Но уже сегодня мы можем значительно снизить заболеваемость и замедлить старение, выйдя за рамки того, что способен представить себе человек.
https://elementy.ru/novosti_nauki
Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2009
Лауреаты Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2009 год (слева направо): Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак. Фото с сайтов nihrecord.od.nih.gov; www.chronicle.pitt.edu; www.knaw.n.
Нобелевская премия по физиологии и медицине 2009 года присуждена Элизабет Блэкберн, Кэрол Грейдер и Джеку Шостаку «за открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы». Механизм защиты хромосом от укорачивания при каждом делении был впервые предсказан в 1971 году Алексеем Матвеевичем Оловниковым; впоследствии его теоретические построения были подтверждены на практике экспериментаторами, которые и удостоились этой Нобелевской премии. Теломеры играют определенную роль в возрастных изменениях клеток и всего организма и в развитии злокачественных заболеваний. Дальнейшие исследования их динамики и принципов работы удлиняющего их фермента теломеразы могут помочь найти новые пути борьбы со старением и раком.
Теломеры — концевые участки хромосом, состоящие из повторяющихся последовательностей нуклеотидов, — были открыты в пятидесятые годы XX века. Теломеры можно увидеть даже в световой микроскоп: готовящиеся к делению или делящиеся клетки можно окрасить таким образом, чтобы теломеры отличались по цвету от центральных частей каждой хромосомы. Информации в теломерах содержится довольно мало, ведь они состоят из повторяющихся одинаковых последовательностей нескольких нуклеотидов. Эти последовательности довольно однообразны. В частности, у всех позвоночных, а также у многих грибов и протистов это всегда ЦЦЦТАА, а у высших растений — по-видимому, всегда ЦЦЦТААА.
|
|
Алексей Матвеевич Оловников, сотрудник Института биохимической физики РАН, в 1971 году сформулировавший теоретическую концепцию, предполагавшую существование фермента, открытого в начале восьмидесятых годов Кэрол Грейдер и Элизабет Блэкберн и названного ими теломеразой. Исследования этого фермента, проведенные в лабораториях Блэкберн и Шостака, подтвердили справедливость ряда теоретических выводов Оловникова. Фото с сайта moikompas.ru
ДНК-полимераза не может полностью скопировать всю молекулу ДНК: на одном из концов, к которому она прикрепляется, должен оставаться нескопированный фрагмент. На это обратил внимание Алексей Матвеевич Оловников (Оловников А.М. 1971. Принцип маргинотомии в матричном синтезе полинуклеотидов // Доклады АН СССР. Т. 201. С. 1496–1499; Olovnikov A.M. 1973). Получалось, что хромосомы должны укорачиваться при каждом делении клетки за счет некопируемых концевых участков. Оловников выдвинул гипотезу о существовании фермента, способного добавлять к концу хромосомы повторяющиеся последовательности. Он также предположил, что регуляция работы этого фермента может играть ключевую роль в старении организма (за счет постепенного укорачивания концевых участков хромосом у клеток, которые должны разделиться лишь ограниченное число раз) и что неполадки в механизме такой регуляции могут быть причиной бесконтрольного деления клеток злокачественных опухолей.
|
|
Концевой участок хромосомы — теломера (telomere). Каждая хромосома (chromosome), содержащаяся в ядре (nucleus) клетки (cell), перед делением клетки представлена двумя одинаковыми половинками — хроматидами, в основе каждой из которых лежит одна очень длинная, но компактно свернутая молекула ДНК, на каждом конце которой расположены участки из повторяющихся последовательностей. Эти концевые участки и есть теломеры. При подготовке к делению, когда хроматиды удваиваются, концы каждой хромосомы всегда укорачивались бы (механизм удвоения ДНК не позволяет их копировать), если бы фермент теломераза не наращивал на концах новые повторяющиеся последовательности. Иллюстрация с сайта журнала Nature (www.nature.com)
Шостак и Блэкберн, вслед за Оловниковым, предположили, что наращивание теломер обеспечивается определенным ферментом. Начались поиски этого фермента. В 1984 году его впервые смогла выделить Кэрол Грейдер.
Схема работы фермента теломеразы (telomerase). Рисунок с сайта barleyworld.org.
Фермент наращивает концевые участки хромосом, добавляя к ним одинаковые последовательности нуклеотидов. Этот процесс включает две чередующихся стадии: (a) элонгация, то есть удлинение, и (b) транслокация, то есть перемещение. Во время элонгации концевой участок цепочки ДНК связан с РНК-матрицей (RNA template), входящей в состав фермента, и удлиняется за счет присоединяемых к нему нуклеотидов, комплементарных свободному участку матрицы. Во время транслокации молекула ДНК сдвигается на несколько нуклеотидов, вновь освобождая участок РНК-матрицы, и цикл повторяется. Если бы не теломераза, такие хвосты сокращали бы длину двухцепочечной ДНК при каждом ее удвоении, и любая хромосома укорачивалась бы при каждом делении клетки.
|
|
Дальнейшие исследования, проведенные в лабораториях Блэкберн и Шостака, показали, что лишенные теломеразы клетки рано или поздно прекращают делиться и умирают. Многие типы раковых клеток, напротив, обладают повышенной активностью теломеразы, что способствует их бесконтрольному делению и образованию злокачественных опухолей. Как и предполагал Оловников, теломеры оказались важным инструментом регуляции как старения, так и возникновения рака. В настоящее время уже разработаны и проходят испытания лекарственные препараты, которые, возможно, позволят бороться с рядом форм рака за счет подавления активности теломеразы в раковых клетках.
Согласно завещанию Альфреда Нобеля, каждую премию могут разделить не более троих ученых. Жаль, что в число получивших эту премию не вошел Оловников, предсказавший отмеченное ею открытие.
В этом году одну Нобелевскую премию впервые в истории разделили две женщины. Среди тех, кто исследует теломеры сегодня, женщин необычайно много. Возможно, что это неслучайно: пример Элизабет Блэкберн и Кэрол Грейдер, открывших теломеразу и выяснивших структуру этого фермента, вдохновляет других женщин продолжать исследования в этой области.
Основные источники:
1) Alison Abbot. Chromosome protection scoops Nobel // Nature News. Published online 7 October 2009.
2) Gretchen Vogel. Three Americans win Physiology or Medicine Nobel // ScienceNOW Daily News. Published online 5 October 2009.
3) The Nobel Prize in Physiology or Medicine 2009 (сообщение на сайте Нобелевского комитета).
Cм. также:
1) Найдено средство против бесконечного деления раковых клеток, «Элементы», 08.04.2005.
2) Нобелевская премия по физиологии и медицине — 2008, «Элементы», 09.10.2008.
Петр Петров
ЧЕМ ОПАСНЫКОРОТКИЕ ТЕЛОМЕРЫ?
Научные данные показывают, что клеточное старение вызванное уменьшением длины теломер, возникающее в тканях различных органов является причиной хронической дегенерации тканей и органов человека. Короткие теломеры являются причинами дегенеративных возрастных изменений и дисфункций в тканях: иммунных клеток, сердца (кардиомиоцит), кроветворных стволовых клеток, легочных тканях, кожи (дермы, эпидермиса и сосудистой системы), сосудистой стенки и интимы (эндотелия), костеобразующих клеток (остеобласта), печени (гепотоцита), сетчатки глаза, хрящевых соединений, мышц, почек, нейронов.
Исследования в области молекулярной биологии и генетики в последние 5-7 лет определили список болезней, которые напрямую связаны с критически короткими теломерами:
1. Сердечно-сосудистые болезни.
2. Неврологические заболевания (болезнь Паркинсона, болезнь Альцгеймера, деменция).
3. Болезни сетчатки глаза.
4. Нарушения со стороны иммунитета.
5. Дегенеративные заболевания соединительной ткани (артрит, остеопороз и др).
6. Эндокринные заболевания (сахарный диабет).
7. Онкологические болезни (рак мочевого пузыря, легких, почек, опухоли шеи и головы).
Продолжительность жизни имеет обратную корреляцию с длиной теломер. Установлено, что у людей старше 60 лет, имеющих более короткую длину теломер, риск смерти от сердечно-сосудистых и инфекционных заболеваний намного выше.
Снижение активности теломеразы и связанное с этим уменьшение длины теломер отмечается также при ожирении и резистентности к инсулину.
У людей с короткими теломерами в 3 раза больше шансов заболеть раком и в 11 раз больше – умереть от него.
Итак, найдена уникальная органическая молекула. Она получена методом многоступенчатой очистки и последующей концентрации одного из компонентов, обнаруженных в корнях астрагала перепончатого (Astragalus membranaceus).
Это активное вещество было идентифицировано в 2000 году специалистами крупнейшей биотехнологической компании Geron Corporation. В 2005 году Ноэл Томас Паттон стал обладателем патента на производство первого в мире активатора теломеразы.
Внедрение его привело к таким результатам:
• Увеличение длины самых коротких теломер (является одним из самых важных показателей, поскольку критическая длина даже одной из 92 теломер губительно влияет на клетку),
• Улучшение иммунного статуса (в особенности, процентное отношение и абсолютное число подверженных старению клеток значительно уменьшилось),
• Улучшение показателей плотности костей,
• Улучшение сердечно–сосудистых и гормональных биомаркеров,
• Зафиксированы случаи улучшения энергетических показателей и показателей выносливости.
8 921 314 9558 (Владимир)