Секрет молодости: как один фермент может сделать жизнь длиннее

Молодильный фермент

Секрет долголетия кроется в теломере — части хромосомы, которая жертвует собой при делении клетки. Дело в том, что особенности процесса репликации ДНК не позволяют копировать всю последовательность целиком, и при каждом делении небольшой фрагмент остается «за бортом».

Спаситель теломеры — фермент теломераза. Его задача — наращивать утраченные фрагменты. Во время эмбрионального развития теломераза работает особенно активно, ведь клетки часто делятся. Но по мере взросления она справляется все хуже или вовсе перестает действовать.

Когда теломера заканчивается, клетка погибает Иллюстрация: © VectorMine / Shutterstock / FOTODOM

Укорачивание длины теломер в течение жизни негативно сказывается на работе организма — нарушается метаболизм, появляются участки воспаления, может возникать онкология. Проще говоря, тело стареет. Именно поэтому ученые давно ищут способы сохранять или даже восстанавливать длину теломер. 

Упущенная Нобелевка

Впервые гипотезу о «потере» части последовательности на концах хромосом во время деления выдвинул советский ученый Алексей Оловников в 1971 году, назвав ее маргинотомией. Правда, он не подтвердил свое предположение экспериментально. Это сделали американские ученые Элизабет Блекберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак, за что в 2009 году получили Нобелевскую премию.

Теломеразу активно изучают ученые, которые занимаются вопросами старения. Эксперименты на мышах показали, что инъекции этого фермента помогают обратить вспять симптомы увядания организма — от проблем с памятью до появления седых волос. Однако при работе с теломеразой исследователи рискуют спровоцировать онкологию, ведь именно активная теломераза — один из факторов, способствующих бесконтрольному делению клеток. 

Орган старения

Второй шанс от людей получили и рыбки данио-рерио. Франко-китайской команде ученых удалось удлинить теломеры в клетках их кишечника, за счет чего получилось омолодить весь организм. Оказалось, что данный орган пищеварительной системы играет ключевую роль в контроле старения клеток всего тела.

Данио-рерио — популярный модельный организм для исследований. Их теломеры по длине схожи с человеческими. Сперва исследователи из Université Côte d’Azur и Sun Yat-sen University Cancer Center отключили у рыбок ген, который кодирует теломеразу. Тогда у животных стали быстро накапливаться повреждения ДНК и возникли проблемы с обменом веществ, которые распространены при старении. Больше всего пострадали клетки кишечника, а продолжительность жизни рыбок сократилась на 70 %.

В обычных условиях данио-рерио живут около года Фото: © Nattawat Kaewjirasit / Shutterstock / FOTODOM

Другой группе рыбок с отключенным геном теломеразы «вернули» кодирующий ее ген и активировали другой, который также связан с синтезом фермента. В результате теломеры удлинились, клетки восстановили способность к делению, поврежденные ткани обновились. У животных улучшился метаболизм, и даже микробиом кишечника сменился на схожий с молодыми рыбками по составу. 

#медицина #здоровье #микробиом

Что такое микробиом?

Читать

Несмотря на то что теломераза синтезировалась только в кишечнике, количество повреждений ДНК уменьшилось и в структурах почек, отвечающих за синтез иммунных клеток и клеток крови, а также в семенниках самцов. Рыбы с активированной теломеразой жили на 40 % дольше, чем те, у которых теломераза была отключена. А в старости они были здоровее сородичей.

Слева воспаленный кишечник рыбок без теломеразы, справа — после возобновления синтеза теломеразы Изображение: MIGUEL GODINHO FERREIRA / Gut-specific telomerase expression counteracts systemic aging in telomerase-deficient zebrafish / Springer Nature Limited

Но почему же активация теломер в кишечнике воздействует на весь организм? Ученые предполагают, что дело в сигнальных молекулах, которые распространяются по всему телу, останавливая воспаление и повреждение ДНК. Есть предположение, что бактерии, способствующие воспалению в этом органе, выделяют вещества, которые проникают в другие ткани. Обновленный микробиом в омолодившемся кишечнике предотвращает этот процесс.

Неудивительно, что люди с мутациями в гене теломеразы склонны к проблемам с пищеварением. Возможно, если удастся выяснить, как именно изменения в кишечнике приводят к переменам в других органах и тканях, а также найти безопасный способ активировать теломеразу, тогда человечество станет на шаг ближе к здоровой и активной старости.