Глава 2. Волшебный фермент

Глава 2. Волшебный фермент

Ключом к клеточному бессмертию, «источником юности» считают теломеразу. Этот фермент позволяет клеткам быстро размножаться без старения. Стволовые клетки эмбрионов, например, обладают огромным запасом теломеразы, которая позволяет им непрерывно делиться, формируя ткани и органы. У взрослых организмов теломераза содержится в клетках, которые должны часто делиться, однако большинство соматических клеток ее не производят.

Теломераза – фермент, добавляющий особые повторяющиеся последовательности ДНК к цепи ДНК на участках теломер. Как мы помним, теломеры – это концевые участки линейной молекулы ДНК, которые состоят из повторяющейся последовательности нуклеотидов. У человека и других позвоночных повторяющееся звено имеет формулу TTAGGG (буквы обозначают нуклеиновые основания). В отличие от других участков ДНК теломеры не кодируют белковые молекулы, в некотором роде это «бессмысленные» участки генома. В 1971 году российский ученый Алексей Матвеевич Оловников впервые предположил, что при каждом делении клеток эти концевые участки хромосом укорачиваются. То есть длина теломерных участков определяет «возраст» клетки – чем короче теломерный «хвост», тем она «старше».

В результате деятельности теломеразы длина тело мерных участков хромосом клетки увеличивается или сохраняется на постоянном уровне, позволяя клетке делиться неограниченно долго. Но что поддерживает фермент в состоянии постоянной активности? На этот вопрос ученые тоже нашли ответ. Оказывается, постоянное стимулирование активности теломеразы происходит за счет особого белкового компонента. Его так и назвали – каталитическим компонентом теломеразы. За выработку этого компонента отвечает определенный ген. Ученые выделили его и даже научились искусственно синтезировать.

Если синтезированный ген ввести в код ДНК, то клетка приобретает способность делиться бесконечно. В естественной среде теломераза производится в стволовых, половых и некоторых других типах клеток организма, которым необходимо постоянно делиться для функционирования их тканей (например – клетки эпителия кишечника).

Интересно, что обычные соматические клетки организма лишены теломеразной активности. Зато 85 % раковых опухолей производят теломеразу в неограниченных количествах, что и вызывает бесконтрольный рост опухоли. Поэтому считается, что активация теломеразы является одним из событий на пути клетки к злокачественному перерождению. Клетка становится больной, но – бессмертной.

Яркий пример бессмертия раковых клеток – это клетки HeLa, изначально полученные из опухоли шейки матки Генриетты Лекс (Henrietta Lacks, отсюда название культуры HeLa) в 1951 г. Эта культура по сей день используется в лабораторных исследованиях. Клетки HeLa в самом деле бессмертны: по оценкам, ежедневно производится несколько тонн этих клеток, причем все они являются потомками нескольких клеток, извлеченных из опухоли Г. Лекс.

Перед нами видимый парадокс: с одной стороны, деятельность теломеразы – путь к бессмертию, с другой – причина одной из самых страшных болезней человечества. Как мы можем использовать это знание?

Ученые распорядились им просто: они выявили, что сам по себе фермент не провоцирует образование опухоли. Он лишь поддерживает ее в жизнеспособном состоянии. А спусковым механизмом болезни являются другие факторы (мы рассмотрели их в предыдущих главах), Поэтому теломераза была реабилитирована в ученой среде.

На этот фермент до сих пор возлагают главные надежды в деле изобретения эликсира бессмертия. Создан искусственный препарат, активирующий теломеразу. Он получен из китайского растения астрагалус. Американский ученый Майкл Фоссел в одном из интервью предположил, что лечение теломеразой может использоваться не только для борьбы с раком, но даже для борьбы со старением человеческого организма и, таким образом, для увеличения продолжительности жизни. Он считает, что уже в ближайшем десятилетии будут проведены первые испытания теломеразных методов увеличения продолжительности жизни человека. Это весьма обнадеживает, так как примерно в это же время произойдет массовый уход на пенсию людей поколения беби-бума в США и Западной Европе.

Практически к тому же выводу пришли ученые, изучавшие стволовые клетки. Американские эксперты Национального института старения определили ключевой процесс клеточного обновления эмбриональных стволовых клеток в гене Zscan4. Этот прорыв может оказать серьезное влияние на научные исследования старения организма, биологии стволовых клеток и рака и восстановительной медицины.

Стволовые клетки являются уникальными, поскольку наряду с возможностью развиваться в практически любом типе клеток в организме они могут производить бесконечное поколение новых, в полном объеме рабочих стволовых клеток. Стволовые клетки в основном бессмертные, а это означает, что они могут делиться бесконечно и вырабатывать дополнительные функциональные дочерние клетки.

Другие клетки не обладают такими способностями, потому что теломеры, защитные окончания хромосомы, которая несет генетическую информацию клетки, каждый раз при делении клетки сокращаются. Когда теломеры становятся слишком короткими, они уже не способны защитить клетки, объясняют исследователи.

До сих пор механизм бессмертия стволовых клеток оставался тайной. Большинство ученых склоняются к мнению, что стволовые клетки способны на «самообновление», то есть при делении они также производят дочерние клетки. Специалисты считают, что этот процесс уместнее назвать клеточным «омоложением». По их словам, как и в других клетках, когда стволовые клетки дублируются, дочерние клетки не идентичны «родительским». Согласно полученным результатам лабораторных тестирований на мышах, стволовые клетки имеют уникальный ген Zscan4, который при активации омолаживает клетки и восстанавливает их исходную силу. Это омоложение затрагивает удлинение теломер посредством рекомбинации, когда короткие теломеры в сочетании с более длинными самостоятельно удлиняются. Затем идентифицированный ген выключается. Открытие показало, что ген не включается каждый раз, когда клетка воспроизводится, – примерно 5 % клеток становятся работоспособными при его активности в любой одной точке.