Эффект теломер: революционный подход к более молодой, здоровой и долгой жизни - Страница 13

Рис. 8. Нити теломер вблизи. На концах хромосом находятся теломеры. Нити теломер состоят из повторяющихся последовательностей TTAGGG, напротив которых расположены их пары AATCCC. Чем больше таких последовательностей, тем длиннее теломеры. На данном рисунке изображена голая ДНК теломер, хотя на самом деле она покрыта защитным слоем белка.

В теломерах человека (как обнаружится впоследствии) первая нить состоит из повторяющихся последовательностей TTAGGG, напротив которых, на второй нити, расположены последовательности AATCCC. Обе нити закручены спиралью (типичная для ДНК форма).

Эти пары оснований, повторяющиеся тысячи раз, позволяют измерить длину теломер (обратите внимание: на некоторых иллюстрациях, приведенных в книге, длина теломер указана в других единицах). Повторяющиеся последовательности подчеркивают разницу между теломерами и остальной ДНК. Гены, также состоящие из ДНК, находятся внутри хромосом (в каждой нашей клетке содержится 23 пары хромосом, итого – 46). В ДНК генов зашифрован шаблон, по которому формируется наш организм, – подробная инструкция по его созданию. Из парных букв образуются сложные «предложения», содержащие инструкции по производству белков, из которых состоит наше тело. ДНК генов определяет, насколько быстро бьется ваше сердце, голубые у вас глаза или карие, достаточно ли ваши ноги и руки длинны, чтобы победить в марафоне. ДНК теломер совсем другая. Прежде всего она расположена не внутри генов, а снаружи – на самом конце хромосомы, содержащей гены. В отличие от ДНК генов в ней не закодированы никакие инструкции. ДНК теломер скорее играет роль амортизатора, защищающего хромосомы в процессе деления клеток. Теломеры принимают на себя все внешние удары.

Такая защита чрезвычайно важна. В процессе деления и обновления клеток драгоценное содержимое их хромосом (то есть генетические инструкции) должно оставаться неуязвимым. Иначе откуда организм ребенка узнает, что он должен вырасти высоким и сильным? Как иначе ваши клетки смогут наделить вас чертами, которые делают вас уникальным и не похожим на других? А ведь в момент деления клетки ее хромосомы – вместе с находящимся внутри них генетическим материалом – особенно уязвимы. Без дополнительной защиты хромосомы с ценным грузом могут запросто пострадать: распасться, слиться друг с другом или мутировать. Когда генетический материал клетки перемешивается подобным образом, последствия могут оказаться поистине разрушительными. Из-за мутации клетки способны утратить свои функции, погибнуть или переродиться в раковые клетки, которые начнут стремительно размножаться. В таком случае вы вряд ли долго протянете.

Теломеры, которые запечатывают концы хромосом, не позволяют произойти всем этим немыслимым событиям. Именно это мы и узнали об особых повторяющихся последовательностях ДНК, из которых состоят теломеры. Вместе с Джеком Шостаком я (Элизабет) открыла эту важнейшую функцию в начале 1980-х годов: мне удалось изолировать последовательности ДНК теломер тетрахимены, которые Джек затем поместил в клетку дрожжевого грибка. Теломеры тетрахимены принялись защищать хромосомы дрожжевого грибка в процессе деления клеток, жертвуя ради этого своими парами оснований.

При каждом делении клетки ее «кодирующая ДНК» (из которой и состоят гены) в точности копируется, оставаясь неизменной. К сожалению, с каждым делением теломеры на концах хромосом теряют пары оснований. Таким образом, с годами, по мере все новых и новых делений клетки, они становятся короче. Вместе с тем процесс их сокращения не является линейным. Взгляните на график, приведенный далее.

В рамках программы изучения генов, среды обитания и здоровья, разработанной медицинским центром «Кайзер Перманент», проводилось интересное исследование, в ходе которого у 100 000 добровольцев взяли образцы слюны, чтобы измерить длину теломер. Было установлено, что теломеры в среднем становятся все короче и короче начиная с 20-летнего возраста и достигают минимальной длины к 75 годам . После этого они удивительным образом остаются неизменными или даже удлиняются. Данный феномен, вероятно, не свидетельствует об истинном удлинении теломер – просто люди с более короткими теломерами, скорее всего, к этому возрасту умирают (это явление известно как систематическая ошибка выживших: в любом исследовании, посвященном процессу старения, самые старые люди оказываются наиболее здоровыми). Именно людям с самыми длинными теломерами удается дожить до 90, а то и до 100 лет.

Рис. 9. Теломеры с возрастом укорачиваются. Длина теломер с годами в среднем уменьшается. Быстрее всего этот процесс происходит в раннем детстве, после чего средняя скорость сокращения теломер с возрастом снижается. Любопытно, что согласно результатам многих исследований теломеры не сокращаются у людей старше 70. Считается, что дело тут в систематической ошибке выживших, поскольку до этого возраста доживают люди с самыми длинными теломерами. Скорее всего, их теломеры были длиннее на протяжении всей жизни, начиная с рождения.

С годами теломеры становятся короче, но действительно ли с их помощью можно узнать, сколько человеку суждено прожить или в каком возрасте он начнет серьезно болеть?

Ученые отвечают на этот вопрос утвердительно.

Не во всех исследованиях теломеры служили надежным индикатором продолжительности жизни, потому что на нее влияют и многие другие факторы. Однако приблизительно в половине всех исследований, в том числе наиболее масштабных, теломеры действительно позволяли ориентировочно предсказать продолжительность жизни. Так, исследование, проведенное в 2015 году в Копенгагене, в котором участвовали свыше 64 000 человек, показало, что короткие теломеры предвещают преждевременную смерть . Чем они короче, тем выше риск умереть от рака, сердечно-сосудистых заболеваний, да и в целом умереть в более раннем возрасте независимо от конкретной причины. Взгляните на рис. 10, на котором теломеры разделены по длине на десять групп. Группа людей с самыми длинными теломерами (с 100-й по 91-ю перцентиль) находится слева, следом идет группа с 81-й по 90-ю перцентиль и т. д., вплоть до последней группы людей, у которых теломеры самые короткие (с 1-й по 10-ю перцентиль). Наблюдается четкая зависимость: люди с самыми длинными теломерами наиболее здоровы; по мере уменьшения длины теломер вероятность заболеть и умереть раньше времени увеличивается.

Вернемся к упомянутому выше исследованию, организованному медицинским центром «Кайзер Перманент». Через три года после измерения длины теломер выяснилось, что самая высокая смертность отмечалась среди людей с самыми короткими теломерами . Исследователи учитывали множество разных параметров, потенциально влияющих на состояние здоровья и продолжительность жизни, в том числе возраст, пол, расовую и этническую принадлежность, уровень образования, наличие вредных привычек, уровень физической активности, индекс массы тела (ИМТ). Зачем ученым понадобилось рассматривать столько переменных? Дело в том, что настоящей причиной повышения уровня смертности теоретически могли быть не укороченные теломеры, а один, несколько либо все из этих факторов. К примеру, наблюдается явная зависимость между курением табака и общим показателем смертности, а во многих исследованиях была обнаружена корреляция между курением и более интенсивным сокращением теломер. Но даже после того, как были учтены все перечисленные факторы, зависимость между сокращением теломер и общим показателем смертности прослеживалась отчетливо. Судя по всему, длина теломер действительно вносит вклад в суммарный риск преждевременной смерти.