Почему мы живем так мало? Почему мы живем так долго?

Эксперименты, in vitro, показали, что внутри клеток есть механизм ограничивающий процесс их делений. Как бы, будильник, заведенный на определенное время. Появился термин – ген смерти. Методом культивирования клеток животных и растений in vitro ученые выращивали клетки самых разнообразных тканей человека на специально подобранных питательных средах, подобно бактериям или другим одноклеточным организмам. В начале 1960-х годов доктор Леонард Хейфлик, работавший в Станфордском университете, в ходе экспериментов по изучению рака (специализировался на изучении рака легких и рака желудка), установил, что в клеточных культурах нормальные соматические клетки человека способны делиться лишь ограниченное число раз. При этом, предельное число делений (называемое, в последствии, «лимитом Хейфлика», сильно зависит от возраста индивидуума, которому эти клетки изначально принадлежали. Так, клетки, которые брали у новорожденных, делились в культуре 80—90 раз, а у 70-летнего человека – только 20—30 раз. Достигнув «лимита Хейфлика», клетки переходят в состояние одряхления (senescence), которое характеризуется резким изменением метаболизма, и в первую очередь нарушением репликации ДНК. Вслед за этим состоянием обычно следует гибель клеток.

Число делений, которое могли делать выделенные из человеческого организма соматические клетки, оказалось равным примерно 50. Исходя из 50 делений эмбриональных человеческих клеток в изолированных культурах, Хейфлик рассчитал, что продолжительность жизни человека должна составлять 110—120 лет – именно этот срок понадобится, чтобы такое количество делений произошло в организме человека. Однако лишь 0,1% человечества когда-либо доживала до 110-летнего возраста. Это обстоятельство обескураживало Хейфлика: ведь если клетки человеческого организма способны жить в культуре срок, эквивалентный 110—120 годам, то аналогично и сами организмы, из которых взяты клетки, должны жить до такого же возраста.

В 1930 году Герман Мюллер и Барбара Макклинток наблюдали, что фрагментированные хромосомы склонны к слиянию между собой, тогда как нормальные хромосомы стабильны. На основании этого они пришли к выводу, что это объясняется характеристиками, присущими «естественным концевым участкам» хромосом. Так были открыты теломеры. Теломеры, состоят из тысяч повторяющихся кусочков ДНК, соединенных вместе. Они расположены на концах хромосом и помогают клетке отличать концы хромосом от разрывов, требующих восстановления.

Телос – конец, меро – часть, концевая часть хромосомы. Образно, теломеры можно представить так: предположим структура ДНК кинолента, у киноленты есть концевой участок, который несет вспомогательную роль, в основном для заправки пленки в киноаппарат. Так и теломеры, несут вспомогательную роль, но около области теломер собрано большое количество различных генов, и каждое деление клетки приводит к уменьшению длины теломер, что объясняется механизмом удвоения хромосом. Теломеры укорачиваются по мере старения. Лишенные концевых теломер, хромосомы сливаются, что ведет к тяжелым генетическим аномалиям. Соответственно, длина теломер была признана показателем «генетического возраста» (митотическими часами) и фундаментальным объяснением процесса старения.

Было известно, также, что клетки раковых опухолей могут делиться в культуре неограниченное число раз (поэтому их называют бессмертными, или иммортализованными). Ученые предположили, что должна существовать специализированная ферментативная система, которая контролирует и поддерживает длину теломерной ДНК.

И в 1985 г. такой механизм был найден. Крол Грейдер и Элизабет Блэкберн открыли, что в клетках существует особый белок, который может чинить разорвавшиеся хромосомы. Этот фермент назвали – теломераза. А в январе 1998 года средства массовой информации во всем мире буквально взорвались сообщениями о том, что группе ученых удалось с помощью фермента теломеразы заставить нормальные клетки человека преодолеть «лимит Хейфлика» почти вдвое. Две лаборатории с разрывом в месяц опубликовали сообщение, в котором говорилось, что они ввели фермент теломеразу в клетки и клетки стали бессмертными. Вместо того чтобы состариться и умереть, клетки продолжали делиться и (если можно так сказать) выглядели юными. При этом превращения их в раковые клетки не происходило: по всем признакам клетки, потерявшие способность стариться, были нормальными.

Теломераза состоит из белковой части и молекулы РНК. Теломеразная РНК окружена белком и служит шаблоном, по которому белок пристраивает к теломерам хромосом новые участки. В результате теломеры вновь удлиняются, и клеточное старение останавливается. Клетка, снабженная теломеразой, способна на бесконечное количество делений.

В теле обычного человека существуют два типа бессмертных клеток, имеющих теломеразу: стволовые клетки и первичные половые клетки.