Нобелевская премия 2009 за открытие теломеров и теломеразы

Теломеры-это комплексы белков с РНК, защищающие концевые участки хромосом линейной молекулы ДНК, которые состоят из повторяющейся последовательности нуклеотидов. У человека и других позвоночных повторяющееся звено имеет формулу TTAGGG (буквы обозначают нуклеиновые основания).

В 1971 году российский ученый Алексей Матвеевич Оловников впервые предположил, что при каждом делении клеток эти концевые участки хромосом укорачиваются что приводит к «репликативному старению» клетки.. То есть длина теломерных участков определяет «возраст» клетки — чем короче теломерный «хвост», тем она «старше». Через 15 лет это предположение экспериментально подтвердил английский ученый Говард Кук. Правда, нервные и мышечные клетки взрослого организма не делятся, теломерные участки в них не укорачиваются, а между тем они «стареют» и умирают. Поэтому вопрос о том, как «возраст» клетки связан с длиной теломер, остается по сей день открытым. Одно несомненно — теломеры служат своего рода счетчиком клеточных делений: чем они короче, тем большее число делений прошло с момента рождения клетки-предшественницы.

Фермент теломераза «работает» в раковых клетках, сперматозоидах и яйцеклетках. Его существование также было предсказано А. М. Оловниковым в начале 70-х годов. Обнаружили фермент в 1985 году у инфузории, затем — в дрожжах, растениях и у животных, в том числе в яичниках и раковых клетках человека.

Теломераза — это фермент-«удлинитель», его функция — достраивать концевые участки линейных молекул ДНК, «пришивая» к ним повторяющиеся нуклеотидные последовательности — теломеры.(1,2) Клетки, в которых функционирует теломераза (половые, раковые), бессмертны. В обычных (соматических) клетках, из которых в основном и состоит организм, теломераза «не работает», поэтому теломеры при каждом делении клетки укорачиваются, что в конечном итоге приводит к ее гибели. В 1997 году американские ученые из университета Колорадо получили ген теломеразы. Затем в 1998-м исследователи из Юго-Западного медицинского центра Техасского университета в Далласе встроили ген теломеразы в клетки кожи, зрительного и сосудистого эпителия человека, где фермент в обычных условиях «не работает». В таких генетически модифицированных клетках теломераза находилась «в рабочем состоянии» — пришивала к концевым участкам ДНК нуклеотидные последовательности, поэтому длина теломер от деления к делению не менялась. Таким способом ученым удалось увеличить жизнь обычных клеток человека в полтора раза. Не исключено, что этот метод поможет найти ключ к продлению жизни.(1,2) Длина теломер, маркер клеточного старения, уменьшается с возрастом, и это связано с заболеваниями, связанными со старением. Факторы окружающей среды, в том числе факторы питания и образа жизни, влияют на скорость укорочения теломер, которая может быть устранена с помощью теломеразы. Предполагается, что активация теломеразы природными молекулами является антивозрастным модулятором, который может играть роль в лечении заболеваний, связанных со старением.(3) Некоторые исследования показали, что короткая длина теломер связана с заболеваниями, связанными со старением, включая сердечно-сосудистые заболевания (ИБС), инсульт, рак, артрит, остеопороз, катаракту, диабет 2 типа, гипертонию, психические заболевания, хроническую обструктивную болезнь легких (ХОБЛ) и слабоумие ( 1 ). На укорочение теломер могут влиять такие факторы окружающей среды, как физическая активность, индекс массы тела (ИМТ), заместительная гормональная терапия, курение, хроническое воспаление, окислительный стресс, пищевые антиоксиданты и витамины (4 — 5 ). Например, повреждение ДНК, вызванное различными факторами окружающей среды, вызывает реакцию повреждения ДНК на теломерах, которая защищает их от нестабильности и укорочения (6, 7). Предполагается, что длина теломер является биомаркером старения соматических клеток, тогда как скорость роста коротких теломер связана с продолжительностью жизни млекопитающих (8,9). Действительно, когда длина теломер укорачивается ниже порогового предела, рост клеток ограничивается, и клетки подвергаются клеточному старению или апоптозу ( 10).

В настоящее время ведущие мировые институты занимаются изучением природных веществ (растений, минералов) которые могут влиять на скорость укорочения теломер. В ряде исследований было установлено, что введение пищевых добавок может быть связано с поддержанием длины теломер у здоровых взрослых (11, 12).

Одним  из  таких  модуляторов  длины  теломер  является  экстракт корня Astragalus membranaceus. Ряд исследований выявили наличие циклоастрагенола (CAG) соединения тритерпеноидного сапонина, который увеличил активность теломеразы и уменьшил эффекты старения (13)

Так же высокие свойства активатора теломеразы выявлены комплексом тритерпенов в экстракте Centella asiatica (3)

Ряд исследований на клетках человека продемонстрировали, что отсутствие магния  и недостаток цинка приводит к стремительной деградации теломер и подавляет деление клеток (14), а витамин С замедляет укорочение теломер (15) Последнее  время  все больше и больше ученых обращают внимание  на  защищающее  действие карнозина на теломеры. Карнозин (бета-аланил-L-гистидин)—дипептид, состоящий из остатков аминокисло β-аланина и гистидина. В процессах, которые реализуются клеткой при защите от окислительного стресса, задействованы совершенно различные активности карнозина, включая прямое взаимодействие и стабилизацию (защиту) супероксиддисмутазы, подавление перекисного окисления липидов, торможение продукции АФК, защиту теломер, трансгликирование, воздействие на редокс-регуляцию, протеолиз, функциональную активность протеасом и эпигенетическую регуляцию. При исследовании действия карнозина на культуры клеток было обнаружено, что помимо уже известных активностей: увеличения предела Хейфлика и морфологического омоложения клеток – карнозин стимулирует клеточные деления в тесте колониеобразования и тормозит процесс перехода клеток в состояние покоя. При анализе изменений в транскриптоме, происходящих под действием карнозина, выявлено, что основные сдвиги связаны с позитивной регуляцией клеточного цикла на всех уровнях – от начала синтеза ДНК до конденсации хромосом. Можно предположить, что именно способность карнозина стимулировать клеточный цикл лежит в основе его омолаживающего действия, а высокие концентрации этого дипептида в мышечной ткани играют роль не только физиологического буфера, но и необходимы для восстановления (регенерации) клеток организма(16)

Таким образом, влияние на скорость укорочения теломер, а значит и удлинение жизни клеток организма человека возможно с помощью природных веществ. Использование этих пищевых добавок позволит увеличить длину жизни человека и улучшить ее качество в зрелом возрасте.