сопоставима с несколькими литрами экстракта. Учитывая, что для получения выраженного эффекта необходим как минимум трехмесячный курс лечения, заменить его ежедневным приемом нескольких литров обычного экстракта корня астрагала невозможно.
Как ведет себя ТА-65 при попадании в организм?
Попадая в кровь, молекула проникает в клетку и включает ген, отвечающий за временную актививацию теломеразы. Активированная теломераза начинает достраивать конечные участки хромосом, путем добавления нуклеотидных оснований. Нарастив таким способом теломеры, клетка получает дополнительную возможность делиться, функционировать и продолжать жить -по сути превращаясь из стареющей в молодую и активную. Весь этот процесс зеркально отражается и на организме в целом.
После прекращения приема TA-65 теломераза вновь «засыпает». Таким образом, ее активация является временной и контролируемой. Максимальная концентрация действующего вещества в крови достигается через 3 часа после приема препарата.
Мы сейчас говорим о гипотезах или же существуют научные подтверждения эффективности ТА-65?
К настоящему времени мы располагаем данными довольно большого количества научных исследований, которые проводились в трех направлениях:
- на клетках вне организма (клеточных культурах) - invitro;
- на животных;
- на людях.
Исследования первой группы показали, что добавление ТА-65 к клеточной культуре клеток продлевает жизненный цикл клетки и позволяет преодолеть лимит Хейфлика.
Первое документальное подтверждение обратимости возрастных изменений у млекопитающих под воздействием активатора теломеразы было опубликовано в журнале The Nature в 2011 году. Подопытные мыши имели короткие теломеры и минимальную активность фермента теломеразы. У них наблюдались выраженные дегенеративные нарушения в органах, повреждения ДНК в хромосомах, сильно пострадал мозг. Мыши не имели потомства, быстро старели и жили в среднем 43 недели.
В возрасте 30-35 недель, т.е. уже весьма преклонном, им ежедневно в течение месяца вводился активатор теломеразы. В результате длительность жизни мышей увеличивалась до 80 недель. У них удлинялись теломеры, восстанавливалась активность теломеразы, уменьшались повреждения ДНК в хромосомах и дегенеративные изменения в органах: яичках, селезенке, кишечнике и мозге. Восстанавливалась способность давать потомство. Таким образом, наблюдалось очевидное и выраженное омоложение животных. При этом, ни у одной из мышей не развился рак.
Вот что сказал о полученных результатах руководитель работы доктор Рональд ДеПиньо: «Представьте, что человека в возрасте 75-80 лет вернули к состоянию 40-50-летнего. Примерно это мы успешно проделали на мышах».
А как повел себя препарат при тестировании на людях?
В январе 2007 года была запущена программа PattonProtocol-1 («Протокол Паттона») с участием добровольцев. Активатор теломеразы ТА-65 принимали 114 человек в возрасте63 ± 12 лет, 72% из которых были мужчины, 54% участников - носители цитомегаловирусной инфекции. Результаты исследования были опубликованы в журнале «Rejuvenation Research» в 2010 году. Оказалось, что ТА-65:
- удлиняет критически короткие теломеры (что было подтверждено измерениями в 2-х независимых лабораториях Repeat Diagnostics и Richard Cawthon;
- омолаживает иммунную систему;
- не приводит к развитию побочных эффектов.
Участники исследования сообщили об улучшении зрения, половой функции, нормализации веса, повышении уровня энергии и выносливости, гибкости, остроты мышления. Кроме того, отмечалось уменьшение количества появлений возрастных пигментных пятен, улучшение общего состояния кожи, волос и ногтей.
В дополнение к очевидной положительной иммунной реконструкции, прием ТА-65 оказался способен улучшить показатели метаболизма углеводов и липидов, а также состояние сердечно-сосудистой и костной систем.
- Основные завершенные исследования ТА-65:
| Тип исследования |
Автор |
Содержание и выводы |
| Эпидемиологические | Katharine Shaefer | 110 000 добровольцев, 3 года наблюдений. В группе пациентов, у которых теломеры были на 10% короче, уровень смертности был на 23% выше |
| P. Willeit | 787 добровольцев, 10 лет наблюдений. Добровольцы с критически короткими теломерами в 3 раза больше рискуют заболеть раком и в 11 больше - умереть от него по сравнению с теми, у кого длина теломер была максимальной | |
| In vitro | Woody Wright | Добавление активатора теломеразы к клеточной культуре продлевает жизненный цикл клетки и позволяет преодолеть предел Хейфлика |
| Fauce SR, Jamieson BD, Chin AC | TA-65 является эффективным активатором теломеразы в неонатальных кератиноцитах и фибробластах, вызывает временную контролируемую активацию теломеразы в соматических клетках | |
| На лабораторных животных | Mariela Jaskelioff, Florian L. Muller, Ji-Hye Paik | Возрастные изменения у млекопитающих обратимы: применение активатора теломеразы у мышей позволило продлить жизнь с 43 до 86 недель, уменьшились дегенеративные изменения в органах, восстановилась способность давать потомство. Ни у одной мыши не было случаев развития рака |
| Maria Blasco | TA-65 удлиняет короткие теломеры и увеличивает продолжительность периода здоровой жизни взрослых мышей без увеличения заболеваемости раком | |
| Открытое клиническое исследование | Patton N, Harley CB | Открытое исследованиеб 114 добровольцев. Снижение процента стареющих цитотоксических (CD8+/CD28-) Т-клеток, снижение процента коротких теломер. TA-65 является эффективным активатором теломеразы в клетках иммунной системы человека |
- Текущие исследования и их цели:
| Исследование | Автор и содержание |
Окончание |
| ЦМВ (Цитомегаловирусная инфекция) | Antonio Celada, Antiaging Group University of Barcelona, Spain. 125 человек 12 месяцев. Контролируемое исследование сравнения длины теломер, иммунологических и других биомаркеров старения у взрослых ЦМВ+, принимающих ТА-65 в высокой, низкой дозе или плацебо | |
| Метаболический синдром | University of Connecticut. 45 человек, 6 месяцев. Пилотное клиническое исследование эффективности ТА-65 при метаболическом синдроме (оценка влияния на инсулинорезистентность, оксидативный стресс и воспаление) | Закончено, обработка результатов |
| ВМД (возрастная макулярная дегенерация - дистрофия сетчатки глаза) | Chippewa Valley Eye Clinic, Wisconsin. 44 человека 18 месяцев. Пилотное исследование оценки эффективности ТА-65 на ранних стадиях ВМД | I квартал 2015 года |
Как давно этот препарат поставляется в РФ и где его можно купить?
В России «ТА-65» представлен с июня 2013 года. Реализуетсяв сети аптек A5, AVE, Самсон Фарма, Вита (Самара), Планета Здоровья (Пермь, Москва) и ведущих клиниках столичного региона (Клиника Профессора Калинченко, Клиника Валлекс-М), Тюмени (Нео-Клиник). Ежедневная доза зависит от возраста: от 40 до 50 лет рекомендуется 1 капсула в сутки, в возрасте от 50 до 60 лет - 2 капсулы в сутки, старше 60 лет - 4 капсулы в сутки.
Собрана ли уже какая-то статистика по результатам использования ТА-65 именно в нашей стране?
Длину теломер можно измерить с помощью лабораторных методов анализа. В США и Европе такие измерения проводятся с 2007 года, с момента появления продукта. Когда препарат появился в России, мы задумались о возможности проведения таких анализов у нас. Методики измерения теломер уже имелись, но, за отсутствием спроса, никто из врачей не назначал такой анализ, а сами пациенты о нем не знали.
Совместно с лабораторией Архимед мы запустили проект по измерению теломер в Москве. Также, открыта лаборатория в Тюмени в NEO-Clinic и в Санкт-Петербурге в клинике «Древо Жизни». С мая 2014 года лаборатории активно работают, у нас уже есть первые данные по пациентам, которые сдавали кровь до начала применения минимального курса и после. Исходя из полученных результатов можно сделать вывод оположительной тенденции в процессе увеличения длины теломер на российских пациентах.
Сегодня наша компания предоставляет бесплатную возможность сдать кровь на длину теломер всем пациентам, купившим одну упаковку ТА-65 90 капсул. Для этого необходимо зарегистрироваться на нашем сайте www.ta-65.ru в личном кабинете и ввести уникальный код, располагающийся под крышкой картонной упаковки. После этой процедуры вы получите возможность дважды сдать кровь на определение длины теломер (до начала приема ТА-65 и через 6 месяцев после начала приема). Здесь же можно проверить подлинность купленной вами упаковки по уникальному коду. Говоря об эффектах от приема ТА-65 важно отметить его положительное воздействие на иммунную систему. Именно поэтому пациенты, принимающие активатор, чувствуют прилив сил, реже подвергаются простудным заболеваниям, у них реже происходит обострение хронических заболеваний, например, при герпесе. Известно, что иммунная система играет важную роль в защите нашего организма и от раковых процессов.
А вот что говорит об опыте использования ТА-65 у своих пациентов профессор кафедры эндокринологии РУДН, ФПК МР, Леонид Олегович Ворслов: «Первое, что отмечают наши пациенты - это прилив сил, жизненной энергии, которых так не хватает после сорокалетнего рубежа. Связано это со старением иммунной системы. Именно она отвечает за наше хорошее самочувствие, способность противостоять болезням и сохранять энергию молодости. И именно иммунная система в первую очередь реагирует на прием ТА-65, запуская механизмы обновления и увеличения продолжительности жизни иммунных клеток. Отвечая на вопрос «как быстро пациент ощутит эффект?», правильнее говорить о результатах после курса приема, который составляет 3 месяца. И этот результат будет индивидуален для каждого, в зависимости от исходного уровня и состояния пациента, а также от его возраста. Понятно, что в 38-45 лет человека еще не слишком беспокоят усталость, нарушения памяти и внимания. И в этом возрасте правильнее говорить о сохранении вышеперечисленных функций на должном уровне, об их поддержании. Т.е., если вы начали принимать ТА-65 в 38-40 лет, у вас есть возможность в 50 лет выглядеть и чувствовать себя на 38-40. А вот те пациенты, которые начали прием с 50-ти лет - смогут в полной мере ощутить подъем жизненной энергии и положительные изменения в своем организме. Вирусные заболевания при приеме ТА-65 отступают. Люди, подверженные частым простудным заболеваниями или входящие в группу риска (медицинские работники, учителя и др) сообщают об уменьении или полном их отсутствии в сезоны вспышек. Отмечают также уменьшение количества эпизодов герпесо-вирусной инфекции или полностью избавились от обострений. Конечно, женская часть наших пациентов в первую очередь обращает внимание на улучшение состояния волос, ногтей и кожи. Клетки эпидермиса (кожа) - это вторая система, после иммунной, которая очень быстро реагирует на прием активатора теломеразы. Безусловно, улучшение общего самочувствия, появление сил и бодрости, повышение настроения и собственной привлекательности положительно сказываются на сексуальной активности и успехах в этой сфере нашей жизни» |
В целом, наблюдения за пациентами, принимающими TA-65, ведутся с 2007 года, с того самого момента, как продукт появился в продаже. Среди десятков тысяч людей, принимающих его на протяжении всего этого времени, не выявлено серьезных побочных эффектов.
А возможно ли что активация теломеразы стимулирует удлинение теломер не для отдельных клеток, а для всех тканей организма в целом, не исключая и клетки с различными патологиями (в т.ч. онкологическими). Проще говоря, может ли активация теломеразы вызвать рак?
Ваш вопрос возвращает нас к началу интервью. Одна из основных функций теломер - это защита генетической информации хромосом при делении клеток. Как я говорила ранее, существует множество доказательств того, что именно укорочение теломер связано с развитием рака и является предрасполагающим фактором кразвитию ряда онкологических заболеваний. Так, короткие теломеры лейкоцитов могут предсказывать развитие рака, синдрома Беретта и язвенного колита.
Критически короткие теломеры неспособны защитить хромосомы от повреж¬дения при делении клетки. И если критически короткой величины достигает хотя бы одна теломера, в клетке происходит резкое изменение метаболизма, в первую очередь - нарушение репликации ДНК. В этот момент запускаются механизмы клеточного старения и разрушения. Затем до окончательной гибели клетки может пройти от нескольких месяцев до нескольких лет. Именно в этот период под воздействием генетических мутаций клетка может переродиться в раковую. Таким образом, риск развития рака у человека появляется как только его теломеры достигают предельно короткой длины, а не наоборот.
В то же время, у большинства раковых клеток теломеры бесконечно длинные. Чем же это обьясняется?
Раковый процесс очень сложен по своей природе и активация теломеразы не является пусковым механизмом в нем, а следовательно, не выступает причиной рака. Представьте себе клетку, у которой теломеры сократились до критически короткой величины. Клетка попадает в кризисное состояние и может быть подвержена генетическому сбою или мутации, что приведет к раковому процессу. Этот сбой или мутация никак не связаны с активностью теломеразы извне или внутри. А15% всех опухолей поддерживают длину теломер на должном уровне в отсутствии теломеразы. Таким образом, в этих злокачественных клетках действует другой (не теломеразный, а скорее рекомбинантный) механизм, известный как «альтернативное удлинение теломер» («Alternative Lengthening of Telomeres»).
Риск возникновения рака возникает тогда, когда более выражены признаки клеточного старения, что наиболее характерно для пожилых людей. Современный образ жизни, стресс, злоупотребление лекарствами приводят к недостатку отдельных теломеразных компонентов, и к более раннему фенотипическому старению с потерей функции на клеточном и системном уровне. Активация теломеразы может предотвратить раковое перерождение:
- во-первых, потому что за счет омоложения снижается вероятность хромосомных перестроек в клетках,
- а во-вторых, потому что теломераза может увеличить продолжительность жизни иммунных клеток, улучшив их способность находить и уничтожать раковые клетки.
Ранее уже указывалось, что активация теломеразы в нормальных клетках приводит к их омоложению без признаков озлокачествления. В 2012 году в Японии было проведено исследование, в ходе которого подтвердилось, что активация теломеразы извне не может привести к раковому процессу либо как-то его усугубить.
Первая система, которая реагирует на прием TA-65 - это иммунная система, которая играет огромную роль как в самом раковом процессе, так и в его предотвращении. Каждый миг в организме человека образуются раковые клетки. Этот процесс является непрерывным. Но иммунная система их распознает и уничтожает. С возрастом теломеры в иммунных клетках становятся короче, система теряет способность справляться с раковыми и патологическими образованиями. Наращивая теломеры в имунных клетках, ТА-65 позволяет поддерживать иммунитет организма на очень высоком уровне. Умеренная и контролируемая активация теломеразы не только снижает и предотвращает риски развития онкологических процессов, но и, вероятно, помогает с ними бороться.
Еще одно исследование показало, что длина теломер влияет на дифференцировку раковых клеток in vivo. Ученые из института рака в Японии продемонстрировали, что принудительное удлинение теломер в раковых клетках способствует их дифференцировке, что может уменьшить степень злокачественности опухоли. Результаты указывают на то, что удлинение теломер раковых клеток смягчает поведение уже существующей опухоли.
Существуют ли аналоги TA-65? В чем преимущество данного препарата?
К сожалению, у ТА-65 нет конкурентов. Год назад мне посчастливилось прочесть книгу, которая называется «Грани бессмертия», в ней описывается поиск и открытие теломеразы и то, как ее исследователи получили Нобелевскую премию. Авторы подтверждают, что на сегодняшний день ТА-65 - это единственный доступный людям активатор теломеразы. Надеюсь, в будущем появятся новые средства, позволяющие продлить здоровую жизнь.
Обещает ли производитель добиться повышения эффективности ТА-65?
Да, мы думаем об этом. Более того, есть планы уже в этом году вывести на рынок новый продукт, который будет следующей ступенью в anti-age направлении, позволит сохранить всю уникальность существующих наработок и усилить воздействие на процессы, связанные со старением, а так же совместит в себе дополнительную протекцию от наиболее губительных процессов в организме, присоединяющихся с возрастом.
Как видят производители дальнейшую судьбу препарата и пациетов, принимающих его?
С научной точки зрения, активация теломеразы и ТА-65 - это не только омоложение и, даже не столько омоложение - это вопрос о сохранении здоровья и поддержания качества жизни. Ведь все болезни у нас, как правило, появляются после сорока лет.200 лет назад, когда продолжительность жизни была заметно меньше, чем сегодня, человек не сталкивался со многими современными недугами. Например, женщина не знала что такое климакс, так как умирала еще до его наступления. В наше время, имея возможность прожить и 80, и 90 лет, мы увеличили время не только своего счастливого существования, но и количество заболеваний, ассоциированных с возрастом. Канцерогенез, заболевния органов зрения, репродуктивной, костной и сердечно-сосудистой системы - все они связаны со старением клеток и, соответственно, с сокращением длины теломер.
TA-65 и теломерная теория - это не только молодость и продление жизни, это повышение качества жизни, ее уровня. Благодаря эстетической медицине в 60 лет можно казаться на 10-15 лет моложе, но то, что происходит внутри организма сказывается на всем, в том числе и на нашей способности носить эту молодость, пребывая в бодрости и хорошем самочувствии.
Очень важно не казаться моложе, а быть моложе - это один из основных тезисов, который мы пытаемся донести до наших врачей и пациентов
В Европе и США теломерная теория старения изучается достаточно давно. В прошлом году я побывала на конгрессе, который так и назывался «Теломеры, теломераза и заболевания». В течение трех дней работы обсуждался вопрос влияния длины теломер на развитие самых разных патологий. Были представлены результаты научных исследований, демонстрирующие важность сохранения длины теломер.
В России эти данные появились совсем недавно, и для меня это означает только одно: если раньше мы не знали о существовании взаимосвязи между длиной теломер и патогенезом многих заболеваний, то в будущем нас ожидает множество открытий, которые помогут предотвратить эти заболевания, вывести нас на качественно новый уровень жизни, поможет привнести больше радости, успеха и благополучия в нашу жизнь. Только представьте сколько еще открытий может совершить человек, сколько жизненных целей достичь, разрешить загадки Вселенной, если у него для этого будет самое главное - его Здоровье! А сейчас у нас в руках есть реальный инструмент для управления своим возрастом и здоровьем изнутри и снаружи - ТА-65!
Это продолжение статьи про «Кортизол, окислительный процесс, теломеры и наша молодость», начало .
Продолжаю исследовать тему молодости и ДНК.
А если коротко, то речь идет о теломерах — генах на конце нашей ДНК, от которых зависит, сколько раз клетка может делиться, прежде чем погибнет. Понятно, что нам очень полезно знать про удлинение теломеров.
И именно теломеры, в конечном итоге, являются показателем биологического возраста и повышенного риска подверженности различным заболеваниям и играют важную роль для нашего здоровья.
Последние данные свидетельствуют о том, что укороченный теломер может ингибировать (подавлять, окислять) функцию стволовых клеток, клеточную регенерацию и поддержание органов и участвовать в страшном процессе старения.
Что их укорачивает?
Один из существенных факторов: стресс. Любой. В результате плохой экологии, неблагоприятного окружения и района, домашнего насилия и т.д.
Что удлиняет?
Как ни странно, сама Нобелевский лауреат, которой принадлежит «открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы» в результате многочисленных исследований и сотрудничеств с психиатрами, пришла к выводу, что медитация и пребывание в здесь и теперь — ключ к здоровью и долголетию (про долголетие ).
Кроме того, тема тщательно изучается и с других сторон, и сегодня ученые приходят к следующим выводам относительно длины теломеров и основных принципов их здоровья.
Что говорят ученые о том, как же все-таки помогать теломерам оставаться «длинными и здоровыми»:)?
1. Молодость сердца и Омега-3.
Проведенное в 2010 г. исследование пациентов с ишемической болезнью сердца (ИБС) обнаружило обратную связь между уровнями рыбьего жира в крови и скоростью укорочения теломер за 5 лет, предполагая возможное объяснение защитных эффектов жирных кислот Омега-3. Так как теломеры являются маркером биологического старения, смертность среди больных с сердечно-сосудистыми заболеваниями можно предсказать с помощью их длины. Исследователи из Калифорнийского университета, Сан-Франциско, обследовали более 600 пациентов и обнаружили, что чем выше уровень Омега-3 у пациентов с ишемической болезнью сердца, тем длиннее теломеры.
Выбирайте высококачественные добавки рыбьего жира и принимайте по 2-3 капсулы (или 1 чайную ложку) два раза в день во время еды.
2. Ежедневно двигайтесь.
В 2008 г. было проведено исследование среди более 2400 близнецов, во время которого сравнивали длину их теломеров. Те, кто тренировался, были биологически моложе, чем те, кто этого не делал. На самом деле, теломеры наиболее активных субъектов оказались на 200 нуклеотидов длиннее, чем у наименее активных субъектов.
Каждую неделю занимайтесь 30-минутными силовыми тренировками (3 раза), 1-2 интервальными кардиотренировками (не более 30 минут) и йогой.
3. Антиэйдж и астрагал.
Астрагал используется в традиционной китайской медицине и обладает иммуностимулирующими свойствами. Обнаружено, что некоторые молекулы астрагала способствуют росту теломеров. Вещества в его корне (так называемые циклоастрагенол и астрагалозид) могут замедлить процесс старения путем активации производства фермента теломеразы (ответственного за восстановление теломер). Две запатентованные формы экстракта корня астрагала известны как TAT2 и TA-65.
4. Ежедневная доза солнечного света.
Чем выше концентрация витамина D, тем длиннее теломеры. Исследователи сообщают, что влияние на теломеров витамина D, вероятно, связано с ингибирующим эффектом на воспаление.
Помните, что закисляющий стресс и воспаление старят вас быстрее, поэтому нужно принять ежедневную дозу солнечного света, чтобы выглядеть и чувствовать себя лучше.
5. Поверните время вспять с ресвератролом.
Известно, что ресвератрол в красном вине улучшает функцию кровеносных сосудов, уменьшает жировые клетки и даже тормозит процесс старения. Это правда! Исследование 2003 г. показало, что обработанные ресвератролом дрожжи жили на 60% дольше. Злоупотреблять не надо, как советуют французы, один бокал красного вина не повредит.
6. Откажитесь от вредных привычек.
Стресс, сахар и воспаление независимо друг от друга укорачивают длину теломер и ускоряют старение клеток.
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
|
«Нестареющая» Нобелевская премия: в 2009 году отмечены работы по теломерам и теломеразе В 2009 году Нобелевская премия по физиологии и медицине вручена трём американским учёным, разрешившим важную биологическую проблему: как хромосомы при делении клетки копируются полностью , без того, чтобы ДНК на их кончиках укорачивалась? В результате их исследований стало известно, что «защитным колпачком» для хромосом служат особым образом устроенные окончания ДНК - теломеры , достройкой которых занимается специальный фермент - теломераза . | |
|
В отличие от бактерий, имеющих кольцевую хромосому, хромосомы эукариот устроены линейно, и концы ДНК «подрезаются» при каждом делении. Чтобы избежать порчи важных генов, окончания каждой хромосомы защищены теломерами .. |
Длинная нитеобразная молекула ДНК - главный компонент хромосом, несущий генетическую информацию, - с обоих концов закрыта своего рода «заглушками» - теломерами . Теломеры представляют собой участки ДНК с уникальной последовательностью и защищают хромосомы от деградации. Это открытие принадлежит двум лауреатам Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2009 г. - Элизабет Блэкберн (Elizabeth Blackburn ), уроженке США и в настоящее время сотруднице Университета Калифорнии (Сан-Франциско, США), и Джеку Шостаку (Jack Szostak ), профессору Института Ховарда Хьюза . Элизабет Блэкберн в сотрудничестве с третьим лауреатом премии этого года - Кэрол Грейдер (Carol Greider ), сотрудницей Университета Джона Хопкинса , - открыла в 1984 году фермент теломеразу , синтезирующий ДНК теломер (и тем самым достраивая их после неизбежного при каждом копировании хромосомы укорачивания). Таким образом, исследования, отмеченные премией в этом году (около 975 тысяч евро, поделенные поровну между лауреатами), объясняют, как теломеры защищают кончики хромосом, и как теломераза синтезирует теломеры.
Давно отмечено, что старение клетки сопровождается укорачиванием теломер. И, наоборот, в клетках с высокой активностью теломеразы, достраивающей теломеры, длина последних остается неизменной, и старение не наступает. Это, кстати, относится и к «вечно молодым» раковым клеткам, в которых механизм естественного ограничения роста не действует. (А для некоторых наследственных заболеваний характерна дефектная теломераза, что приводит к преждевременному клеточному старению.) Присуждение за работы в этой области Нобелевской премии является признанием фундаментального значения этих механизмов в живой клетке и огромного прикладного потенциала, заложенного в отмеченных работах.
Таинственная теломера
В хромосомах содержится наш геном, а «физическим» носителем генетической информации являются молекулы ДНК. Ещё в 1930 году Герман Мёллер (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1946 года «за открытие появления мутаций под влиянием рентгеновского облучения») и Барбара Мак-Клинток (лауреат Нобелевской премии в той же категории 1983 года «за открытие транспозирующих генетических систем») обнаружили, что структуры на концах хромосом - так называемые теломеры - предотвращали слипание хромосом между собой. Было высказано предположение, что теломеры выполняют защитную функцию, но механизм этого явления оставался совершенно неизвестным.
Позже, в 1950-х, когда уже было в общих чертах понятно, как копируются гены, возникла другая проблема. При делении клетки основание за основанием дублируется и вся клеточная ДНК, - при помощи ферментов ДНК-полимераз. Однако для одной из комплементарных цепей возникает проблема: самый конец молекулы не может быть скопирован (дело тут в «посадочном» сайте ДНК-полимеразы). Вследствие этого, хромосома должна укорачиваться при каждом делении клетки, - хотя на самом деле этого не происходит (на рисунке: 1).
И та, и другая проблема были со временем решены, за что в этом году и вручают премию.
ДНК теломер защищает хромосомы
Ещё в начале своей научной карьеры Элизабет Блэкберн занималась картированием последовательностей ДНК на примере одноклеточного жгутикового организма тетрахимены (Tetrahymena ). На концах хромосомы она обнаружила повторяющиеся последовательности ДНК вида CCCCAA, функция которых была на тот момент совершенно неизвестна. В то же время Джек Шостак обнаружил, что линейные молекулы ДНК (что-то вроде минихромосомы), введённые в клетку дрожжей, очень быстро деградируют.
Исследователи встретились на конференции в 1980 г., где Блэкберн докладывала свои результаты, заинтересовавшие Шостака. Они решили провести совместный эксперимент, в основе которого было «растворение барьеров» между двумя эволюционно весьма далёкими видами (на рисунке: 2). Блэкберн выделила из ДНК тетрахимены последовательности CCCCAA, а Шостак присоединил их к минихромосомам, помещённым затем в клетки дрожжей. Результат, опубликованный в 1982 году, превзошёл ожидания: теломерные последовательности действительно защищали ДНК от деградации! Это явление наглядно продемонстрировало существование неизвестного ранее клеточного механизма, регулирующего процессы старения в живой клетке. Позже подтвердилось наличие теломер в подавляющем большинстве растений и животных - от амёбы до человека.
Фермент, синтезирующий теломеры
В 1980-х аспирантка Кэрол Грейдер работала под началом Элизабет Блэкберн; они начали изучение синтеза теломер, за который должен был отвечать неизвестный на ту пору фермент. В канун рождества 1984 года Грейдер зарегистрировала искомую активность в клеточном экстракте. Грейдер и Блэкберн выделили и очистили фермент, получивший название теломераза , и показали, что в его состав входит не только белок, но и РНК (на рисунке: 3). Молекула РНК содержит «ту самую» последовательность CCCCAA, используемую в качестве «шаблона» для достройки теломер, в то время как ферментативная активность (типа обратной транскриптазы ) принадлежит белковой части фермента. Теломераза «наращивает» ДНК теломеры, обеспечивая «посадочное место» для ДНК-полимеразы, достаточное для копирования хромосомы без «краевых эффектов» (то есть, без потерь генетической информации).
Теломераза отсрочивает старение клетки
Учёные начали активно заниматься исследованием роли теломер в клетке. Лаборатория Шостака установила, что дрожжевая культура с мутацией, приводящей к постепенному укорачиванию теломер, развивается очень медленно и, в конце концов, вообще прекращает рост. Сотрудники Блэкберн показали, что в тетрахимене с мутацией в РНК теломеразы наблюдается в точности такой же эффект, который можно охарактеризовать фразой «преждевременное старение» . (По сравнению с этими примерами, «нормальная» теломераза предотвращает укорачивание теломер и задерживает наступление старости.) Позже в группе Грейдер открыли, что те же механизмы работают и в клетках человека. Многочисленные работы в этой области помогли установить, что теломера координирует вокруг своей ДНК белковые частицы, образующие защитный «колпачок» для кончиков молекулы ДНК.
Части головоломки: старение, рак и стволовые клетки
Описанные открытия имели самый сильный резонанс в научном сообществе. Многие учёные заявляли, что укорачивание теломер является универсальным механизмом не только клеточного старения, но и старости всего организма в целом. Однако со временем стало понятно, что теломерная теория не является пресловутым «молодильным яблоком», поскольку процесс старения на самом деле чрезвычайно сложен и многосторонен, и не сводится исключительно к «подрезанию» теломер. Интенсивные исследования в этой области продолжаются и сегодня.
Большинство клеток делится не так уж часто, так что их хромосомы не находятся в зоне риска чрезмерного укорачивания и, в общем-то, не требуют высокой теломеразной активности. Другое дело - раковые клетки: они обладают способностью делиться бесконтрольно и бесконечно, как бы не зная о бедах с укорачиванием теломер. Оказалось, что в опухолевых клетках очень высокая активность теломеразы, что и защищает их от подобного укорачивания и придаёт потенциал к неограниченному делению и росту. В настоящее время существует подход к лечению рака, использующий концепцию подавления теломеразной активности в раковых клетках, что привело бы к естественному исчезновению точек бесконтрольного деления. Некоторые средства с антителомеразным действием уже проходят клинические испытания.
Ряд наследственных заболеваний характеризуется сниженной теломеразной активностью, - например, апластическая анемия, при которой из-за низкого темпа деления стволовых клеток в костном мозге развивается анемия. К этой же группе относится ряд заболеваний кожи и лёгких.
Открытия, сделанные Блэкберн, Грейдер и Шостаком, открыли новое измерение в понимании клеточных механизмов, и, несомненно, имеют огромное практическое применение - хотя бы в лечении перечисленных заболеваний, а может быть (когда-нибудь) - и в обретении если не вечной, то хотя бы более длительной жизни.
==========================================================================
ТЕЛОМЕРЫ И ТЕЛОМЕРАЗА: РОЛЬ В СТАРЕНИИ
В 1961 г. Хейфлик и Мурхед [ HayJlick ea 1961 ] представили данные о том, что даже в идеальных условиях культивирования фибробласты эмбриона человека способны делиться только ограниченное число раз (около 50). Было установлено, что при самом тщательном соблюдении всех мер предосторожности при пересевах клетки проходят in vitro ряд вполне морфологически различимых стадий (фаз), после чего их способность к пролиферации исчерпывается и в таком состоянии они способны находиться длительное время. В повторных опытах это наблюдение было многократно воспроизведено, последняя фаза жизни клеток в культуре была уподоблена клеточному старению , а сам феномен получил по имени автора название " предела Хейфлика ". Более того, оказалось, что с увеличением возраста донора число делений, которые были способны совершить клетки организма, существенно уменьшалось, из чего было сделано заключение о существовании гипотетического счетчика делений, ограничивающего общее их число [ Hayjlick ea 1998 ].
В 1971 г. Оловников [ Оловников ea 1971 ] на основании появившихся к тому времени данных о принципах синтеза ДНК в клетках предложил гипотезу маргинотомии , объясняющую механизм работы такого счетчика. По мнению автора гипотезы, при матричном синтезе полинуклеотидов ДНК-полимераза не в состоянии полностью воспроизвести линейную матрицу, реплика получается всегда короче в ее начальной части. Таким образом, при каждом делении клетки ее ДНК укорачивается, что ограничивает пролиферативный потенциал клеток и, очевидно, является тем "счетчиком" числа делений и, соответственно, продолжительности жизни клетки в культуре. В 19J2 г. Медведев [ Medvedev ea 1972 ] показал, что повторяющиеся копии функциональных генов могут запускать процесс старения или управлять им.
Открытие в 1985 г. теломеразы - фермента, который достраивал укороченную теломеру в половых клетках и клетках опухолей, обеспечивая их бессмертие [ Greider ea 1998 ], вдохнуло новую жизнь в гипотезу Оловникова. Было выполнено огромное количество работ [ Егоров ea 1997 , Оловников ea 1971 , Оловников ea 1999 , Faragher ea 1998 , Greider ea 1985 , Hayjlick ea 1998 , Olovnikov ea 1996 , Reddel ea 1998 , Weng ea 1997 , Zalensky ea 1997 ]. Установлены следующие основные факты:
1. Концы линейных хромосом с З"-конца ДНК заканчиваются повторяющимися последовательностями нуклеотидов, получившими название теломер, которые синтезируются специальным рибонуклеиновым ферментом теломеразой.
2. Соматические клетки эукариот, имеющие линейные хромосомы, лишены теломеразной активности. Их теломеры укорачиваются как в процессе онтогенеза и старения in vivo, так и при культивировании in vitro.
3. Половые клетки и клетки иммортализированных линий, а также опухолей имеют высокоактивную теломеразу, которая достраивает З"- конец ДНК, на котором реплицируется комплементарная цепь при делении.
4. Структуры теломер сильно различаются среди простейших, однако у всех позвоночных они одинаковы - (TTAGGG)n.
5. Имеются существенные межвидовые различия в длине теломер, причем у мыши общая их длина в несколько раз превышает таковую у человека (до 150 тыс. пар нуклеотидов у некоторых линий мышей и 7-15 т.п.н. у человека).
6. Репрессия теломеразы определяет клеточное старение в культуре ("лимит Хейфлика").
7. Клетки больных синдромом преждевременного старения Хатчинсона-Гилфорда и синдромом Дауна имеют укороченные теломеры.
Доказательства правомочности такого предположения были представлены Кионо и соавт. [ Kiyono ea 1998 ]: введение каталитического компонента теломеразы hTERT или теломеразной активности с помощью онкобелка вируса папилломы человека E7 в кератиноциты или клетки эпителия человека не приводило к их полной иммортализации. Она наступала лишь при дополнительном торможении регуляции антионкогена Rb или при угнетении экспрессии р16 в качестве второй важнейшей ступени этого процесса. При элиминации антионкогена р53 такого эффекта не наблюдалось. С другой стороны, протоонкоген с-Мус может активировать экспрессию теломеразы [ Wang ea 1998 ]. С помощью опосредованного микроклетками переноса маркированную геном пео хромосому 20 из стареющих и молодых диплоидных фибробластов человека ввели в молодые фибробласты. Во всех новообразованных клонах наблюдалось уменьшение пролиферативного потенциала на 17-18 удвоений популяции [ Егоров ea 1997 ]. Авторы склонны рассматривать полученные данные как свидетельство того, что отдельные теломеры способны ограничить пролиферативный потенциал клеток.
Показано, что старение некоторых тканей, например, эпителиальных клеток слизистой полости рта или роговицы глаза человека in vivo, не сопровождается укорочением теломер [ Egan ea 1998 , Kang ea 1998 ]. Экспрессия белка аденовируса 13 E1B 54К в нормальных клетках человека сопровождалась существенным увеличением их пролиферативного потенциала (до 100 удвоений). Когда затем деления все же прекратились и клетки перешли в фазу старения, то какого-либо существенного укорочения их теломер выявлено не было [ Gallimore ea 1997 ]. Экспрессию активности теломеразы наблюдали в печени крыс после частичной гепатэктомии [ Tsujiuchi ea 1998 ], т.е. в процессе регенерации. Не удалось наблюдать существенных изменений в продолжительности жизни или развитии мышей с "выключенным" геном теломеразы [ Lee ea 1998 ].
Многое в этой области еще предстоит выяснить. Тем не менее очевидно, что опыты с теломеразой открывают новые перспективы как в геронтологии, так и в онкологии для диагностики рака и, что особенно важно, для его лечения. См. Биология теломер
====================================================================
|
Демидовский лауреат Алексей Матвеевич Оловников Оловников Алексей Матвеевич, родился 10 октября 1936 года в Владивостоке, закончил ВГУ - специалист в области биологии старения и теоретической молекулярной и клеточной биологии. Кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник Института Биохимической физики РАН. Оловников Алексей Матвеевич- автор цикла теоретических работ, в которых впервые в мире предсказано укорочение хромосом при старении, описан эффект концевой недорепликации любых линейных молекул ДНК и, кроме того, предсказано существование теломеразы как фермента, компенсирующего укорочение теломер (концевых участков хромосом). А.М.Оловников сделал ряд ключевых теоретических обобщений, много лет спустя полностью экспериментально подтвержденных во многих лабораториях мира. Суть этих работ АМ Оловникова в следующем: 1) было указано на существование проблемы концевой недорепликации линейных молекул ДНК (концы как ахиллесова пята двойной спирали ДНК); 2) предсказано укорочение теломер (концов хромосом) при делениях соматических клеток, а также существование корреляции между величиной укорочения теломер и числом удвоений, выполненных делящимися нормальными эукариотическими клетками in vitro; 3) предсказано, что в нормальных половых клетках должна экспрессироваться новая форма ДНК-полимеразы, компенсирующая укорочение концов хромосом (то есть, предсказано существование теломеразы); 4) предсказано также, что в клетках злокачественных опухолей должна экспрессироваться эта компенсирующая ДНК-полимераза (то есть теломераза). Указано, что она создана природой для стабильности полового генома (предотвращает укорочение концов хромосом), но в то же самое время она наделяет раковые клетки потенциальным бессмертием (отсутствием у них лимита клеточных удвоений); 5) хорошо известный к тому времени факт кольцевой формы генома бактерий и многих вирусов был впервые интерпретирован как способ защиты их генома от концевой недорепликации ДНК: поскольку у кольцевой ДНК нет конца, то и нечему укорачиваться. В целом, в этом цикле пионерских работ АМ Оловникова, о которых сообщалось, помимо статей, также в трудах международного конгресса по геронтологии (Киев, 1972) и в лекциях (в том числе в США, 1998) предложена серия идей, которые позволили связать воедино серию до того разрозненных фактов и фактически предложить исследовательскую программу, стимулировавшую соответствующие исследования в ряде биологических и биомедицинских дисциплин. Следует также заметить, что поиски ингибиторов теломеразы как противораковых факторов, а также использование теломеразы в раковой диагностике, начались в связи с пониманием ключевой роли процесса концевой недорепликации концов ДНК в судьбе клетки, предсказанного А.М. Оловниковым. К настоящему времени начатое АМ Оловниковым новое научное направление – теломерная биология – развивается практически на всех континентах (кроме Антарктиды). Но, несмотря на экспериментально подтвержденные постулаты первой теории, АМ Оловников работает в настоящее время над принципиально новой теорией старения. |
Елена Фокина
Старость – самое неожиданное, что поджидает нас в жизни.
Лев Троцкий
Одна из распространенных причин обращения к косметологу связана с желанием оттянуть старение, предотвратить увядание кожи и образование морщин. В распоряжении косметологов – богатый арсенал методов и средств воздействия для доставки в клетки недостающих питательных веществ, активизации их функции, и все же речь может идти лишь о замедлении возрастных изменений. А можно ли остановить старение раз и навсегда? Еще недавно этот вопрос показался бы по меньшей мере наивным, ведь всем известно, что этот процесс генетически запрограммирован. Но открытие теломераз позволило взглянуть на него по-другому.
Не так давно на рынке стали появляться косметические средства и пищевые добавки, содержащие активаторы теломеразы; производители заявляют, что они способны продлить способность клеток к размножению. А на какое количество размножений запрограммированы клетки?
Предел Хейфлика
Известно, что некоторые клетки могут размножаться почти до бесконечности – половые, стволовые, опухолевые, но подавляющее большинство клеток со временем утрачивают способность к делению. В 1960-е годы Леонард Хейфлик с группой ученых представил данные о том, что даже в идеальных условиях выращивания фибробласты, полученные от эмбриона человека, делятся ограниченное число раз (около 50 делений). Даже при самом тщательном соблюдении всех мер предосторожности при пересевах in vitro клетки проходят ряд морфологически различимых стадий, после чего способность фибробластов к пролиферации утрачивается, и в таком состоянии они могут находиться длительное время. Хейфлик пробовал заморозить фибробласты после 20 делений, а потом через год разморозить. Фибробласты делились в среднем еще 30 раз, то есть до своего предела.
Эти наблюдения были неоднократно подтверждены другими исследователями, а сам феномен получил название по имени автора – «предел Хейфлика».
Помимо этого оказалось, что с увеличением возраста донора число возможных делений для клеток организма существенно уменьшалось, из чего был сделан вывод о существовании некоего счетчика, ограничивающего общее число делений.
Но как объяснить наличие этого предела у одних клеток и его отсутствие у других?
Теломеры
Слово «теломер» происходит от двух греческих слов: τέλος – «конец», μέρος – «часть», и означает концевой участок хромосом.
Как известно, за хранение и передачу наследственной информации отвечают хромосомы. Полимерная молекула ДНК в составе хромосом сохраняет свою стабильность именно за счет теломеров. Теломеры – концевые фрагменты хромосом – были идентифицированы американцем Германом Мёллером в 1930-е гг., во время работы учёного в Советском Союзе. Исследования, проведенные в начале 1940-х годов, показали, что концевые участки защищают хромосомы от перестроек и разрывов.
Сегодня известно, что теломеры состоят из повторяющихся нуклеотидных участков и специальных белков, ориентирующих эти участки в пространстве определенным образом. Состав нуклеотидов в теломерах устойчив, так у всех позвоночных в них повторяется набор из шести нуклеотидов – TTAGGG (буквы обозначают нуклеиновые основания). Благодаря наличию этих устойчивых повторов в теломерах клеточная система восстановления повреждений не путает теломерный участок со случайным разрывом, благодаря чему конец одной хромосомы не может соединиться с разрывом другой. В отличие от других участков ДНК теломеры не кодируют белковые молекулы, т. е. не содержат ценной генетической информации.
В 1971 году российский ученый А. М. Оловников впервые выдвинул гипотезу, что при каждом делении клеток эти концевые участки хромосом укорачиваются. Деление клетки начинается с удвоения ее хромосом, содержащих генетический материал. Удвоение обеспечивает особый фермент – ДНК-полимераза. Это белок, функция которого состоит в том, чтобы, двигаясь вдоль цепочки ДНК, синтезировать другую такую же цепочку. ДНК-полимераза начинает свое движение не с самого кончика хромосомы, а чуть отступив от его начала. Вследствие неспособности ДНК-полимеразы к репликации конца ДНК-цепи, при каждом делении длина теломер сокращается на 50–200 пар оснований. Т.е. при каждом удвоении часть ДНК теряется, не попав под действие ДНК-полимеразы. Если бы потерянный участок содержал важную генетическую информацию, то могли бы быть утеряны гены, необходимые для синтеза необходимых для клетки белков.
Таким образом, длина теломерных участков определяет возраст клетки – чем они короче, тем клетка старше и большее число делений прошло с момента рождения клетки-предшественницы. Заметим, что это правило распространяется не на все клетки – нервные и мышечные клетки взрослого организма не делятся, теломерные участки в них не укорачиваются, а между тем они «стареют» и умирают. Поэтому вопрос о связи старения с длиной теломер остается и по сей день не до конца выясненным.
Итак, после новых и новых циклов деления теломеры будут сокращаться всё больше. Но если концы хромосом лишатся теломеров, то белок, который может чинить разорвавшиеся хромосомы, «принимает» их за разорванные части и может соединить между собой разные хромосомы. Укорачивание теломеров действует сродни митотическим часам (от слова «митоз» – процесса деления одной клетки на две), регулирующим пролиферативный потенциал клеток, и, по достижении критического уровня длины, предрасполагает к ассоциации теломер (ТАs) и хромосомной нестабильности, которые могут привести к изменениям в структуре клеток и генетическим расстройствам. Когда подобных повреждений в геноме накапливается определенное количество, в клетке запускается программа апоптоза – механизма клеточной смерти.
Существуют несколько исследований in vitro, указывающих на то, что укорачивание теломеров в ходе старения соматически нормальных клеток может являться причиной сенесценции (блокирования способности клеток к репликации, англ. senescence). Другими словами, критическая длина теломер останавливает процесс деления клеток.
По мере укорочения теломер клетки «стареют», хуже функционируют и реже делятся, а стволовые клетки реже производят новые копии, а к какому-то моменту перестают их производить совсем.
Было выяснено, что при уменьшении длины теломер до критического уровня (приблизительно 2,5 Kb) клетки и достигают предела Хейфлика.
Существует ли какой-нибудь природный механизм, позволяющий повлиять на укорочение теломеров?
Теломеразы
В октябре 2009 года лауреатами Нобелевской премии по физиологии и медицине стали американские учёные Элизабет Блэкбёрн (Elizabeth H. Blackburn), Кэрол Грейдер (Carol W. Greider) и Джек Шостак (Jack W. Szostak). Они удостоились этой престижной научной награды за открытие защитных механизмов хромосом, связанных с действием теломераз. Было установлено, что специальный фермент – теломераза – при помощи собственной РНК-матрицы достраивает теломерные повторы, присоединяя к ним нуклеотидные последовательности и удлиняя теломеры. Таким образом, было показано, что теломерные повторы могут быть восстановлены, а теломераза способна поддерживать длину теломеров постоянной.
Исследование началось в середине 1980-х годов, когда Кэрол Грейдер поступила на работу в лабораторию Э. Блэкбёрн, 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 теломеров. Грейдер и Блэкбёрн определили, что в состав теломеразы входят белковая молекула, которая, собственно, осуществляет синтез теломеров, и молекула РНК, служащая матрицей для их синтеза. Теломеразная РНК окружена белком и служит шаблоном, по которому белок пристраивает к теломерам хромосомы новые участки, те самые последовательности TTAGGG. В результате теломеры вновь удлиняются, и клеточное старение останавливается.
После обнаружения теломеразы у инфузорий затем ее выявили в дрожжах, растениях и у животных, в том числе в яичниках и раковых клетках человека. В большинстве дифференцированных клеток теломераза заблокирована, однако в стволовых и половых клетках она активна. Клетки, в которых функционирует теломераза (половые, раковые), бессмертны. В обычных (соматических) клетках, из которых в основном и состоит организм, теломераза не активна, поэтому теломеры при каждом делении клетки укорачиваются, что в конечном итоге приводит к их гибели.
В организме человека есть одна группа клеток, которая фактически бессмертна, – это клетки половой линии. В теле человека созревают половые клетки, одна из них участвует в оплодотворении, делится, из нее получается новый организм, у которого созревают свои половые клетки и так далее. В таких клетках фермент теломераза активен. Теломераза часто бывает активна и в клетках опухолей, а ученые добавляют ее в клетки, из которых хотят получить вечно живущую лабораторную культуру.
Какие задачи поставило перед учеными открытие теломеразы?
Направления научных исследований
В последние годы теломераза постоянно находится в фокусе внимания исследователей всего мира. В ферменте теломеразе исследователи видят и ключ к механизмам старения, и причину неудержимого размножения опухолевых клеток.
Известно, что теломераза, подавленная в соматических клетках (за исключением половых и стволовых клеток), активизируется в раковых клетках, поддерживая пролиферацию и развитие опухолей. Высокая активность теломеразы зафиксирована в большей части раковых опухолей.
Кроме того, было обнаружено, что некоторые злокачественные опухоли поддерживают длину своих теломеров в отсутствие активности теломеразы посредством механизма, получившего название ALT («альтернативное удлинение теломер» – alternative lengthening of telomeres), который обеспечивает возможность долгосрочной пролиферации клеток.
Наличие теломеразной активности в тех соматических клетках, где она обычно не проявляется, может быть маркёром злокачественной опухоли и индикатором неблагоприятного прогноза.
Показательный пример бессмертия опухолевых клеток – клеточная линия HeLa, которая используется в онкологических исследованиях. Ее клетки были получены в 1951 году в Балтиморе у пациентки Генриетты Лакс (Henrietta Lacks, в честь нее и дано название HeLa), страдавшей раком шейки матки. Вот уже больше шестидесяти лет потомки этих клеток живут и делятся в сотнях лабораторий разных стран.
Задача ученых – «отключить» теломеразу. Тогда теломеры в раковых клетках снова будут укорачиваться, после порогового числа делений клетки станут гибнуть, и рост опухоли прекратится. Значит, нужны ингибиторы теломеразы.
Ингибирующие агенты теломеразы могут вызывать потерю теломер раковыми клетками и гибель последних до того, как нормальные клетки с более длинными теломерами подвергнутся вредному воздействию из-за потери собственных теломер. Кроме того, теломераза может быть полезна для прогнозирования клинического курса пациента с подтверждённым раковым диагнозом.
Активность теломеразы можно использовать для ранней диагностики рака путём неинвазивного тестирования, а ингибиторы этого фермента могут найти применение в качестве противоопухолевых средств с высоким уровнем селективности для трансформированных клеток. Вместе с тем теломераза не является первоисточником рака.
С другой стороны, известно, что реактивация теломеразы продлевает «репликативную» жизнь соматических клеток, т. е. увеличивает число их делений. Однако, это именно то, что происходит в опухолях и приводит их к злокачественному росту.
Одним из предлагаемых путей достижения долголетия с учетом риска онкологических заболеваний является реактивация теломеразы в пролиферирующих клетках на фоне стимулирования активности онкосупрессоров.
Введение теломеразы в клетки фибробластов человека увеличивает количество их делений примерно в 3 раза без каких-либо признаков старения и патологии. Полученные данные свидетельствуют о том, что экспрессия теломеразы в культуре клеток человека совсем не обязательно вызывает развитие рака, т. е. сама по себе теломераза лишена свойств онкогена. Основным свойством теломеразы является контроль клеточного деления, а для возникновения опухолевого роста необходимы дополнительные мутации и факторы.
Исследователи Стэнфордского университета и компании Geron провели эксперименты с «кожей», выращенной из клеток человека в лабораторных условиях. Они установили, что инфицирование клеток модифицированным ретровирусом, встраивающим в их геном ген теломеразы, обеспечивает искусственной коже восстановление эластичности, мягкости и фактуры, характерных для кожи молодого организма.
В настоящее время ученые работают над проблемой, как увеличить продолжительность жизни путем активизации теломеразы, избежав при этом риска онкологических заболеваний.
А можем ли мы уже сейчас, не дожидаясь результатов научных разработок, предпринять какие-то шаги для сохранения собственных теломеров?
Влияние образа жизни на длину теломеров
Стресс пагубно влияет не только на клетки головного мозга, но и на весь организм в целом. Под действием стресса происходит снижение защитных механизмов, в том числе и на клеточном уровне, с уменьшением предела Хейфлика и преждевременной гибелью клеток.
С другой стороны, здоровый образ жизни замедляет старение клеток на молекулярном уровне. Таковы результаты исследования, проведенного учеными из Сан-Франциско, в котором приняли участие 239 женщин.
Все участницы эксперимента не имели серьезных заболеваний, не курили и находились в возрасте после менопаузы. Здоровый образ жизни означал: сон в достаточном количестве, здоровое питание и физические нагрузки. Участницы эксперимента вели дневники, в которых описывали свой образ жизни и переживаемые стрессы.
Авторы исследования измеряли длину теломеров в клетках иммунной системы у испытуемых в начале эксперимента и спустя год. Оказалось, что сильный стресс действительно способствовал укорочению теломеров, однако у женщин, которые вели более здоровый образ жизни, укорочение в пересчете на одно стрессовое событие было достоверно меньше, чем у женщин, ведущих менее здоровый образ жизни. То есть, похоже, что здоровый образ жизни, хоть и неспособен уменьшить число стрессов, помогает переносить их легче, без особого вреда для организма.
