Механизм старения клеток подскажет ключ к бессмертию?

Клетки человека имеют определенный срок жизни - как только они делятся определенное количество раз, темп их работы замедляется, и они умирают. Биологи знают, что клеточные "часы" - это структуры на конце хромосом, известные как "теломеры". Каждое деление клетки укорачивает теломеры и ведет гибельный отсчет времени жизни клетки и, в конечном итоге, всего организма.

В исследовании, опубликованном в Nature Structural and Molecular Biology, команда американских ученых раскрывает, как изнашивается клетка, укорачиваются теломеры и как ДНК претерпевает значительные изменения. Вероятно, удалось обнаружить тот самый фактор, который люди называют "старение".

"До этого исследования мы знали, что теломеры с каждым делением становятся все короче, пока клетка не погибает, - объясняет руководитель исследования адъюнкт-профессор Ян Карлседер (Jan Karlseder). – Однако что-то должно передавать локальный сигнал с конца хромосомы к ядру. По идее, это довольно мощный сигнал, который должен быть заметен, ведь он вызывает гибель всей клетки".

Каждый раз, когда клетка делится, защитные "колпаки" на конце хромосом (красные и зеленые точки) немного укорачиваются. Когда теломеры изнашиваются, "упаковка" ДНК претерпевает значительные изменения, которые, вероятно, и являются фактором старения.

Ученые начали искать его, сравнивая уровни белков-гистонов в молодых клетках (менее 30 делений), зрелых (75 делений) и старых (85 делений). Гистоны играют исключительно важную роль и практически идентичны во всех организмах. Они связывают нити ДНК в хромосомы и создают хроматин (комплекс ДНК, РНК и белков), который содержит все генетические инструкции, необходимые для функционирования клетки.

Ученые с удивлением обнаружили, что стареющие клетки просто производят меньше гистонов, чем молодые клетки. Гистоны необходимы всему геному и поэтому любое событие, которое разрушает "производственную линию" этого белка, влияет на стабильность всего генома. В конце исчерпывающего сравнения количества гистонов после каждого деления, выяснилось, что действительно существует разница в уровнях белка.

Обычный уровень гистонов свидетельствует о здоровой молодой клетке с полностью исправным хроматином. Стареющие клетки, по всей видимости, испытывают стресс, дублируют хромосомы в ходе подготовки к делению клеток и при этом с трудом создают здоровый хроматин, что, естественно, не приводит к появлению полноценных клеток.

Сравнение гистонных шаблонов клеток, взятых у человека в возрасте 9 и 92 лет, показывает очевидную и огромную разницу в количестве гистонов. Эти ключевые эксперименты позволяют предположить, что явление, наблюдаемое в лабораторной культуре клеток, присутствует в живых организмах и имеет прямое отношение к старению человека.

Заболевания, связанные со старением, такие как рак, в значительной мере связаны с повреждением ДНК. Однако новое исследование предполагает, что старение само по себе бесконечно сложный процесс: прогрессивное сокращение теломер ускоряет старение хромосом и тесно переплетается с эпигенетическим фактором влияния гистонов. Эпигенетическими называют все изменения, которые не связаны напрямую с "запланированными" в ДНК инструкциями. Проще говоря, активность многих генов подвержена влиянию извне, например, зимой у мыши полевки отрастает более густая шерсть и связано это с концентрацией мелатонина в крови – осенью она повышается, а весной снижается.

Серия экспериментов, в которых команда ученых пыталась омолодить старые клетки, подтвердили, что сигналы, испускаемые сокращением теломер, вызывают эпигенетические изменения. Когда исследователи воздействовали на старые клетки теломеразой (фермент, который восстанавливает и удлиняет теломеры), они начали демонстрировать уровень гистонов аналогичный уровню молодых клеток.

Однако секрет бессмертия не так прост – удлинение теломер позволяет клеткам расти намного дольше и может создавать так называемые "бессмертные" клетки, но это повышает риск превращения клетки в раковую.

До сих пор ученые были в основном сосредоточены на взаимодействии между теломерами и механизмами восстановления ДНК. Эти процессы сложно контролировать. Новое исследование предлагает неизведанное поле для поиска бессмертия - эпигенетические изменения клеток в различном возрасте. В настоящее время ученые пытаются определить, изменяются ли гистоны в ходе линейного процесса или же происходит их скачкообразное уменьшение на определенном этапе человеческой жизни. Возможно, открытия методики продления жизни осталось ждать не так долго, как кажется. Причем продления не на "жалкие" 10-20 лет, которые даются огромным трудом здорового образа жизни и бесконечными дорогостоящими медицинскими процедурами, а существенного увеличения долголетия – в разы, а может, и на порядки.