Зв'язок між теломерами та довголіттям, а також зміна довжини теломерів є однією з нових галузей досліджень щодо збільшення тривалості життя людини та навіть людського безсмертя.

Теломери — це послідовності на кінцях хромосом, які скорочуються з кожним поділом клітини та визначають тривалість життя клітин. Теломери вперше були відкриті біологом Германом Йозефом Мюллером на початку 20 століття. Однак експерименти Елізабет Блекберн, Керол Грайдер та Джека Шостака у 1980-х роках призвели до успішного відкриття теломерази (ферменту, відповідального за підтримку довжини теломер) та кращого розуміння теломер.

Теломери відіграють важливу роль у стабільності та контролі поділу клітин. Теломери захищають хромосоми від руйнування та злиття із сусідніми хромосомами, а також діють як буферна зона, запобігаючи втраті важливої генетичної інформації під час поділу клітин.

Прогнозується, що знання методів збільшення довжини теломер клітин (стовбурових клітин та квазістовбурових клітин, що контролюють регенерацію та відновлення різних тканин організму) прокладе шлях до збільшення тривалості життя людини. Вивчення теломер є однією з найважливіших галузей досліджень, пов'язаних зі старінням. Також дуже важливо досліджувати механізми підтримки теломерази, очищення клітин (старі клітини, які накопичуються в тканинах іноді викликають рак і запалення) та виробництво нових клітин у довгоживучих організмах. Однак ця ідея стикається з серйозними викликами, такими як збільшення захворюваності на рак, проблеми з імунною системою та небажані довгострокові наслідки.

Теломери та теломераза На початку 1970-х років Олексій Оловніков вперше виявив, що хромосоми не можуть повністю дублювати свої кінці під час поділу клітини. Ця кінцева недореплікація відома як «проблема реплікації кінців». Оловніков припустив, що кожного разу, коли клітина ділиться, частина послідовності ДНК втрачається, і якщо ця втрата досягає певного рівня, поділ клітини зупиняється в кінці. Згідно з його теорією «маргінотомії», на кінці ДНК є послідовності (теломери), які розміщені в тандемних повторах і створюють буферну зону, що визначає кількість поділів, які може зазнати певна клітина.

Багато організмів мають рибонуклеопротеїновий фермент, який називається теломераза, що відповідає за додавання повторюваних нуклеотидних послідовностей до кінців ДНК. Теломераза реплікує головку теломери та не потребує АТФ. У більшості багатоклітинних еукаріотичних організмів теломераза активна лише в статевих клітинах, деяких типах стовбурових клітин, таких як ембріональні стовбурові клітини, та деяких лейкоцитах. Теломераза може бути реактивована, а теломери відновлені до ембріонального стану шляхом перенесення ядра соматичних клітин. Безперервне скорочення теломер з кожною реплікацією в соматичних (тілесних) клітинах може відігравати певну роль у старінні та у профілактиці раку. Це пояснюється тим, що теломери діють як своєрідний «затримуваний запобіжник» і зрештою закінчуються після певної кількості клітинних поділів. Ця дія призводить до втрати життєво важливої генетичної інформації з хромосоми клітини після кількох поділів. Дослідження теломерази надзвичайно важливі для розуміння її ролі у підтримці довжини теломер та її потенційного впливу на старіння та рак.

Виклики Хоча теломери відіграють важливу роль у клітинному старінні, складні біологічні деталі теломер все ще потребують подальшого дослідження. Складні взаємодії між теломерами, різними білками та клітинним середовищем повинні бути повністю вивчені, щоб розробити точні та безпечні втручання для його зміни. Розуміння довгострокового впливу подовження теломер на організм є складним та ризикованим. Прогнозування довгострокових наслідків, включаючи потенційні непередбачені побічні ефекти або взаємодію з іншими клітинними процесами, вимагає ретельного та тривалого дослідження.

Подовження теломер може дозволити клітинам більше ділитися та збільшити ризик неконтрольованого росту клітин і розвитку раку. Дослідження, проведене Університетом Джонса Гопкінса, поставило під сумнів ідею про те, що довгі теломери запобігають старінню. Замість того, щоб захищати клітини від старіння, довгі теломери допомагають клітинам з віковими мутаціями жити довше. Ця проблема створює умови для виникнення різних видів раку, і люди з довшими теломерами клітин демонстрували більше ознак страждання від таких видів раку, як меланома та лімфома.

Баланс довжини теломер Важливо знайти правильний баланс, щоб уникнути непередбачуваних наслідків.

Старі клітини та дисфункція теломер Дисфункція теломер під час клітинного старіння (стан, за якого клітини не діляться, але метаболічно активні) впливає на здоров'я організму. Запобігання вкороченню теломер без очищення від старих клітин може призвести до накопичення цих клітин в організмі та сприяти розвитку вікових захворювань та дисфункції тканин.

Міжтканинні відмінності Різні тканини людського організму можуть по-різному реагувати на зміни теломер. Довжина теломер різна в різних тканинах і типах клітин організму. Розробка загальної стратегії подовження теломер, яка є ефективною у всіх тканинах, є складним завданням; Крім того, розуміння того, як різні типи клітин, органів і систем реагують на маніпуляції з теломерами, дуже важливе для розробки безпечних та ефективних втручань.

Вплив на імунну систему Імунна система відіграє важливу роль у моніторингу та знищенні аномальних або ракових клітин. Подовження теломер може впливати на здатність імунної системи розпізнавати та знищувати клітини з довгими теломерами, що потенційно може поставити під загрозу імунний нагляд. Дуже важливо забезпечити здатність імунної системи ефективно виявляти патогени, аномальні клітини та боротися з ними.

Фактори ризику Теломерні ділянки є особливо чутливими до окислювального стресу, що виникає внаслідок підвищеного рівня глюкозиLombard DB, Chua KF, Mostoslavsky R et. al. DNA repair, genome stability, and aging // Cell. — 2005. –120. ¬No4.– P. 497—512., утворення активних форм кисню і нездатністю організму утилізувати вільні радикалиFerdinando Giacco and Michael Brownlee Oxidative stress and diabetic complications // Circ Res. 2010Oct 29; 107(9): 1058—1070.

Довжина теломер при народженні у різнихлюдей може сильно відрізнятися (від 5 до 20 kb), оскільки вона успадковується від батьків, причому їх середня довжина істотно відрізняється у різних етнічних групLily Daniali, Athanase Benetos, Ezra Susser, Jeremy D. Kark, Carlos Labat, Masayuki Kimura, Kunj K.Desai, Mark Granick & Abraham Aviv Telomeres shorten at equivalent rates in somatic tissues of adults // Nature Communications — 2013.

Див. також

Клітинне старіння Межа Гейфліка

Примітки

Джерела Блекберн Е., Епель Е. Ефект теломер, видавництво Є, 2017. — 256с.