Защита концевых участков хромосом не просто препятствует старению организма, а приводит к его омоложению (фото: Peter Lansdorp/Visuals Unlimited/Corbis).

Проведя исследование на генетически модифицированных мышах с неактивной теломеразой, ученые выяснили, что мыши с неработающим ферментом старели раньше времени, однако при реактивации теломеразы здоровье животных восстанавливалось. Результаты исследования наводят на мысль о том, что, возможно, некоторые заболевания, характеризующиеся преждевременным старением, можно будет лечить путем искусственного повышения активности теломеразы.

«Результаты наших экспериментов дают основание предположить, что обычное старение человеческого организма можно замедлить путем активации теломеразы в клетках», — говорит руководитель исследования Рональд ДеПиньо (Ronald DePinho), генетик из Онкологического Института Дана-Фарбер (Dana-Farber Cancer Institute) и Гарвардской Медицинской Школы (Harvard Medical School) в Бостоне (США).

Другие ученые, однако, обращают внимание на то, что мышь с неактивной теломеразой – не самый удачный модельный объект для демонстрации процессов старения человека. Более того, стимуляция теломеразной активности у человека может привести к развитию опухолей.

Вечная молодость

После открытия теломеразы в 1980-х гг. этот фермент заработал себе репутацию «фонтана юности». На концевых участках хромосом, называемых теломерами, находятся специальные последовательности ДНК, состоящие из коротких повторов определенных последовательностей нуклеотидов. На каждом цикле деления клетки теломеры укорачиваются из-за неспособности ДНК-полимеразы синтезировать копию ДНК с самого конца. Когда дальнейшее укорочение невозможно, клетка перестает делиться и в конечном итоге гибнет. Данный феномен носит название концевой недорепликации и является одним из важнейших факторов биологического старения. Удлинять теломеры может фермент теломераза, однако у взрослых людей он активен лишь в постоянно делящихся клетках, таких как половые клетки, колониеобразующие единицы костного мозга и стволовые клетки различных тканей.

Спустя два десятилетия после открытия теломеразы ученые осознали, что ее роль в процессах старения более сложна, чем предполагалось ранее. В ходе некоторых исследований выяснилось, что существует взаимосвязь между короткими теломерами и ранней смертью. Пациенты с редкими заболеваниями, характеризующимися укороченными теломерами или мутантными теломеразами, были предрасположены к преждевременному старению.

Создав генетически модифицированных мышей с неактивными теломеразами, ученые обнаружили, что длина теломер хромосом таких животных уменьшалась в каждом поколении. Процессы старения в организме таких мышей проходили быстрее в сравнении с контрольной группой, кроме того, у них были обнаружены возрастные заболевания, такие как остеопороз, диабет и некоторые нейродегенеративные расстройства. «Все эти данные свидетельствуют о том, что отсутствие теломер может послужить причиной преждевременного старения», — говорит ДеПиньо.

Чтобы выяснить, обратимы ли эти процессы, ДеПиньо с коллегами модифицировали геном мышей таким образом, что инактивированная искусственным образом теломераза начинала работать после того, как животные получали синтетический препарат под названием 4-ОНТ. Ученые наблюдали за мышами с инактивированными ферментами до тех пор, пока животные не достигали половозрелого возраста, затем на месяц реактивировали фермент, и еще через месяц оценивали состояние здоровья животных.

«Мы не ожидали увидеть инверсии процесса старения, — говорит ДеПиньо, — но у животных восстанавливалась репродуктивная функция, и улучшалось состояние всех органов».

Одного месяца работы теломеразы также хватило для восстановления работы мозга. У мышей с восстановленной теломеразной активностью объем головного мозга был заметно больше, чем у животных с неактивным ферментом. Нейральные стволовые клетки и клетки-предшественницы, дающие начало нейронам, вновь начинали работать.

Онкология

Обратной стороной медали является тот факт, что повышенная теломеразная активность может привести к образованию раковых опухолей, а также стимулировать быстрый рост уже имеющихся злокачественных новообразований. Но, по мнению ДеПиньо, теломеразы должны, наоборот, препятствовать трансформации здоровых клеток в злокачественные в первую очередь путем предотвращения повреждений ДНК.

«Я согласен, что активация теломераз должна препятствовать образованию опухолей, — говорит Дэвид Синклер (David Sinclair), молекулярный биолог из Гарвардской Медицинской Школы (Harvard Medical School) в Бостоне (США), — Если удастся разработать безопасное лечение, это станет прорывом в области терапии многих возрастных заболеваний и восстановления функционирования органов у пожилых людей».

Однако многие ученые скептически относятся к использованию теломераз в терапии. По мнению Дэвида Харрисона (David Harrison), изучающего процессы старения в Лаборатории Дэйва Джексона (Jackson Laboratory) в Бар Харбор (США), мышь не является подходящей моделью для изучения процессов старения человека.

ДеПиньо осознает, что укорочение теломер является далеко не единственным механизмом старения, особенно в пожилом возрасте. Однако, по мнению ученого, терапию, основанную на повышении активности теломераз, вполне возможно скоро можно будет сочетать с другими видами терапии, воздействующими на биохимические пути, лежащие в основе процессов старения.