Теломера — це ділянка повторюваних нуклеотидних послідовностей на кінцях хромосом, яка захищає їх від зношування та злиття з сусідніми хромосомами. Назва походить від грецьких слів τέλος — «кінець» і μέρος — «частина». У хребетних типовою послідовністю є TTAGGG.
Чому теломери скорочуються?
При реплікації хромосом (від пізньолатинської replicatio — «повторення», процес самовідтворення нуклеїнових кислот, генів, хромосом шляхом копіювання) ферменти, що дублюють ДНК, не копіюють її повністю до самого кінця хромосоми, через що після кожного циклу поділу клітини кінці хромосом – теломери – стають коротшими.
Це пов’язано із синтезом фрагментів Окадзакі (названі на честь японського дослідника ланцюжка ДНК і представляють проміжну стадію синтезу полінуклеотидних ланцюгів ДНК в процесі реплікації), які утворюються на відстаючому ланцюзі ДНК. Для їхнього утворення необхідне приєднання РНК-праймерів – коротких фрагментів, які ініціюють процес копіювання, але згодом видаляються, залишаючи ділянку без ДНК. Саме ці прогалини й спричиняють вкороченню теломер.
Отже, теломери – це своєрідні одноразові захисні буфери, які поступово скорочуються під час кожного поділу клітини, захищаючи гени на хромосомі від втрат і зношування, оберігаючи генетичну інформацію.
Роль теломерази.
З часом з кожним поділом клітини теломери стають коротшими, і коли вони досягають критичної довжини, клітина забуває ділитися – настає клітинне старіння. Відновлювати теломери здатен спеціальний фермент – теломераза, який містить у своєму складі РНК-компонент і зворотну транскриптазу.
Теломераза – це РНК-вмісний фермент, що забезпечує добудову теломер – кінцевих ділянок хромосом.
Зворотна транскриптаза (reverse transcriptase) – фермент з родини полімераз, який каталізує синтез ДНК за матрицею РНК, здійснює ДНК-залежний синтез ДНК і синтез ДНК за матрицею РНК, руйнує ланцюг РНК, що входить до складу ДНК/РНК-дуплексу, іноді синтезує дволанцюгову ДНК на матриці геномної РНК ретровірусів для інтеграції її в геном клітини-хазяїна, широко використовується в генній інженерії для клонування послідовностей нуклеотидів мРНК еукаріот).
З історії відкриття.
У 1975-1977 роках Елізабет Блекберн, працюючи стипендіаткою в Єльському університеті з Джозефом Галлєєм, виявила властивість теломери до повторювання послідовностей ДНК. Результати її дослідження були опубліковані в 1978 році. Проте в 70-х ще не було загальновизнано, що механізм вкорочення теломери обмежений фіксованою кількістю поділів. Тоді лише висловлювали припущення, що саме теломери можуть бути відповідальними за клітинне старіння, а отже – і за обмеження тривалості життя. У 2009 році за відкриття теломери, теломерази та їхньої ролі у захисті хромосом Елізабет Блекберн, Керол Грейдер і Джек Шостак отримали Нобелівську премію з фізіології або медицини.
На початку 1970-х російський теоретик Олексій Оловников першим визнав, що ділянка на кінці хромосоми не відтворюється повністю. Спираючись на ідею Хейфліка про обмежене число поділів соматичної клітини, Оловников припустив, що послідовності ДНК під час реплікації губляться, поки втрата не досягне критичного рівня, при якому поділ клітини закінчується.
Однак його робота залишилася маловідомою і не отримала належного визнання, за винятком вузького кола дослідників, які співпрацювали з компанією Geron з метою вивчення ролі теломерази в «імморталізації» клітин.
Сьогодні достеменно встановлено, що теломери захищають хромосоми від злиття, мутацій і пошкоджень, які можуть спричинити розвиток раку. Клітини з надто короткими теломерами втрачають здатність до поділу і зазвичай руйнуються. Водночас більшість ракових захворювань пов’язані з «безсмертними» клітинами, які мають активовану теломеразу. Це дозволяє їм уникати запрограмованого старіння та ділитися без обмежень.
Для оцінки стану здоров’я за довжиною теломер вже розроблено тести. У середньому – чим довші теломери, тим більший потенціал довголіття. Але штучне подовження теломер шляхом активації теломерази є ризикованим – може призвести до утворення ракових клітин.
Цікаво, що згідно з дослідженням, опублікованим у The Lancet Oncology, довжина теломер може збільшуватися без жодного медикаментозного втручання, лише за рахунок зміни способу життя.
Рецепт подовження теломери: збалансоване харчування (овочі, фрукти, цільнозернові, менше жирів і цукрів); регулярна фізична активність (30+ хвилин на день); контроль стресу (йога, медитація); соціальна підтримка (групові зустрічі, терапія).
Протягом п’яти років фахівці спостерігали за 35 чоловіками із локалізованим раком передміхурової залози, що знаходилася на ранній стадії. В ході дослідження у них вимірювали довжину теломер і оцінювали активність теломерази.
10 пацієнтів з 35 змінили спосіб життя відповідно до вищезгаданих рекомендацій:
– додали до свого раціону багато овочів і фруктів, зернові продукти, зменшили кількість жирів і цукрів;
– зайнялися фізичними вправами або просто ходили не менше 30 хвилин на день;
– вчилися контролювати стреси, у чому допомагала йога, медитація;
– відвідували сеанси групової терапії, де отримували соціальну підтримку.
Як результат, у групи пацієнтів, які перейшли на здоровий спосіб життя, за п’ять років теломери подовжилися в середньому на 10%. Помітили залежність, чим більше позитивних змін відбувається в способі життя пацієнта, тим довшими стають теломери. Водночас, у контрольної групи з 25 пацієнтів, які не внесли ніяких змін в свій спосіб життя, теломери за п’ять років укоротилися приблизно на 3%. Вважають, що цей феномен не обмежується тільки пацієнтами з раком простати, він повинен поширюватися і на всіх інших людей.
Результати:
в «здоровій» групі теломери подовжилися в середньому на 10%; в контрольній – скоротилися приблизно на 3%; виявлена чітка кореляція: що більше позитивних змін у стилі життя, то довші теломери.
Дослідники припускають, що цей ефект стосується не лише онкопацієнтів, а й усіх людей.
Пітер Керрол, один із авторів дослідження: «Оскільки укорочення теломер підвищує ризик розвитку хронічних захворювань, ми вважаємо, що їх подовження може не лише захищати від цих хвороб, а й, можливо, сприяти збільшенню тривалості життя».