Путь к долгой жизни. Смысл дезоксирибонуклеиновой бессмыслицы

В 2009 году Нобелевская премия по физиологии и медицине вручена трём американским учёным, разрешившим важную биологическую проблему: как хромосомы при делении клетки копируются полностью , без того, чтобы ДНК на их кончиках укорачивалась? В результате их исследований стало известно, что «защитным колпачком» для хромосом служат особым образом устроенные окончания ДНК - теломеры , достройкой которых занимается специальный фермент - теломераза .

Длинная нитеобразная молекула ДНК - главный компонент хромосом, несущий генетическую информацию, - с обоих концов закрыта своего рода «заглушками» - теломерами . Теломеры представляют собой участки ДНК с уникальной последовательностью и защищают хромосомы от деградации. Это открытие принадлежит двум лауреатам Нобелевской премии по физиологии и медицине за 2009 г. - Элизабет Блэкберн (Elizabeth Blackburn ), уроженке США и в настоящее время сотруднице Университета Калифорнии (Сан-Франциско, США), и Джеку Шостаку (Jack Szostak ), профессору . Элизабет Блэкберн в сотрудничестве с третьим лауреатом премии этого года - Кэрол Грейдер (Carol Greider ), сотрудницей Университета Джона Хопкинса , - открыла в 1984 году фермент теломеразу , синтезирующий ДНК теломер (и тем самым достраивая их после неизбежного при каждом копировании хромосомы укорачивания). Таким образом, исследования, отмеченные премией в этом году (около 975 тысяч евро, поделенные поровну между лауреатами), объясняют, как теломеры защищают кончики хромосом, и как теломераза синтезирует теломеры.

Давно отмечено, что старение клетки сопровождается укорачиванием теломер. И, наоборот, в клетках с высокой активностью теломеразы, достраивающей теломеры, длина последних остается неизменной, и старение не наступает. Это, кстати, относится и к «вечно молодым» раковым клеткам, в которых механизм естественного ограничения роста не действует. (А для некоторых наследственных заболеваний характерна дефектная теломераза, что приводит к преждевременному клеточному старению.) Присуждение за работы в этой области Нобелевской премии является признанием фундаментального значения этих механизмов в живой клетке и огромного прикладного потенциала, заложенного в отмеченных работах.

Таинственная теломера

В хромосомах содержится наш геном, а «физическим» носителем генетической информации являются молекулы ДНК. Ещё в 1930 году Герман Мёллер (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1946 года «за открытие появления мутаций под влиянием рентгеновского облучения») и Барбара Мак-Клинток (лауреат Нобелевской премии в той же категории 1983 года «за открытие транспозирующих генетических систем») обнаружили, что структуры на концах хромосом - так называемые теломеры - предотвращали слипание хромосом между собой. Было высказано предположение, что теломеры выполняют защитную функцию, но механизм этого явления оставался совершенно неизвестным.

Позже, в 1950-х, когда уже было в общих чертах понятно, как копируются гены, возникла другая проблема. При делении клетки основание за основанием дублируется и вся клеточная ДНК, - при помощи ферментов ДНК-полимераз. Однако для одной из комплементарных цепей возникает проблема: самый конец молекулы не может быть скопирован (дело тут в «посадочном» сайте ДНК-полимеразы). Вследствие этого, хромосома должна укорачиваться при каждом делении клетки, - хотя на самом деле этого не происходит (на рисунке: 1).

И та, и другая проблема были со временем решены, за что в этом году и вручают премию.

ДНК теломер защищает хромосомы

Ещё в начале своей научной карьеры Элизабет Блэкберн занималась картированием последовательностей ДНК на примере одноклеточного жгутикового организма тетрахимены (Tetrahymena ). На концах хромосомы она обнаружила повторяющиеся последовательности ДНК вида CCCCAA, функция которых была на тот момент совершенно неизвестна. В то же время Джек Шостак обнаружил, что линейные молекулы ДНК (что-то вроде минихромосомы), введённые в клетку дрожжей, очень быстро деградируют.

Исследователи встретились на конференции в 1980 г., где Блэкберн докладывала свои результаты, заинтересовавшие Шостака. Они решили провести совместный эксперимент, в основе которого было «растворение барьеров» между двумя эволюционно весьма далёкими видами (на рисунке: 2). Блэкберн выделила из ДНК тетрахимены последовательности CCCCAA, а Шостак присоединил их к минихромосомам, помещённым затем в клетки дрожжей. Результат, опубликованный в 1982 году, превзошёл ожидания: теломерные последовательности действительно защищали ДНК от деградации! Это явление наглядно продемонстрировало существование неизвестного ранее клеточного механизма, регулирующего процессы старения в живой клетке. Позже подтвердилось наличие теломер в подавляющем большинстве растений и животных - от амёбы до человека.

Фермент, синтезирующий теломеры

В 1980-х аспирантка Кэрол Грейдер работала под началом Элизабет Блэкберн; они начали изучение синтеза теломер, за который должен был отвечать неизвестный на ту пору фермент. В канун рождества 1984 года Грейдер зарегистрировала искомую активность в клеточном экстракте. Грейдер и Блэкберн выделили и очистили фермент, получивший название теломераза , и показали, что в его состав входит не только белок, но и РНК (на рисунке: 3). Молекула РНК содержит «ту самую» последовательность CCCCAA, используемую в качестве «шаблона» для достройки теломер, в то время как ферментативная активность (типа обратной транскриптазы ) принадлежит белковой части фермента. Теломераза «наращивает» ДНК теломеры, обеспечивая «посадочное место» для ДНК-полимеразы, достаточное для копирования хромосомы без «краевых эффектов» (то есть, без потерь генетической информации).

Теломераза отсрочивает старение клетки

Учёные начали активно заниматься исследованием роли теломер в клетке. Лаборатория Шостака установила, что дрожжевая культура с мутацией, приводящей к постепенному укорачиванию теломер, развивается очень медленно и, в конце концов, вообще прекращает рост. Сотрудники Блэкберн показали, что в тетрахимене с мутацией в РНК теломеразы наблюдается в точности такой же эффект, который можно охарактеризовать фразой «преждевременное старение» . (По сравнению с этими примерами, «нормальная» теломераза предотвращает укорачивание теломер и задерживает наступление старости.) Позже в группе Грейдер открыли, что те же механизмы работают и в клетках человека. Многочисленные работы в этой области помогли установить, что теломера координирует вокруг своей ДНК белковые частицы, образующие защитный «колпачок» для кончиков молекулы ДНК.

Части головоломки: старение, рак и стволовые клетки

Описанные открытия имели самый сильный резонанс в научном сообществе. Многие учёные заявляли, что укорачивание теломер является универсальным механизмом не только клеточного старения, но и старости всего организма в целом. Однако со временем стало понятно, что теломерная теория не является пресловутым «молодильным яблоком», поскольку процесс старения на самом деле чрезвычайно сложен и многосторонен, и не сводится исключительно к «подрезанию» теломер. Интенсивные исследования в этой области продолжаются и сегодня.

Большинство клеток делится не так уж часто, так что их хромосомы не находятся в зоне риска чрезмерного укорачивания и, в общем-то, не требуют высокой теломеразной активности. Другое дело - раковые клетки: они обладают способностью делиться бесконтрольно и бесконечно, как бы не зная о бедах с укорачиванием теломер. Оказалось, что в опухолевых клетках очень высокая активность теломеразы, что и защищает их от подобного укорачивания и придаёт потенциал к неограниченному делению и росту. В настоящее время существует подход к лечению рака, использующий концепцию подавления теломеразной активности в раковых клетках, что привело бы к естественному исчезновению точек бесконтрольного деления. Некоторые средства с антителомеразным действием уже проходят клинические испытания.

Ряд наследственных заболеваний характеризуется сниженной теломеразной активностью, - например, апластическая анемия, при которой из-за низкого темпа деления стволовых клеток в костном мозге развивается анемия. К этой же группе относится ряд заболеваний кожи и лёгких.

Открытия, сделанные Блэкберн, Грейдер и Шостаком, открыли новое измерение в понимании клеточных механизмов, и, несомненно, имеют огромное практическое применение - хотя бы в лечении перечисленных заболеваний, а может быть (когда-нибудь) - и в обретении если не вечной, то хотя бы более длительной жизни.

Изучение процессов старения организма человека всегда занимало умы ученых. И сегодня многие исследователи пытаются до конца разгадать этот механизм, заключающийся в развитии и постепенном увядании клеток тела человека. Возможно, что ответы на эти вопросы помогут медикам увеличивать продолжительность жизни и улучшать ее качество при различных заболеваниях.

Сейчас существует несколько теорий о старении клетки. В этой статье мы рассмотрим одну из них. Она основана на изучении таких частей хромосом, заключающих в себе около 90 % ДНК клетки, как теломеры.

Что такое «теломеры»?

В каждом ядре клетки находится по 23 пары хромосом, представляющих собой Х-образно закрученные спирали, на концах которых находятся теломеры. Эти звенья хромосомы можно сравнить с наконечниками шнурков для обуви. Они выполняют такие же защитные функции и сохраняют целостность ДНК и генов.

Деление любой клетки всегда сопровождается раздвоением ДНК, т. к. материнская клетка должна передать информацию дочерней. Этот процесс всегда вызывает укорачивание ДНК, но клетка при этом не теряет генетическую информацию, т. к. на концах хромосом расположены теломеры. Именно они во время деления становятся короче, предохраняя клетку от утраты генетической информации.

Клетки делятся многократно и с каждым процессом их размножения теломеры укорачиваются. При наступлении критически маленького размера, который называется «предел Хейфлика», срабатывает запрограммированный механизм смерти клетки – апоптоз. Иногда – при мутациях – в клетке запускается другая реакция - программа, приводящая к бесконечному делению клетки. Впоследствии такие клетки становятся раковыми.

Пока человек молод, клетки его тела активно размножаются, но с уменьшением размеров теломер происходит и старение клетки. Она начинает с трудом выполнять свои функции, и организм начинает стареть. Из этого можно сделать такой вывод: именно длина теломер является самым точным индикатором не хронологического, а биологического возраста организма.

Краткая информация о теломерах:

• они не несут генетической информации;
• в каждой клетке человеческого организма заключено 92 теломеры;
• они обеспечивают стабильность генома;
• они защищают клетки от смерти, старения и мутаций;
• они защищают структуру конечных участков хромосом при делении клетки.

Возможно ли защитить или удлинить теломеры и продлить жизнь?

В 1998 году американские исследователи смогли преодолеть предел Хейфлика. Значение максимального укорочения теломер различно для разных типов клеток и организмов. Предел Хейфлика для большинства клеток человеческого организма составляет 52 деления. Увеличить это значение в процессе экспериментов стало возможным путем активации такого особого фермента, воздействующего на ДНК, как теломераза.

В 2009 году ученые из Стэнфордского университета были удостоены Нобелевской премии за разработку метода стимуляции теломер. Эта методика основана на применении особой молекулы РНК, несущей в себе ген TERT (обратной теломеразной транскриптазы). Она является матрицей для удлинения теломер и распадается после выполнения своей функции. Полученные клетки «омолаживаются» и начинают делиться более интенсивно, чем ранее. При этом их малигнизация, то есть превращение в злокачественные, не наступает.

Благодаря этому открытию стало возможным удлинять концы хромосом более чем на 1000 нуклеотидов (структурных единиц ДНК). Если пересчитать этот показатель на годы жизни человека, то он составит несколько лет. Такой процесс воздействия на теломеры абсолютно безопасен и не вызывает мутаций, приводящих к бесконтрольному делению и малигнизации клеток. Это объясняется тем фактом, что после введения особая молекула РНК быстро распадается и иммунитет не успевает реагировать на нее.

Ученые сделали выводы о том, что теломераза:

• защищает клетки от старения;
• продлевает жизнь клетки;
• предупреждает уменьшение длины теломер;
• создает матрицу для «достраивания» теломер;
• омолаживает клетки, возвращая их к молодому фенотипу.

Пока научные эксперименты, проводящиеся на основе теории ученых из Стэнфордского университета, выполнялись только на лабораторных мышах. В их итоге специалисты смогли затормозить старение кожи животных.

За это открытие работающая в США австралийка Элизабет Блекберн, американка Кэрол Грейдер и ее соотечественник Джек Шостак были удостоены Нобелевской премии. Ученые из Стэнфорда надеются, что созданная ими методика даст возможность в будущем лечить тяжелые заболевания (в том числе и нейродегенеративные), которые провоцируются укорочением теломер.

Питер Лэндсдорп, научный директор Европейского института биологии возраста рассказывает о роли теломер в процессах старения и образования опухолей:

20 Января 2014

XXI столетие ознаменовалось наступлением новой эры в области диетологии, продемонстрировавшей огромную пользу, которую может принести здоровью человека правильный подбор рациона. С этой точки зрения поиски секрета «таблеток от старости» уже не выглядят несбыточной мечтой. Последние открытия ученых указывают на то, что определенным образом подобранное питание может, по крайней мере частично, изменить ход биологических часов организма и замедлить его старение. В данной статье современная информация, полученная специализирующимися в области диетологии учеными, проанализирована в контексте улучшения состояния теломер, являющегося ключевым механизмом замедления старения в буквальном смысле этого слова.

Теломеры – это повторяющиеся последовательности ДНК, локализующиеся на концах хромосом. При каждом делении клетки теломеры укорачиваются, что в конечном итоге приводит к утрате клеткой способности к делению. В результате клетка вступает в фазу физиологического старения, ведущую к ее гибели. Накопление таких клеток в организме повышает риск развития заболеваний. В 1962 году Леонард Хейфлик (Leonard Hayflick) совершил революцию в биологии, разработав теорию известную как теория предела Хейфлика. Согласно этой теории, максимальная потенциальная продолжительность жизни человека составляет 120 лет. Согласно теоретическим подсчетам, именно к этому возрасту в организме становится слишком много клеток, не способных делиться и поддерживать его жизнедеятельность. Пятьдесят лет спустя появилось новое направление науки о генах, открывшее человеку перспективы оптимизации его генетического потенциала.

Различные стрессовые факторы способствуют преждевременному укорочению теломер, что, в свою очередь, ускоряет биологическое старение клеток. Многие пагубные для здоровья возрастные изменения организма ассоциированы с укорочением теломер. Доказано существование взаимосвязи между укорочением теломер и заболеваниями сердца, ожирением, сахарным диабетом и дегенерацией хрящевой ткани. Укорочение теломер снижает эффективность функционирования генов, что влечет за собой триаду проблем: воспаление, окислительный стресс и снижение активности иммунных клеток. Все это ускоряет процесс старения и повышает риск развития возрастных болезней.

Еще одним важным аспектом является качество теломер. Например, пациенты с болезнью Альцгеймера далеко не всегда имеют короткие теломеры. В то же время их теломеры всегда демонстрируют выраженные признаки функциональных нарушений, коррекции которых способствует витамин Е. В определенном смысле теломеры являются «слабым звеном» ДНК. Они легко повреждаются и нуждаются в восстановлении, однако не располагают мощными репарационными механизмами, используемыми другими регионами ДНК. Это приводит к накоплению частично поврежденных и плохо функционирующих теломер, низкое качество которых не зависит от их длины.

Одним из подходов к замедлению процесса старения является применение стратегий, замедляющих процесс укорочения теломер, одновременно защищающих их и устраняющих возникающие повреждения. В последнее время специалисты получают все больше данных, согласно которым этого можно добиться путем правильного подбора рациона питания.

Еще одной привлекательной перспективой является возможность удлинения теломер с одновременным поддержанием их качества, что в прямом смысле позволит повернуть стрелки биологических часов вспять. Этого можно добиться путем активизации фермента теломеразы, способного восстанавливать утраченные фрагменты теломер.

Базовое питание для теломер

Активность генов проявляет определенную гибкость, и питание является превосходным механизмом компенсирования генетических недостатков. Многие генетические системы закладываются в течение первых недель внутриутробного развития и формируются в раннем возрасте. После этого они подвергаются влиянию широкого спектра факторов, в т.ч. пищевых. Это влияние можно назвать «эпигенетическими настройками», определяющими то, как гены проявляют заложенные в них функции.

Длина теломер также регулируется эпигенетически. Это означает, что на нее оказывает влияние рацион питания. Плохо питающиеся матери передают детям неполноценные теломеры, что в будущем повышает риск развития заболеваний сердца (для клеток пораженных атеросклерозом артерий характерно большое количество коротких теломер). Напротив, полноценное питание матери способствует формированию у детей теломер оптимальной длины и качества.

Для полноценного функционирования теломер необходимо их адекватное метилирование. (Метилирование – это химический процесс, заключающийся в присоединении к нуклеиновому основанию ДНК метильной группы (-CH3).) Основным донором метильных групп в клетках человека является кофермент S-аденозилметионин, для синтеза которого организм использует метионин, метилсульфонилметан, холин и бетаин. Для нормального протекания процесса синтеза этого кофермента необходимо присутствие витамина В12, фолиевой кислоты и витамина В6. Фолиевая кислота и витамин В12 одновременно вовлечены во многие механизмы, обеспечивающие стабильность теломер.

Наиболее важными пищевыми добавками для поддержания теломер являются качественные витаминные комплексы, принимаемые на фоне рациона, содержащего адекватное количество белков, в особенности серосодержащих. В такой рацион должны входить молочные продукты, яйца, мясо, курица, бобовые, орехи и зерновые. Яйца являются наиболее богатым источником холина.

Для поддержания хорошего настроения мозгу также требуется большое количество метильных доноров. Хронический стресс и депрессия часто свидетельствуют о дефиците метильных доноров, что означает плохое состояние теломер и их подверженность преждевременному укорочению. Это является основной причиной того, что стресс старит человека.

Результаты исследования с участием 586 женщин показали, что теломеры участниц, регулярно принимавших мультивитамины, были на 5% длиннее теломер женщин, не принимавших витамины. У мужчин наиболее высокие уровни фолиевой кислоты соответствовали более длинным теломерам. Еще одно исследование с участием людей обоих полов также выявило положительную взаимосвязь между содержанием фолиевой кислоты в организме и длиной теломер.

Чем большую нагрузку вы испытываете и/или чем хуже себя чувствуете эмоционально или психически, тем больше внимания вам следует уделять получению достаточного количества базовых питательных веществ, которые помогут не только вашему мозгу, но и вашим теломерам.

Минералы и антиоксиданты способствуют сохранению стабильности генома и теломер

Питание является превосходным механизмом замедления износа организма. Многие питательные вещества защищают хромосомы, в том числе теломеразную ДНК, и повышают эффективность работы механизмов восстановления ее повреждений. Недостаток антиоксидантов ведет к увеличению количества повреждений под действием свободных радикалов и повышению риска деградации теломер. Например, теломеры пациентов с болезнью Паркинсона короче, чем теломеры здоровых людей такого же возраста. При этом степень деградации теломер непосредственно зависит от выраженности свободно-радикальных повреждений, ассоциированных с заболеванием. Также показано, что женщины, употребляющие с пищей мало антиоксидантов, имеют короткие теломеры и входят в группу повышенного риска развития рака молочной железы.

Для функционирования многих ферментов, вовлеченных в копирование и восстановление повреждений ДНК, необходим магний. Одно из исследований на животных показало, что недостаток магния ассоциирован с увеличением выраженности свободно-радикальных повреждений и укорочением теломер. Эксперименты на клетках человека продемонстрировали, что отсутствие магния приводит к стремительной деградации теломер и подавляет деление клеток. В день, в зависимости от интенсивности нагрузки и уровня стресса, организм человека должен получать 400-800 мг магния.

Цинк играет важную роль в функционировании и восстановлении ДНК. Недостаток цинка приводит к появлению большого количества разрывов цепочек ДНК. У пожилых людей недостаток цинка ассоциирован с короткими теломерами. Минимальное количество цинка, которое человек должен получать в день, составляет 15 мг, а оптимальные дозировки составляют около 50 мг в день для женщин и 75 мг – для мужчин. Получены данные, согласно которым новый цинкосодержащий антиоксидант карнозин уменьшает скорость укорочения теломер в фибробластах кожи, одновременно замедляя их старение. Карнозин также является важным антиоксидантом для мозга, что делает его хорошим помощников в борьбе со стрессом. Многие антиоксиданты способствуют защите и восстановлению ДНК. Например, установлено, что витамин С замедляет укорочение теломер в клетках сосудистого эндотелия человека.

Впечатляет тот факт, что одна из форм витамина Е, известная как токотриенол, способна восстанавливать длину коротких теломер в фибробластах человека. Также есть данные о способности витамина С стимулировать активность удлиняющего теломеры фермента теломеразы. Эти данные свидетельствуют в пользу того, что употребление определенных продуктов питания способствует восстановлению длины теломер, что потенциально является ключом к обращению процесса старения вспять.

ДНК находится под непрерывной атакой свободных радикалов. У здоровых полноценно питающихся людей система антиоксидантной защиты частично предотвращает и восстанавливает повреждения ДНК, что способствует сохранению ее функций.

По мере старения человека его здоровье постепенно ухудшается, в клетках происходит накопление поврежденных молекул, запускающих процессы свободно-радикального окисления и препятствующих восстановлению повреждений ДНК, в том числе теломер. Этот процесс, нарастающий по принципу «снежного кома», может усугубляться такими состояниями, как ожирение.

Воспаление и инфекции способствуют деградации теломер

На современном уровне понимания биологии теломер наиболее реалистичной перспективой является разработка методов замедления процесса их укорочения. Возможно, со временем человеку удастся достичь своего предела Хейфлика. Это возможно только в том случае, если мы научимся препятствовать износу организма. Сильные стрессы и инфекции являются двумя примерами причин такого износа, ведущего к укорочению теломер. Оба воздействия имеют выраженный воспалительный компонент, стимулирующий продукцию свободных радикалов и вызывающий повреждения клеток, в том числе теломер.

В условиях сильного воспалительного стресса гибель клеток стимулирует их активное деление, что, в свою очередь, ускоряет деградацию теломер. Кроме того, формирующиеся при воспалительных реакциях свободные радикалы также повреждают теломеры. Таким образом, мы должны прикладывать максимальные усилия к подавлению как острых, так и хронических воспалительных процессов и предотвращению инфекционных заболеваний.

Однако полное исключение из жизни стрессов и воспалительных реакций является невыполнимой задачей. Поэтому хорошей идеей при травмах и инфекционных заболеваниях является добавление в рацион витамина D и докозагексаеновой кислоты (омега-3 жирной кислоты), способных оказать поддержку теломерам в условиях воспаления.

Витамин D модулирует количество тепла, генерируемого иммунной системой в ответ на воспаление. При дефиците витамина D существует опасность перегрева организма, синтеза огромного количества свободных радикалов и повреждения теломер. Способность переносить стресс, в том числе инфекционные заболевания, во многом зависит от уровня витамина D в организме. В исследовании с участием 2 100 близнецов женского пола в возрасте 19-79 лет ученые продемонстрировали, что наиболее высокие уровни витамина D ассоциированы с наиболее длинными теломерами, и наоборот. Разница в длине теломер при наиболее высоких и наиболее низких уровнях витамина D соответствовала примерно 5 годам жизни. Еще одно исследование показало, что употребление взрослыми с избыточной массой тела 2 000 МЕ витамина D в день стимулирует активность теломеразы и способствует восстановлению длины теломер, несмотря на метаболический стресс.

Подавление воспалительных процессов естественным образом путем коррекции рациона питания является ключом к сохранению теломер. Немаловажную роль в этом могут сыграть омега-3 жирные кислоты – докозагексаеновая и эйкозапентаеновая. Наблюдение за группой пациентов с заболеваниями сердечно-сосудистой системы в течение 5 лет показало, что наиболее длинные теломеры были у пациентов, употреблявших большее количество этих жирных кислот, и наоборот. При проведении еще одного исследования было установлено, что повышение уровня докозагексаеновой кислоты в организме пациентов с умеренными нарушениями познавательной функции снижало скорость укорочения их теломер.

Существует очень большое количество пищевых добавок, подавляющих активность воспалительного сигнального механизма, опосредуемого ядерным фактором каппа-би (NF-kappaB). Экспериментально доказано положительное влияние на состояние хромосом, оказываемое посредством запуска этого противовоспалительного механизма, таких природных соединений, как кверцетин, катехины зеленого чая, экстракт виноградных косточек, куркумин и ресвератрол. Обладающие этим свойством соединения также содержатся во фруктах, овощах, орехах и цельном зерне.

Одним из наиболее активно изучаемых природных антиоксидантов является куркумин, придающий ярко-желтую окраску приправе карри. Разные группы исследователей изучают его способность стимулировать восстановление повреждений ДНК, в особенности эпигенетических нарушений, а также предотвращать развитие рака и повышать эффективность его лечения.
Еще одним многообещающим природным соединением является ресвератрол. Результаты исследований на животных свидетельствуют о том, что ограничение калорийности рациона при сохранении его питательной ценности сохраняет теломеры и увеличивает продолжительность жизни за счет активации гена sirtuin 1 (sirt1) и повышению синтеза белка сиртуина-1. Функция этого белка заключается в «настройке» систем организма на работу в «режиме экономии», что очень важно для выживания вида в условиях недостатка питательных веществ. Ресвератрол напрямую активирует ген sirt1, что положительно сказывается на состоянии теломер, в особенности в отсутствие переедания.

На сегодняшний день очевидно, что короткие теломеры являются отражением низкого уровня способности систем клетки к восстановлению повреждений ДНК, в том числе теломер, что соответствует повышенному риску развития рака и болезней сердечно-сосудистой системы. В рамках интересного исследования с участием 662 человек у участников с детского возраста до 38 лет регулярно оценивали содержание в крови липопротеинов высокой плотности (ЛПВП), известных как «хороший холестерин». Наиболее высокие уровни ЛПВП соответствовали наиболее длинным теломерам. Исследователи считают, что причина этого кроется в менее выраженном накоплении воспалительных и свободно-радикальных повреждений.

Резюме

Основной вывод из всего вышеперечисленного заключается в том, что человек должен вести образ жизни и соблюдать рацион питания, минимизирующие износ организма и предотвращающие повреждения, вызываемые свободными радикалами. Важным компонентом стратегии защиты теломер является употребление продуктов, подавляющих воспалительные процессы. Чем лучше состояние здоровья человека, тем меньше усилий он может предпринимать, и наоборот. Если вы здоровы, ваши теломеры будут укорачиваться в результате нормального процесса старения, поэтому для минимизации этого влияния вам достаточно по мере взросления (старения) увеличивать поддержку теломер с помощью пищевых добавок. Параллельно этому следует вести сбалансированный образ жизни и избегать видов деятельности и употребления веществ, оказывающих отрицательное влияние на здоровье и ускоряющих деградацию теломер.

Более того, при неблагоприятных стечениях обстоятельств, таких как несчастные случаи, заболевания или эмоциональные травмы, теломерам следует обеспечивать дополнительную поддержку. Затяжные состояния, такие как посттравматический стресс, чреваты укорочением теломер, поэтому очень важным условием для любого типа травмы или неблагоприятного воздействия является полное восстановление.

Теломеры отражают жизнеспособность организма, обеспечивающую его способность справляться с различными задачами и требованиями. При укорочении теломер и/или их функциональных нарушениях организму приходится прилагать бОльшие усилия для того, чтобы выполнять повседневные задачи. Такая ситуация приводит к накоплению в организме поврежденных молекул, что затрудняет процессы восстановления и ускоряет старение. Это является предпосылкой развития целого ряда заболеваний, указывающих на «слабые места» организма.

Состояние кожи является еще одним показателем статуса теломер, отражающим биологический возраст человека. В детстве клетки кожи делятся очень быстро, а с возрастом скорость их деления замедляется в стремлении сэкономить утрачивающие способность к восстановлению теломеры. Лучше всего биологический возраст оценивать по состоянию кожи предплечий рук.

Сохранение теломер является исключительно важным принципом сохранения здоровья и долголетия. Сейчас перед нами открывается новая эра, в которой наука демонстрирует все новые способы замедления старения с помощью продуктов питания. Никогда не поздно и не рано начать вносить в свой образ жизни и рацион питания изменения, которые направят вас в нужном направлении.

Евгения Рябцева
Портал «Вечная молодость» по материалам NewsWithViews.com:

Функции теломер

Механические.

а) фиксация хромосом к ядерному матриксу;

б) теломеры сцепляют друг с другом концы сестринских хроматид; в то же время структура теломер такова, что допускает расхождение хроматид в анафазе.

2. Стабилизационные.

а) наличие теломер предохраняет от недорепликации генетически значимые отделы ДНК;

б) осуществляют стабилизацию концов разорванных хромосом. Например, у больных α-талассемией в генах α-глобина происходят разрывы хромосомы 16q, и к поврежденному концу добавляются теломерные повторы.

3. Влияние на экспрессию генов. Свойство теломер – эффект положения: активность генов, расположенных рядом с теломерами, снижена (репрессирована). Такой эффект обозначают как транскрипционное молчание, или сайленсинг. При значительном укорочении теломер эффект положения пропадает и прителомерные гены активируются.

а) Сайленсинг может быть результатом действия белков Rap1 или TRF1.

б) эффект положения может быть обусловлен близостью к ядерной оболочке. По гипотезе А.М. Оловникова, в этой облочке могут располагаться Са+-каналы, и поток ионов Са влияет на взаимолействие белков с близлежащими генами.

4. «Счетная» функция. Теломерные отделы ДНК выступают в качестве часового устройства (т.н.репликометра), которое отсчитывает количество делений клетки после исчезновения теломеразной активности. Каждое деление клетки приводит к укорочению теломеры на 50-65 н.п. Причем, для клетки важней не то сколько делений уже прошло, а сколько еще осталось до критического укорочения теломеры. Т.о. можно сказать, что теломеры – устройство, определяющее количество делений, которые способна совершит нормальная клетка в отсутствие теломеразы.

Достигая критически короткой длины, теломеры теряют возможность выполнять свои функции, клеточный цикл нарушается, и клетка погибает.

Фермент теломераза используется для поддержания длины теломерной ДНК.т Она удлиняет G-цепь каждой теломеры.

Ключевой вопрос теломерной биологии – в каких клетках имеется и функционирует теломераза, а в каких клетках ее нет. Считают, что именно в нем кроется связь данной проблемы со старением и канцерогенезом.

Распространение теломеразы в нормальных клетках:

а) с наибольшим постоянством теломераза обнаруживается в органах кроветворения – костном мозгу, лимфоузлах и т.д.

б) с меньшей частотой обнаруживают фермент в органах с условно постмитотическими клетками – печени, поджелудочной железе, а также, в респиратоныхотделах легких, в стволовых клетках предстательной железы;

в) не обнаруживается теломераза в мозгу и в мышечных тканях, где большинство составляют постмитотические клетки.

Т.о., теломераза имеется во многих из тех соматических клеток, которые способны к делениям.

Старение всегда считалось физиологическим процессом, не требующим вмешательств. Однако человек пытается отодвинуть этот рубеж своей жизни любыми способами. Современные ученые настаивают, что старение — это эпигенетическая болезнь, и ее возможно лечить. Начинать можно с любого возраста.

Насколько можно быть моложе?

Правильный подход остановит старение и обеспечит долголетие на максимально возможный срок. Это значит, каждый человек может прожить до 100 лет и более без болезней, с ясным умом. Внешняя молодость зависит от более сложных факторов, но обе области изучения подвластны эпигенетикам. Однако, даже то, что зависит от самого человека, поможет ему выглядеть моложе на 10-20 лет своего реального возраста. При этом, чем старше человек, тем больше будет эта разница.

Следует отметить, что без генной предрасположенности организму не обойтись. Однако гены помогают лишь на 30%, остальное зависит от самого человека. Именно поэтому, если наследственность плохая, не стоит «опускать руки». Её можно улучшить доступными способами, добиться долгой и здоровой жизни собственными усилиями.

Всё происходит в клетках

В некотором смысле человек сам является эпигенетиком по отношению к своему организму. Ведь от качества жизни во многом зависит способность клеток долго жить и правильно делиться. Можно сказать, что любая клетка организма по своему характеру — ипохондрик, она только и ждет момента, когда сможет совершить «самоубийство». Живет она, благодаря системе налаженных биохимических сигналов. Именно они должны обеспечиваться человеком при помощи правильного образа жизни. При определённых условиях клетка получает сигнал о самоуничтожении и исполняет его молниеносно. А ведь он может быть ошибочным.

Кто починит поломанные клетки?

Самоуничтожение (апоптоз) — запрограммированный процесс, но иногда он даёт сбой по отношению к здоровым клеткам, которым ещё необходимо функционировать. Всё происходит на уровне ДНК в ядре клетки. А пока клетка живет, в её ДНК также происходят поломки и ремонт. Собственные белки восстанавливают поврежденные участки спирали, которые появляются довольно часто. Эти белки можно назвать: восстановители ДНК, «хирурги», «ремонтники». Но не всегда они делают работу правильно.

Порой «восстановители», наоборот, разрушают спираль, и такая группа белков «работает» в каждой клетке организма. С одной стороны их роль невозможно переоценить: они разрезают, вырезают, лечат, склеивают нить ДНК. Однако вред «восстановителей» так же огромен, как и польза. За разорванный участок ДНК они принимают естественные концы хромосом и склеивают их с другими связями. Так нарушается генетическая цепочка, что приводит к развитию тяжёлых заболеваний.

Теломеры как фактор долголетия

Однако хромосомы защитились от таких нападок «хирургов»: на их концах расположены теломеры, которые предотвращают случайное склеивание. Роль теломеров — охватить нить ДНК и защитить от несанкционированных действий «восстановителей».

Теломеры — особые белки, которые укорачиваются в течение жизни человека. Это происходит во время каждого деления клетки: от теломеров словно отщипывается маленький кусочек, и каждый из них становится короче. Почему это важно для нашего долголетия? Когда теломеры укорачиваются до такой степени, что просто кончаются (исчезают), клетка умирает, так как теряет способность делиться. В масштабах целого организма это приводит к разрушительным процессам: болезням, старости, смерти.

Почему укорачиваются теломеры или формула старения

Учёные объясняют этот факт эволюционными изменениями ДНК. У бессмертных организмов данная молекула замкнута в кольцо. Например, у бактерий. Практически у всех живых существ в ходе эволюции она разорвалась и стала линейной. При этом ген, делающий копию белка для синтеза, продолжал работать в прежнем режиме. В связи с этим кончики хромосом оставались некопированными, и каждая новая молекула получалась короче оригинала. Это и есть — формула старения. Она образовалась эволюционным способом.

Кто защитит теломеры?

Однако организмы — это усовершенствованные системы, в которых предусмотрена ещё одна защита. В состав каждой теломеры входит фермент теломераза.

Его роль — удлинять ДНК и теломеру после каждого деления клетки. Однако происходит это не во всех клетках.

Лишь следующие клетки подвержены удлинению теломеров:

- стволовые,

- раковые,

- яйцеклетки,

- предшественники сперматозоидов.

Именно они остаются молодыми на протяжении жизни организма. Таким образом, теломераза является источником вечной молодости. Пока этот фермент присутствует в клетке, её теломеры восстанавливаются («наращиваются»). Этот факт доказывает опыт ученых: если выключить ген, который программирует синтез теломеразы, теломеры погибают из-за стремительного укорачивания за 25 делений клетки.

Бессмертие создано, но…

Таким образом, молодость и долголетие зависят от активности гена, кодирующего теломеразы. Интересно, что ученые научились искусственно добавлять в клетку теломеразу и продлевать её жизнь до бесконечности. Она становится абсолютно бессмертной. Почему же этот опыт нельзя применить к человеку? Причина — серьёзный побочный эффект.

Главное условие старения — стресс

Итак, человек стареет, когда в его клетках не хватает или полностью отсутствует фермент теломераза. Если добавлять его самостоятельно человек ещё не может, то известны внешние факторы, которые уменьшают количество фермента. В первую очередь это — стресс.

Увеличение гормона стресса в крови приводит к данным последствиям, и человек начинает быстро стареть. Это доказывает факт, что на длину теломеров можно влиять. Надо полностью исключить или ограничить факторы стресса в своей жизни.

Для противодействия стрессу необходимы:

- здоровое питание,

- двигательная и умственная активность,

- наличие здоровых факторов расслабления (полноценный сон, релакс, медитация),

- положительное эмоциональное равновесие.

Как самому удлинить теломеры?

Сегодня учёными доказано, что длина теломеров больше у тех людей, кто регулярно занимается спортом с невысокими нагрузками. При отсутствии продолжительных стрессов такой спорт можно назвать главным условием долголетия без помощи генетических вмешательств.

Конкретно это:

- бег трусцой,

- велосипедная езда,

- пешие прогулки.

Как происходит влияние? Спорт оказывает положительное действие на эпигеном человека. И, значит — на обмен веществ и иммунную систему.

А именно действительно:

- повышается активность и количество теломеразы,

- клетки живут дольше (вместо «самоубийства»).

Питание — главный фактор долгой жизни

Кроме спорта неоценимое влияние оказывает здоровое питание.

Диета включает в себя:

- потребление сырых овощей,

- малое потребление жиров (но не отказ от них),

- отказ от искусственного рафинированного сахара.

Препятствия на пути к долгой жизни

На основе вышесказанного можно предположить, что для достижения, если не вечной молодости, то, хотя бы, долгой жизни, достаточно соблюдать вышеперечисленные рекомендации. Это, конечно, позволит выглядеть моложе своих лет, быть бодрее и меньше болеть приобретёнными заболеваниями.

Однако следует помнить такие факторы:

1. Теломеразы удлиняют теломеры лишь в следующих клетках: предшественниках сперматозоидов, яйцеклетках, стволовых и раковых. Именно поэтому, в определённом смысле, эти клетки бессмертные.

2. Организм человека состоит, в основном, из соматических клеток. В них теломераза свою молодильную функцию не выполняет.

Достижения учёных

Заставить фермент это делать может лишь генная инженерия внедрением генов, кодирующих теломеразу на необходимую «работу».

Сегодня ученые достигли хороших результатов. Они умеют встраивать ген теломеразы в клетки:

- кожи,

- глаз,

- сосудов.

На основе вышесказанного можно отметить, что найден «эликсир молодости». Однако мешает этому тот факт, что фермент «работает» и в раковых клетках. Таким образом, в погоне за молодостью человек может приобрести онкологическое заболевание. Ведь именно теломераза дала раковым клеткам возможность делиться вечно. А это значит, что, достигнув вечной молодости, человек умрёт от рака.

Второй довод в пользу этого мнения: долгая жизнь возможна не только способом активации теломераз, но и выключением гена, который даёт клетке команду самоубийства. Этот ген — белок p66Shc. Однако и здесь присутствует аналогичная проблема — перестанут самоуничтожаться клетки, в которых возможно образование рака.

Круг сомкнулся: отключение гена апоптоза продлевает жизнь, но приводит к образованию онкологического процесса. Следует помнить, что болезнь образуется не только в результате действия внешних факторов, но и внутренних поломок, которых в огромном и сложном человеческом организме происходит великое множество.

При этом следует отметить: процент смерти от рака увеличится, но такая участь постигнет не все организмы. Таким образом, погоня за молодостью и долголетием методами генной инженерии превращается в игру в рулетку.

Итак, перед человечеством стоит 2 задачи, которые нельзя решать отдельно:

1. Продление жизни.

2. Исключение негативных последствий.

И, значит, пока люди не научатся побеждать рак, о существенном продлении молодости и жизни на генном уровне говорить не приходится.

Другие рычаги влияния на жизнь

Поговорим о других генах, которые определяют продолжительность жизни человека. А также о том, как на них можно влиять самостоятельно.

Гены Мафусаила: носителям можно всё

Кроме фермента теломеразы, которым можно управлять при помощи кодирующего гена, на продление молодости оказывают влияние гены Мафусаила. Название этим белкам дано по аналогии с библейским персонажем: Мафусаилом, старейшим человеком, прожившим 969 лет. Имя Мафусаил стало нарицательным. Его применяют, когда говорят о долгожителях.

Известные гены Мафусаила:

- ADIPOQ,

- CETP,

- ApoC3

встречаются примерно у 10% людей. Счастливчикам можно меньше заботиться о регуляции уровня инсулина в крови, концентрации холестерина и других веществ в организме. Однако поддерживать здоровье всё-равно необходимо, иначе природный фактор — подарок предков — не поможет, так как ген не сможет самостоятельно обеспечивать долголетие.

К долголетию через инсулин

Сегодня ученым необходимо определить белки, которые образуются под влиянием генов Мафусаила. На их основе можно создать долгожданный «эликсир». Однако точно не известно, как именно он будет действовать. И следует помнить о главном препятствии на пути генной инженерии: человечество ещё не способно победить рак.

Отмечено, что гены Мафусаила воздействуют на рецептор инсулина. Вследствие этого рецептор сигнализирует о пониженном уровне сахара, независимо от его реальных показателей. Этот факт поддерживает здоровье на высоком уровне в течение жизни человека и является мощным стимулом долголетия (доказано на примере людей-долгожителей, перешагнувших 100-летний возраст).

Ген Мафусаила, который регулирует реакцию организма на инсулин, называется FOXO3A. Следует отметить, что именно поэтому диабетические лекарства, снижающие уровень глюкозы в крови, продлевают жизнь. К таким относится, например, метформин.

Как при помощи этих знаний влиять на продолжительность жизни?

Посредством возможностей генной инженерии, от которых зависит активность:

- НАД+,

- теломераз,

- генов Мафусаила,

- рецепторов инсулина.

Повышаем НАД+ и сиртуины самостоятельно

Воздействовать на них можно через транскрипционный фактор, который является маркером контрольных участков гена в синтезе белков. Следует отметить огромную роль в продлении молодости кофермента НАД+ (NAD+). Это — окисленная форма никотинамидадениндинуклеотида. Вещество влияет на активность молодильных белков сиртуинов. Именно они регулируют фермент теломеразу: чем больше НАД+, тем активнее сиртуины, тем дольше живёт организм. И именно через них человек может удлинять теломеры без генетиков, ведь гормон инсулин и ИФР-1 являются антагонистами сиртуинов, а его можно контролировать самостоятельно.

Повышают уровень НАД+ и, значит, сиртуинов:

- низкокалорийное питание,

- лекарство: никотинамид рибозид.

Важно: питание должно включать все необходимые микроэлементы, витамины при малом количестве калорий (половина нормы). Норма составляет 2000-3500 Ккал/сутки. На все эти ферменты, гены, транскрипционные факторы влияют: гормон инсулин и ИФР-1 (инсулиноподобный фактор роста).

Такое же полезное действие оказывают некоторые продукты питания. А именно:

- черника,

- арахис,

- красный виноград,

- красное сухое вино.

Это возможно, благодаря природному веществу ресвератрол.

Пользу ресвератрола невозможно переоценить, он оказывает на организм действия следующего характера:

- противоопухолевое,

- противовоспалительное,

- снижающее сахар в крови,

- защищающее сосуды сердца,

- компенсирующее влияние жирной диеты.

Ресвератрол — не панацея

Суть действия вещества: нейтрализовать свободные радикалы кислорода, ведь они способствуют развитию онкологических заболеваний. Следует отметить, что при радиотерапии рака лёгких, ресвератрол оказывает обратное действие. Вещество увеличивает количество раковых клеток. И ещё: выводы учёных относительно ресвератрола подтверждены на мышах, но не на людях.

Следует отметить и другие лекарственные препараты, продлевающие жизнь:

- карведилол,

- метформин,

- телмисартан,

- витамины Д и В6,

- глюкозамин сульфат,

- никотинамид рибозид.

Примечательно: чем старее клетка, тем меньше в ней содержится сиртуинов, а больше — ацетильных групп. Именно это приводит к изменению структуры ДНК и, как следствие, к тяжёлым заболеваниям. Отсюда вывод: на старение клетки оказывают влияние эпигенетические факторы. Значит, человек может самостоятельно воздействовать на фактор старения.

Особенности питания, о которых надо помнить

Итак, омолаживающий эффект в живых организмах ярко выражен при следующих условиях:

- низкий уровень инсулина и ИФР-1,

- низкокалорийная умеренная диета постоянно.

Важно: следует отличать низкокалорийное и неполноценное питание. Во втором случае недостаток витаминов и микроэлементов быстро приводит к развитию различных патологий и сокращению жизни.

Спорт, без которого ничего не будет

Альтернативой целенаправленному недоеданию является спорт. Физкультура позволяет сжигать лишнюю энергию, одновременно с этим — снижать уровень инсулина и повышать активность генов молодости (сиртуинов). Но всё же, занятия не означают, что позволено забыть о здоровой диете.

Полезные виды спорта при условии регулярных занятий:

- бег трусцой 30-40 минут,

- велосипедная езда не менее 1 часа,

- плавание, активные спортивные игры.

Совет: лучше бегать утром натощак. Пищу принимать через 1 час после занятий спортом.

Еда, с которой будет долголетие

Так ли безопасны Омега-3?

Стоит сказать о полезных Омега-3 кислотах, которые в огромном количестве продаются фармацевтикой и употребляются людьми. Доказан их эффект на теломеры: кислоты данной группы замедляют степень укорачивания хромосом. Однако есть и отрицательный момент, который также доказан учёными: эти полиненасыщенные жиры в клетках организма быстро окисляются. Вследствие этого приводят к «поломке» клеток, ускоренному старению, развитию рака.

Оливковое масло для долгожительства

Более безобидными и не менее полезными учёные называют мононенасыщенные жирные кислоты. Больше всего их содержится в оливковом масле. Совет: принимать оливковое масло лучше всего в сыром виде. Покупать следует продукт холодного первого отжима нефильтрованный (Extra Virgin) испанского, греческого, итальянского производства. Масло нельзя нагревать. От этого продукт разлагается, пропадают целебные качества, появляется канцерогенный фактор.

Для сравнения: подсолнечное масло содержит больше, чем оливковое, витамина Е; а льняное — больше ненасыщенных жирных кислот Омега-3. Льняное масло также необходимо употреблять в сыром виде, без нагревания. Именно поэтому в меню должны присутствовать разные растительные масла.

Самая полезная пища, доказанно продлевающая жизнь:

- кефир,

- сырая морковь,

- сырая капуста брокколи,

- жирная рыба (готовить на пару),

- орехи фундук, кунжут, семена льна,

- оливковое масло холодного отжима,

- сырые лук и чеснок,

- тёмные сорта винограда,

- свежая зелень: петрушка, укроп, — фасоль, гречка, овсянка (каши надо запаривать), — фрукты: черника, ежевика, чернослив, смородина, — также: вишня, гранат, клубника, яблоки кислых сортов.

Прогноз на старость

Постоянное применение рекомендаций по продлению жизни позволит добиться омоложения организма, меньше болеть или исключить заболевания полностью. Без генной инженерии это работает на 100%, если есть предрасположенность, и, если обеспечивается умственная и физическая активность человека. Однако и загубить наследственность очень легко, если образ жизни не соответствует данным рекомендациям. Начать можно прямо сейчас. Интересные факты: организм полностью «забывает» о вредном факторе курения через 5 лет после отказа от привычки. Организм способен восстановиться и после привычки «приложиться» к алкоголю. Организм — необыкновенно чуткий, он благодарно реагирует на любую естественную заботу улучшением внешности и увеличением срока жизни.

Фото, использованные в статье, взяты в основном из интернета.