X Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2018

Введение

Теломераза — это фермент, который обеспечивает добавление недостающих теломерных повторов к концам хромосом и способствует, таким образом, восстановлению длины теломер. Клетка, снабженная теломеразой, способна на бесконечное количество делений. Но в большинстве клеток нашего организма фермент теломераза находится в неактивном состоянии. Он действует лишь в эмбриональных стволовых клетках, дающих начало всем другим типам клеток, и в половых клетках. Однако есть случаи, когда теломераза проявляет свою активность совсем не к месту, то есть она активна в клетках большинства опухолей, и следовательно обеспечивает им возможность многократного делания.

Актуальность темы: в настоящее время теломерная теория старения и пути к продлению жизни основаны на изучении человеческой теломеразы, а соответственно, на попытках генетического омоложения человека. Прогрессивно стареющему человечеству на сегодняшний день нужна активная теломераза — «волшебный фермент молодости». Это один из удачных способов продлить жизнь.

Цель: изучение фермента теломеразы и его роли в процессе старения.

Задачи:

1. Дать определение ферменту теломераза.

2. Выяснить, каким образом укорочение теломер может служить причиной старения и ограничения продолжительности жизни.

3. Выяснить, как достичь долголетия человека, замедлив процессы старения, но в то же время не вызывать развития злокачественных новообразований.

Человечество прогрессивно стареет. Одним из ведущих механизмов старения является потеря клеток, которая не может быть восполнена регенерацией.

Теломераза — фермент, добавляющий особые повторяющиеся последовательности ДНК к 3'-концу цепи ДНК на участках теломер, которые располагаются на концах хромосом в эукариотических клетках. Теломеры содержат уплотнённую ДНК и стабилизируют хромосомы. В последнее время было установлено, что нормальные диплоидные клетки имеют ограниченный потенциал делений, и что теломеры хромосом при каждом делении укорачиваются, а также после открытия фермента теломеразы, восстанавливающего исходную длину теломер, было экспериментально показано, что активация теломеразы в исчерпавших лимит Хейфлика клетках возобновляет их пролиферацию.

Каким же образом укорочение теломер может служить причиной старения и ограничения продолжительности жизни?

Очевидно, что для старения и смерти от старости вовсе не обязательно, чтобы лимит Хейфлика был исчерпан во всех клетках и тканях организма. Достаточно исчерпания пролиферативного потенциала клеток в каком-то отдельном участке одной из тканей какого-либо органа, что повышает вероятность развития характерных возрастных болезней – рака, инсульта, инфаркта, сердечной недостаточности и т.п. Эти болезни, разумеется, могут возникать и в более молодом возрасте и не обязательно в результате исчерпания лимита Хейфлика, однако в участке ткани, где лимит пролиферации клеток исчерпан и группа клеток поставлена перед необходимостью либо преодолеть лимит Хейфлика (рак), либо погибнуть (инсульт, инфаркт), возникновение этих заболеваний более вероятно. Для рака это показано достаточно четко. Механизм развития рака в результате исчерпания клетками пролиферативного потенциала представляется следующим: более активная пролиферация эпителиальных клеток в некоем участке ткани приводит к критическому укорочению теломер. В сочетании с инактивацией определенных генов соматическими мутациями, также накапливающимися с возрастом, это может приводить к тому, что клетки преодолевают лимит Хейфлика. Продолжающаяся пролиферация за пределы лимита Хейфлика ведет к дальнейшему прогрессивному исчерпанию теломер и запуску в этих клетках хромосомных разрывов, слияний и мостов с последующей анеуплоидией и транслокациями, что и приводит к раннему канцерогенез, а включающаяся экспрессия теломеразы – к активному злокачественному росту.

Что касается постмитотических клеток (кардиоциты, нейроны), то на их состоянии, сопряженном с функционированием снабжающих их сосудов, может неблагоприятно сказываться состояние тех групп клеток, которые исчерпали свой пролиферативный потенциал и тем самым снизили гомеостатические возможности всего организма.

С возрастом число участков в тканях организма, где клетки исчерпали свой пролиферативный потенциал, постепенно увеличивается и тем быстрее, чем интенсивнее делятся клетки в организме в целом и в том или ином участке ткани в частности. Соответственно с возрастом увеличивается и вероятность развития вышеперечисленных заболеваний. В конце концов даже самая передовая медицина не может справиться с нарастающим валом старческих болезней: человека вылечивают от рака, но он умирает от инсульта или от сердечной недостаточности, либо от иной характерной болезни пожилого возраста. Здесь необходимо отметить, что ионизирующая радиация, убивающая часть клеток, способствует компенсаторной ускоренной пролиферации клеток, оставшихся неповрежденными, и тем самым ускоренному укорочению теломер и ускоренному старению организма (лучевое старение).

Как же достичь долголетия человека, замедлив старение, в то же время не вызывая развития злокачественных новообразований?

Одним из предлагаемых путей является реактивация теломеразы в пролиферирующих клетках на фоне стимулирования активности нормальных вариантов онкосупрессоров: р53, р16 и ARF. Так, было доказано, что конститутивная сверхэкспрессия обратной транскриптазы (субъединицы теломеразы) с повышенной активностью ключевых супрессоров опухолей, приводит к значительному увеличению медианной продолжительности жизни и замедлению различных показателей старения, в частности кожи и кишечника.

Клеточное старение – это генетическая программа необратимой остановки клеточного цикла, блокирующая реакцию клетки на пролиферирующие стимулы и факторы роста при наличии нерепарируемых повреждений ДНК, в частности, критически укороченных теломер. Старение клетки – это загадочный феномен, возможно, играющий определенную роль в старении целостного организма и как было показано у человека, что при более низких концентрациях теломеразы и меньшей длине теломер в лимфоцитах периферической крови в несколько раз увеличивался риск сердечно-сосудистых заболеваний, составляющих, как известно, главную причину старческой смертности.

Программа клеточного старения может быть активирована в теломераза-позитивных клетках, какими являются стволовые клетки и поэтому убыль количества стволовых клеток является одной из причин возраст-зависимых нарушений регенерационной способности организма. Решение данной проблемы возможно на путях введения эмбриональных стволовых клеток в организм человека, но это может приводить к отторжению чужих клеток при их трансплантации. Перепрограммирование собственных дифференцированных клеток в подобие эмбриональных клеток приводит к возникновению устойчивых свойств стволовых клеток благодаря обнаружению ряда регуляторых белков, обуславливающих свойства истинно стволовых клеток и увеличивающих продолжительность жизни человека.

Клеточное старение – репликативное и стресс-идуцированное, сокращение пролиферирующих клеток вообще и стволовых, в частности, приводит к нарушению регенераторной способности тканей и на фоне возраст-зависимой активации апоптоза в ряде тканей при подавлении компенсаторной пролиферации (замещение одних клеток другими) происходят дегенеративные нарушения, что снижает функциональные возможности организма, находя выражение в таких процессах:

Длина теломер связана со старением целостного организма;

Модельные организмы с дефектами теломеразы характеризуются ускоренным старением и пониженной продолжительностью жизни;

Некоторые симптомы ускоренного старения у человека связаны с преждевременной дисфункцией теломер;

Стареющие клетки способны разрушать межклеточный матрикс, а также индуцировать локальное воспаление и онкогенез;

Снижение пролиферативных способностей или утеря стволовых клеток при старении снижает регенераторные способности любой ткани организма.

Заключение

Таким образом, теломераза - это фермент, который достраивает укороченную теломеру в половых клетках и клетках опухолей, обеспечивая их бессмертие на основе установленных следующих фактов:

Концы линейных хромосом с 3’-конца ДНК заканчиваются повторяющимися последователностями нуклеотидов, получивших название теломер, которые синтезируются рибонуклеиновым ферментом - теломеразой;

Соматические клетки эукариот, имеющие линейные хромосомы, лишены теломеразной активности. Их теломеры укорачиваются в процессе онтогенеза по мере старения in vivo, так и при культивировании in vitro;

Половые клетки и клетки иммортиризованных линий, а также опухоли имеют высокоактивную теломеразу, которая достраивает 3’-конец ДНК, на котором реплицируется комплементарная цепь при делении.

Список используемой литературы

Акоев И.Г. Биофизика познает рак. - Москва.: Наука, 1987. – 160 с.

Баур Ш. Влияние положения теломеры в клетках человека.//Sciense. - 2001. - № 5524. – С. 2075- 2077.

Гильхрест В.А., Яар М. Старение кожи: теоретические допустимые механизмы и вытекающие из них изменения в структуре и функционировании//Медик. – 2001. - №17. – С. 617-630.

Дильман В.М. Большие биологические часы. – Москва: Учебное пособие, 1982. - 208 с.

Йоку, Фурумото. Связанное со старением укорачивание теломер замедляется обогащением внутриклеточного витамина С путём подавления оксидазного стресса.//Life Sci. -1996. - №63 (11). – С. 935-938.

Канунго М. Биохимия старения. – Москва: издательство «Мир», 1982. – 296 с.

Лэмб М. Биология старения. – Москва – издательство «Мир», - 1980. – 206 с.

Сарецки Г. Репликационное старение, теломеры и оксидативный стресс.//Ann. N. Acad Sci. -2002. - № 959. - С. 24-29.

Харли Л. Натуральный продукт – активатор теломеразы как часть программы сохранения здоровья.//Rejuvenation. -2010. – № 1. – С. 34-39.

Эффрос Р.Б. Старение и иммунная система. Восприимчивость и старение: причины и вмешательство.//Novartis Foundation Symposium. – 2008. - №5. - С. 210 - 235.

Код для цитирования: Скопировать