клетку у мышей и крыс (экспрессирующих теломеразу в соматических клетках) на порядки выше, чем у человека.
Старение.
Вскоре после открытия предела Хейфлика появились теории «клеточного старения», объяснявшие феномен падения жизненных функций организма с возрастом снижением репликативного потенциала его клеток. Исследования теломер и теломеразы дали объяснение феномену предела Хейфлика, что вызвало рост интереса к этому ферменту со стороны медиков и геронтологов. Было выяснено, что у человека дефект даже в одном из аллелей генов теломеразы приводит к патологиям, из которых наиболее распространен врожденный дискератоз. Причиной этого вероятно является жесткая регуляция экспрессии теломеразы (как ее белкового, так и РНК-компонента) [7].
Кроме того, была выявлена корреляция между чрезмерно укороченными теломерами и частотой ряда возраст-зависимых заболеваний [7]. Одной из наиболее ярких работ по роли теломеразы в процессе старения стали эксперименты, в которых с помощью суперэкспрессии теломеразы была увеличена продолжительность жизни мышей, при условии одновременного усиления антираковой защиты [357]. Следует отметить, что наличие компромисса между защитой от рака и замедлением старения есть не только в случае теломеразы. Другим известным примером является белок p53, который с одной стороны является ключевым звеном антираковой защиты, а с другой — ускоряет старение [365].
Не менее удивительные результаты были получены в группе Марии Бласко: исследователям удалось замедлить старение и продлить жизнь у взрослых мышей с помощью повышения уровня экспрессии теломеразы [15]. Немаловажно, что в этой работе «теломеразная генная терапия», осуществлявшаяся с помощью обработки животных аденоассоциированным вирусом, оказалась эффективной не только для взрослых (1 год), но и для старых (2 года) мышей: медианная продолжительность жизни после обработки вирусов возросла на 24 % и на 13 % соответственно. Примечательно, что при этом терапия не привела к увеличению частоты возникновения злокачественных образований [15].
Но, несмотря на всю привлекательность гипотезы о неуклонно сокращающихся теломерах как молекулярных часах клетки, многие ее аспекты остаются неясными, а ряд фактов вступает с ней в противоречие. Как уже было отмечено выше, у мышей и крыс теломеры почти на порядок длиннее, чем у человека, а теломераза активна и в соматических клетках. Однако стареют эти грызуны значительно быстрее людей. Эксперименты на мышах, у которых был удален ген теломеразы, показали, что животные жизнеспособны и плодовиты в течение 6 поколений [18]. Скорость укорочения теломер у мутантных животных составила 4.8±2.4 тысячи пар оснований на поколение, что сравнимо со скоростью укорочения теломер у человека. В культуре клеток из мутантных животных в более поздних поколениях наблюдался рост частоты хромосомных аберраций, однако влияния укорочения теломер на значение предела Хейфлика не было выявлено. Этот факт, а также ряд других наблюдений [7] указывают, что укорочение теломер является далеко не единственным механизмом ограничения пролиферации соматических клеток.
Следует также отметить, что экспериментальные доказательства роли феномена предела Хейфлика в старении многоклеточных организмов достаточно немногочисленны, и интерпретация данных, полученных на культурах, где клетки подвергаются ряду нефизиологических стрессовых факторов, требует осторожности [72]. В частности, показано, что снижение концентрации кислорода от обычного значения 20 % до 1 % приводило к замедлению репликативного старения фибробластов человека [293], а также что концентрация кислорода ограничивает пролиферацию в культуре мышиных фибробластов [256].
Однако теломеры могут играть важную роль в процессе старения и вне контекста ограничения пролиферативной активности. Как было отмечено выше, теломерные участки ДНК хромосом более уязвимы для различных вредоносных стрессовых факторов, в том числе АФК. Таким образом, теломеры могут служить индикатором стресса в клетке, генерируя сигнал «повреждение ДНК!» при относительно низком уровне стресса, еще не слишком опасном для остальной хромосомной ДНК.
