Теломера — це ділянка повторюваних нуклеотидних послідовностей на кінцях хромосом, яка захищає їх від пошкоджень та злиття із сусідніми хромосомами. Назва походить від грецьких слів τέλος — «кінець» і μέρος — «частина». У хребетних типовою теломерною 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 — коротких ділянок ДНК, які утворюються на відстаючому ланцюзі під час реплікації. Для їхнього синтезу необхідні РНК-праймери — короткі фрагменти, що запускають процес копіювання, а згодом видаляються. Через особливості реплікації кінцевої ділянки хромосоми повністю відтворити не вдається, тому теломери поступово вкорочуються.
Отже, теломери можна назвати своєрідними захисними ділянками, які поступово скорочуються під час поділу клітин. Вони допомагають захищати гени на кінцях хромосом від пошкодження та втрати генетичної інформації.
Роль теломерази.
З часом з кожним поділом клітини теломери стають коротшими. Коли 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 ферментний комплекс, який забезпечує добудову теломер — кінцевих ділянок хромосом. Завдяки теломеразі деякі клітини можуть підтримувати довжину своїх теломер протягом тривалого часу.
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 років російський теоретик Олексій Оловников одним із перших звернув увагу на те, що кінцева ділянка хромосоми не може повністю копіюватися під час реплікації. Спираючись на ідею Хейфліка про обмежену кількість поділів соматичних клітин, Оловников припустив, що послідовності ДНК поступово втрачаються, доки вкорочення не досягне критичного рівня, після чого клітина втрачає здатність нормально ділитися.
Однак його робота залишалася маловідомою і не отримала належного визнання за межами вузького кола дослідників.
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.
У цьому дослідженні протягом п’яти років спостерігали за 35 чоловіками з локалізованим раком передміхурової залози на ранній стадії. Учасникам вимірювали довжину теломер та оцінювали активність теломерази.
Десять пацієнтів змінили спосіб життя відповідно до рекомендацій дослідників:
• додали до раціону більше овочів, фруктів і цільнозернових продуктів та зменшили кількість жирів і цукрів;
• регулярно займалися фізичними вправами або ходили не менше 30 хвилин на день;
• навчалися контролювати стрес за допомогою йоги, медитації та інших практик;
• брали участь у групових зустрічах, спрямованих на отримання соціальної підтримки.
Як результат, у групі пацієнтів, які змінили спосіб життя, за п’ять років довжина теломер у середньому збільшилася приблизно на 10%. Дослідники також помітили тенденцію: що більше позитивних змін відбувалося у способі життя пацієнтів, то більшою була зміна довжини теломер.
Водночас у контрольній групі з 25 пацієнтів, які не вносили таких змін у спосіб життя, теломери за п’ять років у середньому скоротилися приблизно на 3%.
Однак це було невелике дослідження, тому його результати не дають підстав стверджувати, що подовження теломер саме по собі збільшує тривалість життя або запобігає захворюванням. Дослідники припустили, що подібний ефект може бути актуальним і для інших людей, але це потребує подальшого вивчення.
Таким чином, теломери є важливою частиною системи захисту хромосом і відіграють значну роль у процесах клітинного старіння. Водночас їхня довжина залежить не лише від способу життя, а й від віку, генетичних особливостей та інших чинників.
Дослідження теломер допомагають ученим краще зрозуміти механізми старіння, клітинного поділу та розвитку деяких захворювань. Однак говорити про теломери як про простий «лічильник віку» або гарантований спосіб продовження життя поки що передчасно.