Какова функция теломер? Теломеры не дают ниткам ДНК развязаться на концах. Их можно сравнить с маленькими пластиковыми наконечниками на концах шнурков для ботинок, которые не дают им распуститься. Природа изобрела такие наконечники – теломеры – для нашей ДНК. Какую роль они играют в старении?
Каждый раз, когда наши клетки делятся, теломеры становятся чуть короче. Это происходит потому, что клеточным механизмам приходится развязывать все эти связки ниток, чтобы скопировать их, а в процессе они «забывают» маленькую частичку в конце. После определенного количества делений клетки (обычно – около 60) теломеры становятся настолько короткими, что больше не обеспечивают надежной защиты: ДНК начинает развязываться и становится нестабильной, подобно растрепанному шнурку, с которого слетел наконечник. Развязанная, нестабильная ДНК не может функционировать нормально, потому что именно в ДНК содержатся инструкции по сборке всех белков, поддерживающих жизнь в клетке.
Теломеры – это наконечники цепочек ДНК, или хромосом (связок нитей). Чем чаще делятся клетки, тем больше укорачиваются теломеры.
Теломеры можно считать своеобразным механизмом обратного отсчета. С каждым новым отсчетом – делением клетки – клетка все ближе приближается к смерти, потому что теломеры укорачиваются. Зачем природа создала такую систему? Разве не было бы лучше, если бы теломеры никак не менялись, и наши клетки всегда оставались молодыми и здоровыми?
Главная причина существования теломер состоит в том, что они защищают нас от рака. Теломеры функционируют как защитный механизм. Давайте предположим, что клетка превращается в раковую и начинает неконтролируемо делиться. Это приведет к очень быстрому укорочению теломер (они становятся короче с каждым делением клетки), после чего ДНК клеток растреплется, и раковые клетки самоуничтожатся. Таким образом, этот механизм постоянно защищает нас от образования новых раковых клеток. Каждый день в организме формируются тысячи раковых клеток, которые погибают благодаря этому защитному механизму. Но даже этот механизм не идеален. Иногда мутации (новые характеристики) позволяют раковым клеткам избежать гибели, вырабатывая белок, автоматически удлиняющий теломеры. Этот белок, теломераза, не дает теломерам укорачиваться после каждого деления клетки и позволяет раковым клеткам делиться бесконечно, по сути, становясь бессмертными.
Некоторые полипы и черви тоже вырабатывают теломеразу, благодаря чему не стареют и становятся практически бессмертными. У людей теломераза вырабатывается только в репродуктивных клетках, благодаря чему они всегда остаются молодыми (также теломераза иногда вырабатывается в лейкоцитах, когда им приходится делиться чаще). Как мы уже убедились раньше, половые клетки должны оставаться молодыми, потому что дети должны рождаться свежими и юными, а не с болезнью Альцгеймера и больным сердцем.
Существует несколько врожденных болезней, при которых люди рождаются с очень короткими теломерами. Это несправедливо, потому что вам приходится начинать жизнь с обратным отсчетом, который начинается сразу с середины. Представьте себе кухонный таймер: для одного человека он стоит на 60 минутах, для другого – на 40 или даже на 10. При мягкой форме этой болезни у пациентов теломеры средней длины. У них часто развивается болезнь, известная как легочный фиброз. Их легкие заполняются соединительной тканью, вызывающей одышку и кашель. С прогрессом заболевания больные не могут отдышаться, и им все время кажется, что они сейчас задохнуться. А еще они практически ничем не могут заниматься, потому что очень быстро начинается одышка. Быстро делящиеся клетки, которые делают ткани легких гибкими, быстро умирают из-за укороченных теломер, и легкие становятся неэластичными, затрудняя дыхание. Легочный фиброз начинается в 40–50 лет: обычно это слишком ранний возраст для дегенерации легких. Впрочем, стоит указать, что лишь около 10 процентов случаев легочного фиброза вызывается укорочением теломер; другие формы заболевания вызываются, например, аутоиммунными заболеваниями или кремниевым порошком.
Легочный фиброз развивается, когда у вас умеренно короткие теломеры. Если вы родитесь с очень короткими теломерами, в молодости, а иногда даже в детстве проявятся другие симптомы. Одна из таких болезней – врожденный дискератоз. Дети с этой болезнью седеют и лысеют в очень молодом возрасте. Их кожа быстрее стареет, равно как и соединительная ткань в легких и печени. У них деформированные ногти, которые часто отваливаются (ногти состоят из быстро делящихся клеток). Их иммунная система тоже быстро приходит в упадок: иммунные клетки быстро делятся (каждый час организм вырабатывает миллиарды иммунных клеток), так что их теломеры быстро укорачиваются. Иммунные клетки – это лейкоциты, циркулирующие в крови и отлавливающие вредоносных микробов – бактерии, вирусы и паразитов. С каждым делением теломеры в лейкоцитах становятся короче, а у людей, уже родившихся с короткими теломерами, лейкоциты довольно быстро перестают вырабатываться вообще. У пациентов часто уже к десяти годам плохо функционирует иммунная система, что делает их более уязвимыми к инфекциям и раку (иммунная система еще и зачищает раковые клетки). У людей с нормальными теломерами такое происходит не раньше, чем годам к 70.
Как часто бывает в медицине, даже это еще не самое худшее. Люди с синдромом Хойераала-Хрейдарссона рождаются с еще более короткими теломерами, чем при врожденном дискератозе. Симптомы проявляются в еще более раннем возрасте: уже в первый год жизни у детей накапливается соединительная ткань в органах, выпадают волосы, они страдают от инфекций из-за неработающей иммунной системы и проблем с ногтями и кожей. Болезнь воздействует также на мозг и глаза. Обычно такие дети живут недолго.
Когда теломеры слишком коротки, они вызывают множество симптомов, которые мы видим при нормальном старении, например, седые волосы и ухудшение работы иммунной системы. Однако некоторые ученые не уверены, что теломеры играют важную роль в процессе старения. Есть клетки, которые делятся очень мало, например, мышечные и нервные, так что их теломеры не очень сильно укорачиваются. Тем не менее эти клетки стареют. Кроме того, есть животные, – например, мыши, – у которых продолжительность жизни маленькая, но теломеры длиннее, чем у людей. Можно было бы предположить, что клетки мышей благодаря длинным теломерам смогут делиться дольше и обеспечить более долгую жизнь. Тем не менее мыши живут лишь два года, а люди – около 80 лет.
У людей с очень короткими теломерами рано седеют волосы и быстро стареет кожа.
Возможно, дело не столько в длине теломер (если, конечно, они не очень короткие, как при некоторых болезнях), сколько в способности удлинять или восстанавливать теломеры. Все наши клетки умеют вырабатывать белок, который может удлинять короткие теломеры, – он называется теломеразой. Этот белок активен в основном в клетках, которым нужно часто делиться, например, в половых или иммунных клетках. Иногда, однако, теломераза активируется и в других клетках, делая их моложе. Если мышам давать теломеразу, они живут дольше (121), а если давать вещество, ингибирующее работу теломеразы, – то быстро умирают от разнообразных возрастных заболеваний. Ученые обнаружили, что у евреев-ашкеназов
[47], которые часто доживают до глубокой старости, вырабатывается особенно активная форма теломеразы, благодаря которой их теломеры остаются длиннее, чем обычно (122). Некоторые черви могут вообще стать бессмертными, активируя теломеразу в своих клетках. Они поступают так, когда переходят к бесполому размножению. Когда черви размножаются половым путем (через яйцеклетки и сперму), их тело снова становится смертным, потому что бессмертие передается только репродуктивным клеткам, а не всему организму.
