Об авторе: Игорь Эруандович Лалаянц – кандидат биологических наук.

Сколько длится век теломеры

 

ДНК (красно-синяя спираль), отделяющаяся от хромосомы. На информационную РНК (розовая) «садятся» желтые спирали рибосом. Иллюстрация Physorg

Теломерами называют концевые участки хромосом. Они служат своеобразным «убежищем», в котором находят защиту концы хромосом от неминуемого разрушения ферментами-рестриктазами. Последние буквально кромсают наши ДНК. Как следствие – происходит «слипание» (joint) концов хромосом, нарушающее их правильную сепарацию при делении клеток, что, в свою очередь, ведет к анэуплоидии, то есть к нарушению числа хромосом в дочерних клетках. Этот феномен наблюдается при некоторых заболеваниях. Возникают также и транслокации концевых участков хромосом, в результате образуются укороченные или, наоборот, удлиненные хромосомы.

Аффикс -аза в термине «рестриктаза» указывает на энзим-фермент (например, РНК и ДНК-полимераза – фермент их синтеза-полимеризации). Теломераза представляет собой большой ферментный комплекс. Академик РАН Ольга Донцова отмечала в прошлом году, что теломераза активна в стволовых клетках, которые живут в защищенных клеточных нишах, «и по мере старения эта активность падает». Впервые теломеразы были «нащупаны» в конце 70-х. А Нобелевскую премию за раскрытие их структуры и функции дали лишь в 2009 году.

Началось все с наблюдения калифорнийца Леонарда Хейфлика, который обратил внимание на то, что клетки даже в самых благоприятных условиях могут делиться всего 60–70 раз, после чего умирают, подвергаясь генетически запрограммированной смерти – апоптозу. С каждым клеточным делением кусок ДНК длиной 200–300 букв генетического кода отсекается. По достижении определенного лимита теломеры с укороченной ДНК подают сигнал внутриклеточным органеллам – митохондриям (последние вырабатывают энергетическую «валюту» клетки – молекулу АТФ). Хорошо известно, что именно митохондрии отвечают в клетке за апоптоз. Митохондрии – это, по сути, глобальный регулятор клеточной жизни и ее смерти.

Ольге Донцовой удалось показать наличие в РНК теломеры так называемой ORF (Open Reading Frame), или открытой рамки считывания, возможно, кодирующей белок. Его удалось синтезировать и даже получить реагирующие на него антитела, что говорит о его важной функции. Академик отметила, что «теломеразу можно включать очень ограниченно», при этом у лабораторных мышей, на которых проводились соответствующие эксперименты, значительно увеличилась продолжительность жизни.

И вот уже в нынешнем году исследователи из Университета Северной Каролины в г. Чепл-Хилл уточнили в журнале «Труды АН США» (PNAS), что имеется в виду. Речь идет об открытии теломерного протеина. Статья ученых называется «Теломерная РНК млекопитающих (TERRA) кодирует белки с повторяющимися дипептидами VR и GL».

Сокращение TERRA означает теломерную РНК с повторами (repeats). Помимо апоптоза повторы определяют наш биологический возраст, который может не совпадать с паспортным. Максимально возможная их концентрация в крови отмечается у детей с прогерией – болезнью ускоренного старения организма. Авторы считают, что открытие белков с указанными повторами углубляет наше понимание старения и клеточной коммуникации, а также идентифицирует еще один механизм рака.

Свою лепту внесли и сотрудники Института биоисследований в калифорнийском г. Ла-Джолла, которые выявили новый иммуносенсор в виде протеина ZBP, связывающегося с ДНК. Именно он обеспечивает сигнал, идущий от теломер к митохондриям при развитии кризиса репликации. В Ла-Джолле показали, что ZBP, ассоциированный с указанным кризисом, активирует ДНК STING’a (иммунного STimulator of INterferon Gene), определяющего воспаление, клеточный иммунитет и подавление раковых клеток. Действует ZBP в связке с TERRA хромосомных теломер, что еще раз показывает их значение для жизнедеятельности клеток. Вместе они образуют олигомеры – нити-филаменты с повторяющимися звеньями на поверхности митохондрий. А те, в свою очередь, активируют очень важный сигнальный протеин митохондриальной антивирусной защиты, требующей энергии АТФ (MAVS – Mitochondrial AntiViral Signal).

Связь двух систем способствует быстрому усилению жизненно важного сигнала, запускающего синтез интерферона. Кстати, в университете Брно ранее было установлено, что TERRA не только защищает теломеры от эрозии, но и «рекрутирует» RAD-рекомбиназу – фермент починки разрывов цепей ДНК.

В норме мы даже не замечаем таких сложных молекулярных взаимодействий, только при мутациях. К таким последствиям привело, казалось бы, далекое от жизни наблюдение Хейфлика, постулировавшего клеточную смерть после достижения репликативного лимита.