Теломеры - однонитевые участки на концах хромосом - являются наиболее изученным маркером клеточного возраста и во многих случаях отражают способность клетки к дальнейшим делениям. Недавно появилось сообщение об альтернативном подходе для искусственного удлинения теломеров, при котором не нужна теломераза.

Ученые из Стенфордского университета (США) разработали новый метод, позволяющий удлинять теломеры "в пробирке" без помощи фермента теломеразы, который отвечает за поддержание длины теломер в клетках.

Фермент теломераза добавляет к концам теломеров последовательность TTAGGG (буквы обозначают различные нуклеотиды (основные структурные "кирпичики" ДНК и РНК): T - тимин, G- гуанин, A - аденин). Эта последовательность должна быть повторена многократно. Длинные теломеры - гарантия "правильного поведения" ДНК в процессе клеточного деления. Клетки с укороченными теломерами проявляют большую склонность к образованию опухолей (см. эту новость). Кроме того, в последнее время становится все более очевидным, что теломеры служат "клеточным часовым механизмом", с помощью которого регулируется процесс старения.

Теломераза - комплексный фермент, кодируемый несколькими генами. Для того, чтобы изучить регуляцию и механизм ее работы, ученые обычно добавляют "лишнюю" копию одного из ее генов с помощью введения в интересующую их клетку ДНК вируса, в которую встроена ДНК теломеразы. Как показали эксперименты, некоторые из таких преобразованных клеток могут жить вечно, причем они не вызывают опухоль при введении мышам с "отключенным" иммунитетом. Это означает, что введение гена теломеразы, хотя и дарует клеткам бессмертие, но не превращает их в раковые.

С другой стороны, повышенная активность теломеразы наблюдается именно в бесконечно делящихся клетках опухоли, что еще раз подчеркивает необходимость поддержания длины теломеров для многократного клеточного деления.

Решение загадки как рака, так и старения, во многом будет зависеть от того, как скоро мы поймем законы, управляющие работой этого загадочного фермента и его роль в процессах деления и выживания клеток.

Работа ученых под руководством доктора Kool, опубликованная в ноябрьском онлайновом варианте журнала Proceedings of National Academy of Science of USA [1], может дать новый стимул исследованиям не только старения и рака, но и многих других процессов в живой клетке. Учеными разработан принципиально иной подход для удлинения теломеров, чем описанный выше. Они не применяли вирусные векторы, чтобы внести в клетку ДНК теломеразы. Вместо этого они использовали прогнозируемую ранее способность другого клеточного фермента - ДНК полимеразы, в норме отвечающей за удвоение хромосом при делении клетки, для выполнения той же работы.

В обычных условиях ДНК полимераза не способна удлинять теломеры. Более того, при каждом делении на каждой из хромосом образуется относительно небольшой участок одноцепочечной ДНК, которому ДНК полимераза не в состоянии подобрать "пару" (на этом и основывается укорочение теломеров при делениях). Суть процесса сводится к тому, что для нормальной работы ДНК полимеразе требуется специальный "образец", по которому она могла бы достраивать теломер. Ученые из Стенфорда как раз и разработали первый успешно действующий искусственный "образец", который смог заставить ДНК полимеразу выполнять ту же работу, которой в норме занимается теломераза. Этот образец состоит из циклической молекулы ДНК и назван поэтому "наноциклом" (nanocircle).

Практических применений у данной работы несколько. Одно из важнейших (кроме изучения роли удлинения и укорочения теломеров в разнообразных жизненных процессах клетки) заключается в возможности длительного поддержания жизни клеток нормальных человеческих тканей, что бывает очень важно для стандартизации условий экспериментов. Пока это невозможно, так как, достигнув определенной критически короткой длины теломер, нормальные клетки перестают делиться и их приходится заменять на другие, внося тем самым в исследование фактор неопределенности. Этот подход не очень удобен, так как ограниченное время жизни клеток часто не позволяет провести все необходимые измерения, а тем более получить достоверные и воспроизводимые результаты.

Введение генов теломеразы с помощью вирусной ДНК также чревато побочными эффектами: мы ведь до конца не понимаем всех функций теломеразы в клетке. Следовательно, мы не знаем, во что теломераза способна "совать свой нос" и как отразится такое искусственное усиление ее активности на других внутриклеточных процессах. Например, планируя эксперимент по изучению регуляции какого-либо гена, мы не можем быть до конца уверены, что предварительное введение теломеразы с вирусным вектором само по себе не влияет на регуляцию данного гена. В случае же, если это так, исследователь придет к ложным выводам относительно закономерностей работы данного гена в нормальных (без теломеразы) клетках.

Предложенный метод [1] представляет прекрасную возможность вовремя "омолаживать" стареющие клетки, не вмешиваясь при этом в пути проведения внутриклеточных сигналов. В будущем это может выглядеть примерно следующим образом: исследователь выделяет из организма человека или животного интересующий его тип клеток и проводит с ними ряд измерений. Затем, когда эти клетки начинают стареть и их теломеры укорачиваются, ученые имеют возможность искусственно их удлинить с помощью "наноциклов". В итоге - "обновленные" и способные к дальнейшим делениям клетки, полностью соответствующие полученным в самом начале эксперимента. И теломераза для этого совершенно не нужна!

Результаты работы могут быть применены в самых различных областях исследований, среди которых важнейшими с точки зрения практики являются изучение клеточного старения, трансплантационная медицина и исследование процессов, приводящих к возникновению опухолей.

1. Ulf M. Lindstrom, Ravi A. Chandrasekaran, Lucian Orbai, Sandra A. Helquist, Gregory P. Miller, Emin Oroudjev, Helen G. Hansma, and Eric T. Kool. Artificial human telomeres from DNA nanocircle templates // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 10.1073/pnas.252396199.

Источник новости: Bio.com News