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. Разобрались, как они работают и можно ли повлиять на этот процесс.

С чего всё началось

В 1961 году профессор анатомии Калифорнийского университета Леонард Хейфлик проводил эксперименты с культурами человеческих клеток. Он обнаружил интересное явление: примерно после 50 делений клетки приобретали признаки старения и прекращали делиться. Позже количество последующих делений клетки назвали пределом Хейфлика, и для большинства человеческих клеток он равен 52.

Почему так?

Этим вопросом озадачились многие учёные. Среди них и Алексей Оловников. Он долго размышлял над загадкой лимита Хейфлика и никак не мог найти этому объяснение. Оригинальная идея пришла учёному в метро, когда он увидел приближающийся поезд. Оловников предположил, что предел делений связан с ДНК, которая при каждом копировании (когда делится клетка) становится короче. Аналогией ДНК для учёного послужили рельсы, а поезд был ферментом, который садится на цепочку ДНК и копирует её. Таким образом, с каждым последующим копированием ДНК должна уменьшаться на длину «поезда».

И при чём тут теломеры?

Позже выяснилось, что укорачивающиеся участки ДНК — это теломеры. Впервые о них заговорил Герман Мёллер ещё в 1930-х годах. Он облучал хромосомы (плотно упакованная ДНК) плодовых мушек. Под воздействием облучения они меняли структуру, но вот их кончики были устойчивы к радиации. Мёллер предположил, что они, скорее всего, несут какую-то защитную функцию, и назвал их теломерами.

Оксидативный стресс и старение: как кислород приводит к болезням

Это смогли доказать?

Да, над теорией Оловникова активно работала американский цитогенетик Элизабет Блэкберн. В середине 1970-х ей удалось охарактеризовать структуру теломер, которую она подробно описала в Journal of Molecular Biology. Она сравнивала теломеры с пластиковыми наконечниками шнурков. Если их нет, то шнурки быстро расплетаются и рвутся.

А спустя 10 лет вместе с коллегой Кэрол Грейдер Блэкберн открыла специальный фермент — теломеразу. Он достраивает теломеры после делений, тем самым защищая ДНК от быстрой деградации. За свои открытия Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак в 2009 году были удостоены Нобелевской премии.

И как теломеры связаны со старением?

При каждом делении клетки теломеры постепенно укорачиваются. Когда они становятся слишком короткими, клетка теряет способность делиться. Она становится стареющей и погибает.

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

Долгожители дали 7 советов, как держать себя в форме

А длина теломер у всех одинакова?

Нет. Частично она определяется генетически. Есть наследственные варианты генов, влияющие на работу теломеразы и скорость укорочения теломер. Поэтому теломеры у разных людей могут изначально различаться и сокращаться с разной скоростью. При этом на длину теломер могут влиять внешние факторы.

То есть образ жизни может ускорить их уменьшение?

Да, по данным исследований, на скорость укорочения теломер могут влиять внешние факторы. С более короткими теломерами связывают:

• хронический стресс,
• курение,
• ожирение,
• малоподвижный образ жизни,
• неблагоприятные экологические условия.

При этом в недавнем обзорном исследовании, опубликованном в Journal of Clinical Medicine, говорится, что связь между длиной теломер и некоторыми вредными привычками требует более строгой доказательной базы.

Учёные ответили на 10 вопросов о генах долголетия

Получается, здоровый образ жизни замедляет этот процесс?

Скорее всего, да. На это указывают некоторые работы. Например, в пилотном пятилетнем исследовании, опубликованном в Lancet Oncology, говорится, что ключевые компоненты здорового образа жизни (сбалансированное питание, физическая активность, управление стрессом, социальная поддержка) снижают скорость деградации теломер. Такие же результаты демонстрирует и крупное рандомизированное клиническое исследование, опубликованное в Journals of Gerontology: Series A.

А можно ли как-то увеличить длину теломер?

Теоретически да. Фермент теломераза способен достраивать теломеры, и в лабораторных условиях учёные умеют активизировать его работу. Однако в организме всё гораздо сложнее. Например, избыточная активность теломеразы характерна для опухолевых клеток, что позволяет им делиться бесконтрольно. Поэтому попытки удлинить теломеры сопряжены 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 ясно, что старение — сложный и многокомпонентный биологический процесс. Помимо теломер в нём участвуют накопление повреждений ДНК, хроническое воспаление, нарушения обмена веществ и другие механизмы. Поэтому теломеры — важная часть мозаики, но не единственный таймер организма.

Важные исследования

1. Тандемно повторяющаяся последовательность на концах внехромосомных генов рибосомной РНК у Tetrahymena
2. Идентификация специфической теломерной терминальной трансферазной активности в экстрактах Tetrahymena
3. Теломеры и факторы образа жизни: роль в клеточном старении
4. Влияние комплексных изменений образа жизни на активность теломеразы и длину теломер у мужчин с раком предстательной железы
5. Изменение длины теломер в рамках многокомпонентного вмешательства по коррекции образа жизни для профилактики когнитивного снижения