Ученые нашли источник вечной молодости, но он уродует тело
Испанскими учеными было установлено, что при проведении исследований по перепрограммированию мышей с применением генной инженерии в их клетках увеличивается длина теломер. Это дает возможность продлить жизнь, но при этом необходимо прибегнуть к некоторым ухищрениям, чтобы в следующем поколении на свет не появились настоящие монстры.

Теломерами называют концевые части хромосом, образованные повторяющимися цепочками ДНК, которые состоят из шести нуклеотидов. На первый взгляд они кажутся бесполезными, но в действительности выполняют очень важную функцию. Хромосомы при делении клеток копируются, и данный процесс для них протекает вовсе не бесследно. Новые хромосомы имеют более короткие концы, чем в начальных. Теломеры выступают в роли защитных колпачков, потому как никакой важной генетической информации не несут.

В то же время, каждое новое поколение клеток имеет теломеры все более коротких размеров. В конечном итоге наступает критический момент, именуемый пределом Хейлика. По достижении этой границы, клетки больше не могут делиться и погибают.

Часть клеток, в том числе половых, стволовых, могут увеличивать длину собственных теломер. Возможно это за счет наличия фермента, который называется эндогенной теломеразой. Этот фермент добавляет тот фрагмент из шести нуклеотидов к концам хромосом, и если в клетках его количество увеличить, то клетки приобретут способность преодолевать предел Хейфлика, делясь неограниченно долго.

Во взрослом организме стволовые клетки постепенно стареют, в силу того, что в них вырабатывается не очень много теломеразы. Тем не менее, ее вполне достаточно для существования организмов на протяжении длительного периода времени.

В случае повреждения биологической ткани, начинается процесс ее регенерации. Начинается деление стволовых клеток, которые превращаются в обычные клетки (соматические), которые составляют тело. Они лишены способности к трансформации (плюрипотентности), а кроме того – не могут синтезировать теломеразу. Таким образом, организм разрешает делиться неограниченно лишь некоторым группам клеток, потому как риск появления раковых опухолей увеличился бы во много раз.

Стволовые клетки эмбриона
Фото: Nissim Benvenisty / Wikimedia

Что же способствует превращению стволовых клеток в обычные? Несмотря на то, что все клетки организма содержат одни и те же гены, часть их может быть выключена в тканях определенного типа. Так, в частности, нервные ткани головного мозга, проводящие электрические импульсы, содержат один набор генов, а островки Лангерганса, которые находятся в поджелудочной железе и производят инсулин – совершенно другой набор. За включение и выключение генов отвечает система более высокого уровня, которая состоит из молекул, которые присоединяются к ДНК и регулируют ее функции. Все эти эпигенетические факторы образуют эпигеном, который, вполне очевидно, разный в разных типах тканей.

Таким образом, вполне логично предположить, для того чтобы превратить обычную клетку обратно в стволовую, необходимо изменить ее эпигеном, проще говоря, перепрограммировать. Добиться этого можно путем внедрения в клетку четырех специфических соединений, которые называются факторами Яманаки (Klf4, OSKM — Oct4, c-Myc и Sox2). Эти соединения также принимают участие в эпигенетической регуляции, они поддерживают способность клетки к трансформации. Первое их применение состоялось в 2006 году японским исследователем Синъя Яманакой, которому удалось преобразовать фибробласты в стволовые индуцированные клетки (так называемые iPS-клетки). За свои исследования ученый в 2012 году был удостоен Нобелевской премии.

Фактически Яманака сумел омолодить некоторые клетки, запустив процесс дедифференцировки и перепрограммировав клетки на эпигенетическом уровне. Ученые задались вопросом: можно ли сделать нечто подобное, но уже с целым организмом? Основная проблема заключается в том, что ученые придерживаются убеждения, что стволовых клеток не должно быть слишком много, потому как многократно увеличивается риск возникновения рака. Более того, если превратить ткани и органы в сгустки однотипных индуцированных iPS-клеток, организм не выдержит и погибнет. Существует и еще одна сложность, которая заключается в способности индуцированных стволовых клеток спонтанно развиваться в опухоли тератомы, которые проявляются в виде недоразвитых органов (глаз, зубов или головного мозга).

Впрочем, как удалось установить ученым, избежать опухолей вполне возможно. Совсем не обязательно соматические клетки превращать в стволовые, а лишь на короткий период времени активировать факторы Яманаки для легкого омоложения тканей. С этой целью учеными были созданы трансгенные мыши, в ДНК которых была внедрена кассета с набором последовательных генов, которые кодируют соединение OSKM. Эта кассета называется полицистронной. Включается она при участии антибиотика полусинтетического происхождения доксициклина. Начинается выработка факторов Яманаки. В случае отсутствия антибиотика перепрограммирование остановится.

Теломераза (зеленые точки) в поджелудочной железе ГМ-мышей
Фото: Maria A. Blasco / CNIO

Исследователи из Испании в ходе изучения изменений в теломерах в организмах перепрограммированных мышей, приняли решение не усложнять себе задачу. Чтобы достичь своих целей, им было нужно всего лишь активировать генную (полицистронную) кассету и наблюдать за концами хромосом. Наличие в тканях животных дисплазий и тератом свидетельствовало об успешном перепрограммировании.

Ученые установили, что в процессе превращения соматических клеток в стволовые происходит удлинение теломер. Это вполне логично, если принимать во внимание, что индуцированные стволовые клетки имеют способность неограниченно долго делиться. Помимо этого, им удалось определить, что в данном процессе важная роль отводится и теломеразе.

До момента проведения исследования у ученых не было никаких доказательств того, что индуцирование эндогенной теломеразы во взрослом организме можно при помощи факторов Яманаки. Однако происходит все именно так. Эпигенетические факторы, очевидно, переключают цепочки генов, до тех пор, пока не активируется фермент, удлиняющий теломеры.

Раковые клетки HeLa
Фото: Public Domain / Wikimedia

Подобные процессы можно наблюдать не только при перепрограммировании соматических клеток, но и при их озлокачествлении. Раковая клетка имеет много общего со стволовой. Она также может делиться неограниченно долго. Наиболее известным примером могут служить так называемые бессмертные клетки линии HeLa, выделенные в 1951 году из опухоли пациентки Генриетты Лакс, которая умерла в том же году. Эти клетки до сих пор используются при проведении многочисленных экспериментов.

По сути, раковые клетки являются теми же перепрограммированными соматическими клетками. Ученые утверждают, что в них происходят аналогичные изменения и с теломерами. Таким образом, исследования с индуцированными клетками дадут возможность установить детали молекулярных процессов, которые протекают при образовании раковых опухолей.

No related links found


Комментарии:

Leave a reply