Теломеры и теломеразы их связь со временем жизни клетки: как продлить жизнь с помощью вируса — Российская газета

как продлить жизнь с помощью вируса — Российская газета

В сентябре 2015 года Элизабет Пэрриш, директор американской фармацевтической компании, первой в мире решилась изменить свои гены, чтобы отсрочить старость. С помощью специального вируса она активировала в организме фермент теломеразу. Он известен тем, что делает клетки человека бессмертными. Есть гипотеза, что таким способом можно продлить молодость, и Элизабет надеется подтвердить это на собственном опыте.

Почему мы стареем?

Со временем большинство клеток изнашивается, и организм стареет. Отчего так происходит, учёные до сих пор не знают. Десятилетиями спорят: мы дряхлеем из-за поломок и механического износа органов или из-за программы старения, включающейся по сигналу из мозга? Но есть и хорошая новость: мы уже знаем, как стареют клетки. Когда они делятся, каждая хромосома теряет небольшой кусок. В новом поколении клеток хромосомы становятся короче. Затем ещё короче. Ещё…

Чтобы новые клетки не страдали, на концах хромосом размещены специальные повторяющиеся фрагменты — теломеры. Они не несут важной информации, поэтому их укорачивание не вредит клеткам. Но неизбежно наступает точка невозврата: примерно после 50-70 делений теломеры заканчиваются — клетка больше не может делиться и погибает. Это число называется пределом Хейфлика, по фамилии учёного, открывшего этот эффект (Леонард Хейфлик — профессор анатомии Калифорнийского университета в Сан-Франциско). Считается, что укорачивание теломер — одна из причин старения людей.

Образ жизни может влиять на длину теломер. Больше всего не повезло курильщикам и людям, которые не занимаются спортом и часто волнуются: у них теломеры короче, чем у людей, ведущих здоровую и спокойную жизнь. А вот алкоголики могут вздохнуть спокойно: употребление спиртного никак не отражается на длине теломер. Впрочем, длину измеряли только в лейкоцитах.

Вечно молодые

Некоторым клеткам позарез необходимо быть бессмертными. Например, стволовым — своеобразным поставщикам клеток для всего тела. Стволовая клетка может превратиться в какую угодно. Иными словами, это команда запасных, которые всегда готовы заменить выбывших из строя по причине болезни или травмы. Половым клеткам тоже надо быть бессмертными, ведь они дают начало новому человеку. Во взрослом человеке 37 200 000 000 000 клеток. Чтобы получить такое количество, самой первой оплодотворённой яйцеклетке необходимо поделиться как минимум 45 раз. В принципе, длины теломер должно на это хватить, но как быть с обновлением тканей? И будущими детьми? Получается, чтобы люди росли и растили детей, половым клеткам необходимо решить проблему укорачивания теломер.

Для этого есть специальный фермент теломераза. Она удлиняет теломеры и позволяет клетке делиться бесконечно долго. О том, что такой фермент существует, догадался советский биолог Алексей Оловников ещё в 1973 году. Через 11 лет учёные из Калифорнийского университета в Беркли выделили теломеразу из клеток. И в 2009-м получили за это открытие Нобелевскую премию. Как выразился Леонард Хейфлик, «проницательное предположение Оловникова получило экспериментальное подтверждение».

Многие россияне обиделись на Нобелевский комитет, хотя сам Алексей Матвеевич не стал комментировать его решение, а некоторое время спустя выдвинул новую теорию, ещё более смелую. Он предположил, что теломеры — лишь немые свидетели старения, а вызывают его другие специальные молекулы ДНК. Их он назвал хрономерами. По версии Оловникова, хрономеры находятся в клетках мозга и постепенно укорачиваются, отсчитывая время нашей жизни. Иными словами, хрономеры — это физическое воплощение биологических часов. Самое же неординарное предположение заключается в том, что на укорачивание хрономер влияет смена фаз Луны, возможно, через её гравитационное поле. Экспериментальных подтверждений этой экстравагантной гипотезы пока нет.

— Эксперты при виде моих гипотез традиционно чешут в затылках, — говорит Алексей Оловников. Но он не отчаивается и в статьях заранее благодарит экспериментаторов, которые смогут подтвердить его теорию. Так же как учёные из Калифорнийского университета подтвердили его догадку о существовании теломеразы более 30 лет назад.

Одна из причин старения — укорачивание теломер. Теломеры — это повторяющиеся фрагменты на концах хромосом. Примерно после 50-70 делений клетки теломеры заканчиваются, клетка больше не может делиться и погибает. Фото: depositphotos.com

В конце XX века выяснилось, что активация теломеразы в отдельных клетках приводит к их бессмертию. Но что значит «активация»? Строго говоря, ген теломеразы есть во всех клетках организма, но они, как правило, не подозревают о его существовании, поскольку ген выключен. В стволовых и половых клетках он, наоборот, включён, и теломераза удлиняет теломеры при малейшей необходимости. Получается, что, искусственно включив этот ген, можно заставить теломеразу работать в любой клетке и фактически обессмертить её. Более того, с помощью определенных вирусов ген теломеразы можно встроить в любую клетку — даже ту, в которой его и в помине не было.

Это открытие заинтриговало весь мир. У учёных появился инструмент, способный делать клетки бессмертными. Можно ли обессмертить самих людей? Однозначного ответа на этот вопрос до сих пор нет, однако за годы исследований накопилось множество любопытных данных.

Как вырастить мышь-долгожителя

В конце 1990-х биологи вывели генетически модифицированные породы мышей, чтобы детально изучить свойства теломеразы. Грызуны, у которых она от рождения не работала, имели множество проблем с внутренними органами и старели значительно раньше обычных животных. С другой стороны, у них возникало меньше злокачественных опухолей. Другие мыши, которые от рождения имели чрезмерно активную теломеразу, чаще болели раком. И тоже жили меньше обычного. Почему? Дело в том, что раковые клетки научились включать ген теломеразы гораздо раньше учёных и пользуются этим для того, чтобы делиться бесконечно. Таким образом, в организме мыши с выключенной теломеразой раковой опухоли гораздо сложнее появиться, чем у животного с активно работающим ферментом.

Ещё один интересный эксперимент провели на породе мышей, от рождения склонных к раку: опухоли вырастают у них очень легко, почти не встречая сопротивления со стороны организма. Биологи отключили у этих мышек теломеразу в надежде, что они будут меньше болеть раком. Результат оказался противоположным: без фермента грызуны покрылись опухолями значительно раньше, чем их сородичи.

Не совсем понятно, почему это происходит. Одна из версий заключается в том, что, если теломераза не работает, стволовые клетки теряют свои теломеры и стареют. А ведь из стволовых клеток получаются клетки иммунной системы, наши главные защитники от опухолей. Из старых стволовых клеток борцы с раком выходят так себе. Другая версия состоит в том, что, как только молекулы ДНК лишаются теломер и оголяют свои концы, клетка хочет как-нибудь их соединить. Но склеивать случайные молекулы ДНК — не самая лучшая идея, это приводит к мутациям и повышает вероятность рака.

Что будет с человеком, если отключить его теломеразу? Такой эксперимент, понятное дело, не поставишь, но можно изучить болезни, связанные с неправильной работой фермента. Одна из них называется врождённый дискератоз. Он проявляется в преждевременном старении: у больных рано седеют волосы и выпадают зубы, они часто болеют раком и редко доживают до 50 лет.

Омолодить старика

Чтобы понять, может ли включение теломеразы повернуть старение вспять, понадобились специальные мыши. Они были устроены хитрым образом: учёные выключили их ген теломеразы, но его можно было включить, скормив зверькам особое вещество. Изначально эти мышки быстро старели: у них раньше, чем у обычных особей, появлялись старческие нарушения работы семенников, селезёнки, кишечника и мозга, ухудшалось обоняние. Включение теломеразы омолодило животных: их внутренние органы стали лучше работать, мыши начали точнее распознавать запахи.

Наиболее впечатляющие результаты получили в 2012 году учёные из Испанского национального центра по исследованию рака. Они экспериментировали на самых обыкновенных мышах. Особи были двух возрастов: взрослые, то есть те, кому исполнился год, и престарелые, двухлетние. Исследователи заразили грызунов вирусом, который активирует теломеразу. В результате престарелые мыши стали жить на 13% дольше, а взрослые — аж на 24%. Что примечательно, заболеваемость раком не выросла.

44-летняя американка Элизабет Пэрриш решила повторить этот опыт на себе. Американская фармацевтическая компания, которую она возглавляет, основана в 2015 году и занимается разработкой и патентованием методов генной терапии. Два основных проекта — генная конструкция с теломеразой и конструкция с ингибитором миостатина (белок, вызывающий атрофию мышц, — Элизабет вколола себе и её). Клинические испытания, подтверждающие безопасность этих методов, не проводились.

Исследователи заразили лабораторных мышей вирусом, который активирует теломеразу — фермент, который удлиняет теломеры и позволяет клетке делиться бесконечно долго. В результате эксперимента престарелые мыши стали жить на 13% дольше, а взрослые — на 24%. Фото: depositphotos.com

Укол вирусом делали в некой лаборатории за пределами США, её название не обнародовалось. Использовали ослабленный вирус AAV (аденоассоциированный вирус), предварительно вставив в него ген теломеразы. Вирус внедряется в 19-ю хромосому в клетках крови, и в результате в них постоянно экпрессируется теломераза. Как сообщает официальный сайт компании BioViva, в апреле 2016-го, спустя полгода после инъекции, длина теломер Элизабет увеличилась на 9%, что соответствует омоложению тканей на 20 лет. Длину теломер измеряла независимая компания SpectraCell в Техасе. Звучит ободряюще, однако вряд ли стоит воспринимать этот результат как доказательство молодильной силы теломеразы. Во-первых, измерение длины теломер имеет большую погрешность — целых 8%. Во-вторых, тестирование настоящих лекарств — процесс более сложный.

Как минимум необходимы контрольная группа и большое количество испытуемых. Об этом нам рассказала Мария Бласко, руководитель группы испанских учёных, поставивших исходный эксперимент с активацией теломеразы:

— Любая новая терапия, генная в том числе, должна быть одобрена регулирующими органами и получить соответствующие разрешения для проведения клинических испытаний. Ведь клинические исследования должны гарантировать пациентам безопасность и максимальный шанс на успех. Наша группа проверяет терапию теломеразой на мышиных моделях, чтобы потом провести валидные клинические испытания и достоверно оценить пользу для пациентов.

«Кот Шрёдингера» попросил учёных-первооткрывателей механизмов клеточного старения прокомментировать поступок Пэрриш. Вот что сказал лауреат Нобелевской премии за открытие теломеразы Джек Шостак:

— Я не одобряю подобные трюки. Это совершенно ненаучный подход к сложной проблеме. Его единственная цель — одурачить доверчивых людей и выманить у них деньги на «лекарство», которое может оказаться весьма опасным.

Леонард Хейфлик к поступку Элизабет тоже отнёсся без энтузиазма:

— Я не поддерживаю опыты на себе в отсутствие рациональных объяснений. С древнейших времён люди экспериментируют, пытаясь отсрочить старость. Но по разным причинам успеха пока никто не достиг. Более того, у нас нет средства для определения эффекта. Люди веками считают, что их знаний по биологии достаточно, чтобы понять, как победить старение. Но поскольку этот процесс — результат второго закона термодинамики, вероятность успешного вмешательства близка к нулю. Всё во Вселенной стареет.

Хейфлик добавил, что не понимает саму идею поиска вечной молодости:

— Я бы не хотел, чтобы тираны, диктаторы и убийцы жили дольше.

А вот Алексей Оловников говорит об Элизабет менее категорично:

— Я восхищён её мужеством. В поступке Пэрриш есть две составляющих: смелость и желание пропиарить свою фирму BioViva.

Так или иначе, сама возмутительница спокойствия настроена решительно. Она планирует запатентовать свой метод омоложения, а пока путешествует по миру в поисках фирмы, которая согласится провести настоящие клинические исследования. Этим летом она побывала в Москве, где провела пресс-конференцию. Элизабет сообщила, что своим экспериментом хотела ускорить проведение клинических испытаний антивозрастной генной терапии. По её словам, учёные уже нашли способ продлить молодость, и она не видит смысла скрывать его.

Но на самом деле учёные пока боятся повторить этот опыт на людях и спорят о том, может ли вообще активация теломеразы продлить жизнь. Энтузиасты считают этот фермент настоящим эликсиром молодости, ведь если результаты эксперимента будут такими же, как на мышах, люди будут жить на целых 18 лет дольше. Скептики опасаются раковых опухолей и других побочных эффектов. Они сравнивают активацию теломеразы с окрашиванием седых волос, имея в виду, что, даже если теломеры удлинятся, это не обязательно устранит причину старения клеток. Да и означает ли омоложение клеток омоложение организма как суммы этих клеток? Со временем мы узнаем ответы на все эти вопросы, а пока нам остаётся самое интересное — искать их.

Длина теломер плохо предсказала продолжительность жизни позвоночных. Поэтому вместо нее испанские ученые предлагают использовать другой индикатор — скорость потери теломер — Наука

Теломерная теория старения — один из самых простых способов объяснить, что происходит с организмом с течением времени. На концах каждой хромосомы есть «бессмысленные» участки, повторы теломерной ДНК, которые становятся короче с каждым делением клетки. Соответственно, чем дольше организм живет, тем больше его клеткам приходится размножаться и тем короче становится их теломерная «линия жизни». Когда концевые «заглушки» на хромосомах достигают критической длины, размножаться становится опасно — при следующих делениях концы продолжат укорачиваться, но пострадают уже не «бессмысленные» теломеры, а «осмысленные» гены. Поэтому короткие теломеры становятся мишенью для системы репарации (ремонта) ДНК, а она, в свою очередь, тормозит деление клетки. Наступает репликативное старение: клетка переходит в разряд «старых» и постепенно перестает выполнять большинство своих функций в ткани.

Поэтому длину теломер нередко используют для того, чтобы предсказать продолжительность жизни, и у людей она иногда действительно позволяет это сделать. Но если мы сравниваем между собой разные виды животных, то теломеры уже не дают нам ничего прогнозировать. В своей статье в Proceedings of National Academy of Sciences испанские ученые приводят результаты измерений теломер у разных видов позвоночных животных из мадридского зоопарка: дельфина, козы, оленя, фламинго, грифа, чайки, слона, а также лабораторной мыши (она была не из зоопарка). 

Разброс в длине оказался значительным: от 10,4 кб (то есть тысяч пар нуклеотидов) у козы до 90,7 кб у дельфина-афалины. Но исследователи не смогли уложить эти цифры в модель, которая связала бы длину теломер с продолжительностью жизни: коза в среднем живет столько же лет, сколько и дельфин, а человек с его 15 кб в среднем живет в 40 раз дольше мыши с 50 кб.

Статистика по длине теломер, скорости их укорочения и продолжительности жизни различных позвоночных. Kurt Whittemore et al.

Вероятно, отсутствие непосредственной связи вызвано тем, что длина теломер изменяется по сложным законам и под действием множества факторов. С одной стороны, теломерная ДНК страдает от окислительного стресса, что может вызвать дополнительную потерю ее участков. С другой стороны, во многих клетках организма — как правило, в стволовых и делящихся — работает фермент теломераза, надстраивающий исчезающие концы. Поэтому итоговая длина теломер зависит от соотношения этих двух факторов: потери участков и достраивания.

Исследователи проследили также, как длина теломер изменяется со временем. Для этого они измеряли ее у животных разного возраста. Оказалось, что скорость потери теломер не связана с абсолютной длиной: здесь рекордсменами оказались мышь (7000 кб в год) и человек (авторы приводят цифру 71 кб/год, в других работах можно встретить цифры 20-45 кб/год). И это значение удалось использовать как хороший предсказатель для продолжительности жизни.

Интересно, что скорость укорочения ДНК, которую приводят испанские ученые, не приводит к полной потере теломер. Если бы смерть наступала в тот момент, когда клетки окончательно теряют способность делиться, люди, по подсчетам авторов статьи, жили бы до 211 лет, а слоны — до 333. Тем не менее в среднем изученные виды доживают до потери 25% длины, а максимальная продолжительность жизни соответствует укорочению теломер примерно вдвое. 

В то же время клетки перестают делиться, когда длина теломер составляет около 2 кб (по крайней мере, у человека), то есть 13% исходной длины. В своей работе ученые не обсуждают это противоречие, но можно предложить для него несколько объяснений. Вероятно, скорость укорочения теломер не постоянна в течение жизни и с возрастом становится выше (известно, например, что у человека она может изменяться). Кроме того, можно представить себе, что короткие теломеры «перетягивают» на себя внимание системы репарации и более серьезные повреждения ДНК остаются без ремонта, что вызывает преждевременное старение клеток и гибель организма.

 Полина Лосева

Оценка изменения длины теломер хромосом как критерий продолжительности жизни в бариатрической практике | Бекмурзинова

ВВЕДЕНИЕ

Вопрос о продолжительности жизни пациентов с метаболическим синдромом в последние десятилетия является весьма актуальным, поскольку один из главных компонентов данного синдрома, ожирение, значится в списке главных причин преждевременной смертности населения. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), опубликованным в 2016 г., более 1,9 млрд взрослых старше 18 лет имели избыточный вес. Из них свыше 650 млн страдали ожирением. Ежегодно в мире от коморбидных ожирению заболеваний умирают около 2,8 млн человек. Темпы увеличения числа больных, страдающих ожирением, настолько велики, что данное заболевание приобретает характер неинфекционной эпидемии. Ожирение является условием, при котором происходит чрезмерное накопление жировой ткани, что может оказывать неблагоприятное воздействие на здоровье и приводить к уменьшению ожидаемой продолжительности жизни. В соответствии с данными ВОЗ, ожирением обусловлено 44% случаев развития сахарного диабета 2 типа (СД2), 23% ишемической болезни сердца (ИБС) и 7–41% определенных видов рака [1]. Эти расстройства рассматриваются как следствие повышенного окислительного стресса и воспаления в организме.

Увеличение окислительного стресса и воспаления влияет на длину теломер и может ускорить старение, поэтому теломеры являются ключевыми маркерами биологического старения [2]. Они представляют собой специализированные ДНК-белковые структуры, обнаруженные на концах эукариотических хромосом. Длина теломер играет важную роль в регуляции клеточных процессов и клеточной гибели, по состоянию теломер определяют не только продолжительность жизни одной клетки, но и состояние органов, систем и организма в целом.

Целью данного обзора литературы является критическая оценка и обобщение научных знаний о том, как изменяется продолжительность жизни пациентов с метаболическим синдромом после снижения массы тела.

При подготовке литературного обзора нами проведен анализ публикаций за последние 10 лет. Для поиска источников использовали базу данных PubMed, а также сайты издательств Springer и Elsiver для доступа к полнотекстовым версиям статей. Поиск публикаций осуществляли по соответствующим ключевым словам. Для PubMed: telomere length; aging; bariatric surgery; obesity; metabolic syndrome.

ГОМЕОСТАЗ ДЛИНЫ ТЕЛОМЕР

Теломеры представляют собой структуры ДНК, состоящие из тандемных повторов последовательности TTAGGG и ассоциированных белков на концах хромосом человека. ДНК теломер поддерживается высокорегулируемым действием клеточного фермента теломеразы. Посредством этого механизма хромосомная ДНК и гены защищены от повреждений во время процесса деления клетки [3]. Фермент теломераза – это специфический рибонуклеопротеин клетки, который в конечном счете работает как обратная транскриптаза и принимает участие в синтезе активных центров для связывания теломерной ДНК с теломерными защитными белками.

Удлинение теломер происходит в эмбриональном периоде, когда активен фермент теломераза и далее остается активным постнатально в клетках зародышевого пути и в некоторых стволовых клетках [4]. Этот процесс может быть активирован в тканях, которые требуют дальнейшего расширения количества клеток, например, в гемопоэтической системе [4]. В исследовании Gadalla et al. [5] наблюдается увеличение выживаемости реципиентов с трансплантацией костного мозга по поводу лечения апластической анемии, когда донорские ткани обладали более длинными теломерами. Это увеличение выживаемости связано с усилением теломерной способности, которая помогла восстановить гемопоэтическую систему.

Как известно, в S-фазу клеточного цикла происходит репликация ДНК, в результате чего каждый раз происходит недорепликация короткого концевого участка хроматиды. Для того чтобы каждый период репликации не сопровождался потерей значимых последовательностей ДНК, на концах хромосом возникли незначимые последовательности ДНК – теломеры [6]. Укорочение теломер – это механизм, который происходит вследствие нормального деления клеток и репликационного механизма. Данный механизм демонстрируется на опухолевых клетках [7], которые были модифицированы – имели длинные теломеры и высокую активность теломеразы; в лейкоцитах, которые были стимулированы митогеном [8], и в стволовых клетках человека [9]. Таким образом, в норме фермент теломераза активен только в эмбриональном периоде, далее в постэмбриональном периоде происходит только сокращение длины теломер в процессе репликации.

МЕХАНИЗМЫ УКОРОЧЕНИЯ ТЕЛОМЕР

Теломерная ДНК чувствительна к естественной терминальной эрозии за счет различных процессов, включая механизм репликации линейной хромосомной ДНК, которая приводит к уменьшению длины теломер с каждым делением клеток [10], а также процессов, связанных с действием нуклеазы, репликации, рекомбинации ДНК и действием окислительного стресса. Несмотря на то что фермент теломераза способен противодействовать укорочению длины теломер, активность его обычно отсутствует в нормальных клетках взрослого человека. Когда длина теломер уменьшается до критического значения, это приводит к репликативному старению и гибели клеток [11, 12]. Генетическая предрасположенность к более длинным теломерам связана с повышенным риском развития рака [13–15].

В нескольких независимых исследованиях было показано, что уменьшение длины теломерной ДНК человека связано с широким спектром различных заболеваний и для нескольких возрастных групп больных, где можно прогнозировать будущие риски и исходы, включая смертность.

У пожилых людей происходит укорочение теломер во всех клетках крови, но скорость укорочения у всех разная. Изменение длины теломер с возрастом – нестабильный процесс, так, например, наиболее резкое уменьшение длины в лимфоцитах происходит в течение первого года жизни, затем этот процесс замедляется и приблизительно после 30 лет имеет постоянный уровень [16].

При некоторых генетических заболеваниях человека, таких как синдром Дауна, синдром Ди Джорджи, а также при врожденном дискератозе происходит раннее сокращение длины теломер, и это обусловлено несколькими мутациями в гене субъединицы hTERT теломеразы, которая стабилизирует длину теломер [17, 18].

Имеются данные, где показана роль воздействия стресса и его влияние на быстрое укорочение теломер в клетках, и этот эффект зависел от продолжительности и интенсивности воздействия стресса [19]. Повреждается хромосома, ДНК теломеры, а также уменьшается длина теломеры при оксидативном стрессе, независимо от причин, вызвавших стресс. Стаж курения напрямую влияет на степень укорочения теломер, так, чем стаж курения больше, тем сильнее происходит сокращение длины теломер в лимфоцитах [20].

Можно сказать, что изменение длины теломер связано с развитием сердечно-сосудистых (ССЗ) и инфекционных заболеваний [21, 22]. Риск смертности от ССЗ у больных с более короткими теломерами в лейкоцитах крови увеличен в 3 раза, а от инфекционных – в 8 раз [23–25]. Такие же риски смертности отмечены при сахарном диабете 2 типа, что также связано с окислительным стрессом, который, в свою очередь, влияет на длину теломер клеток крови [26].

Бесспорно, ожирение влияет на длину теломер и может ускорить процесс старения. Имеется четкая связь между индексом массы тела (ИМТ) и длиной теломер лейкоцитов, которая варьируется в зависимости от возраста. Ожирение рассматривается как основной детерминант в регуляции старения жировой ткани наряду с метаболическими изменениями, такими как повышение провоспалительных цитокинов, развитие инсулинорезистентности, сахарный диабет 2 типа и ССЗ. По результатам исследования [27] становится ясно, что ИМТ имеет значительную корреляцию с длиной теломер у пациентов моложе 60 лет.

ОПЕРАТИВНОЕ ЛЕЧЕНИЕ ОЖИРЕНИЯ И ДЛИНА ТЕЛОМЕР

Распространенность ожирения связана с возрастающей урбанизацией, снижением физической активности и легкой доступностью высококалорийных продуктов. В связи с этим возникает необходимость поиска эффективных способов снижения массы тела.

Традиционно основным методом лечения ожирения был консервативный, однако данный вид терапии носит непродолжительный характер и малоэффективен. С середины XX в. стали разрабатываться хирургические методы коррекции избыточной массы тела. Бариатрическая хирургия сформировалась как отдельная область знаний. Хирургия ожирения широко признана и является наиболее эффективным видом лечения. Это единственный известный метод, который приводит к значительной потере веса и предотвращает его восстановление. В мировой практике используют десятки различных бариатрических операций. Ежегодно проводится более 500 000 хирургических вмешательств по поводу снижения избыточной массы тела. Их них продольная резекция желудка составляет 49%, гастрошунтирование по Ру – 43% всех выполняемых бариатрических операций [28–30].

Основываясь на исследовании [31], авторы утверждают, что после операции гастрошунтирования по Ру пациенты показали значительное снижение ИМТ, и наблюдалось увеличение длины теломер, а также снижение в них окислительного стресса. Следовательно, данная методика операции улучшает фенотип преждевременного старения.

Caetano de Queiroz и соавт. [32] провели исследование, основанное на наблюдении за 120 пациентами через 2 года после гастрошунтирования по Ру, по результатам которого были доказаны эффективность и безопасность операции в борьбе с ожирением и связанными с ним состояниями. Смертность была равна нулю. Среднее значение потери лишнего веса EWL (Exсess Weight Loss) составило 75%. При этом в 4,2% случаях имелись осложнения.

ОБСУЖДЕНИЕ

После хирургического лечения ожирения пациенты резко теряют массу тела в основном в первые 1–2 года [33]. В результате чего происходит снижение уровня провоспалительных цитокинов [34], что влияет в той или иной степени на длину теломер. В исследовании Formichi et al. выявили уменьшение длины через 1 год после хирургического лечения ожирения [35]. Однако Laimer et al., наоборот, отмечали увеличение длины теломер в течение 10 лет после бариатрической операции [36]. Также удлинение длины теломер через 3–5 лет после операции наблюдали другие авторы [37]. Следовательно, нами в результате анализа литературы были получены противоречивые данные по изменению длины теломер.

Вместе с тем важно отметить, что, по данным литературных источников, ключевой особенностью гастрошунтирования является то, что эта операция позволяет пациентам поддерживать значительное снижение массы тела в долгосрочной перспективе. Однако эффекты бариатрической хирургии не ограничиваются только потерей веса, также отмечается улучшение функции жировой ткани и изменение чувствительности к инсулину [38]. По данным ряда авторов [31], выявляется значительное снижение провоспалительных маркеров, таких как интерлейкин-6 и C-реактивный белок у пациентов через 2 года после операции. Это способствует уменьшению окислительного стресса, что предотвращает преждевременное старение и гибель клеток.

Насколько нам известно, в данный момент в мире нет исследований по изучению изменению длины теломер лейкоцитов после бесстеплерных типов гастрошунтирования, которые могут быть наиболее доступными и вместе с тем не менее эффективными, чем бариатрические и метаболические операции по степлерной технологии [39–40]. Но вместе с тем известно, что такие исследования планируется провести в ближайшие годы [41].

Таким образом, результаты представленного литературного обзора указывают на то, что в настоящее время в мире отмечается глобальная тенденция к росту ожирения, ведется множество исследований по лечению и профилактике осложнений данной патологии.

Проанализировав результаты вышеуказанных исследований, стоит сказать о том, что в настоящий момент имеется недостаточное количество знаний в этой области. В доступной литературе было найдено всего 5 публикаций о том, как изменяется длина теломер лейкоцитов, а следовательно, продолжительность жизни после снижения массы тела посредством бариатрических операций, по итогам которых были получены противоречивые данные. Одни авторы утверждают, что длина теломер не увеличивается, а наоборот, уменьшается вследствие катаболического состояния после снижения массы тела [35]. А немало других авторов, которые считают, что происходит значительное восстановление длины теломер, которое связано с уменьшением окислительного процесса в клетках после бариатрической хирургии [31, 36, 37].

Следовательно, данный аспект диктует необходимость продолжения исследования в этом направлении с целью выявления изменения длины хромосомных теломер при ожирении в зависимости от степени снижении массы тела.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе обзора литературы была выявлена патогенетическая значимость длины теломер лейкоцитов в продолжительности жизни пациентов с метаболическим синдромом после бариатрических операций. Также было установлено, что после значительного снижения массы тела наблюдается чаще всего удлинение теломер лейкоцитов. Однако требуются дополнительные исследования, которые могли бы установить влияние снижения массы тела при ожирении на продолжительность жизни и, возможно, раскрыть важные механизмы, лежащие в основе долголетия.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Источник финансирования. Подготовка и публикация рукописи проведены на личные средства авторского коллектива.

Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Участие авторов. Бекмурзинова Ф.K. – сбор, обработка и анализ публикаций, написание основного текста статьи; Оспанов О.Б. – критический пересмотр содержания статьи, написание текста в разделе «Оперативное лечение ожирения и длина теломер», а также раздела «Обсуждение»; Акильжанова А.Р. – редактирование текста статьи в части вопросов, касающихся гомеостаза длины теломер; Кожамкулов У.А. – редактирование текста статьи в части механизмов укорочения длины теломер; Рахимова С.Е. – составление резюме публикации. Все авторы внесли значимый вклад в проведение исследования и подготовку статьи, прочли и одобрили финальную версию статьи перед публикацией.

1. Metabolic mediators of the effects of body-mass index, overweight, and obesity on coronary heart disease and stroke: a pooled analysis of 97 prospective cohorts with 1·8 million participants. Lancet. 2014;383(9921):970-983. DOI:10.1016/s0140-6736(13)61836-x

2. Tzanetakou IP, Katsilambros NL, Benetos A, et al. «Is obesity linked to aging?»: adipose tissue and the role of telomeres. Ageing Res Rev. 2012;11(2):220-229. DOI:10.1016/j.arr.2011.12.003

3. Paul L. Diet, nutrition and telomere length. J Nutr Biochem. 2011;22(10):895-901. DOI:10.1016/j.jnutbio.2010.12.001

4. Reddel RR. Telomere maintenance mechanisms in cancer: clinical implications. Curr Pharm Des. 2014;20(41):6361-6374. DOI:10.2174/1381612820666140630101047

5. Gadalla SM, Wang T, Haagenson M, et al. Association between donor leukocyte telomere length and survival after unrelated allogeneic hematopoietic cell transplantation for severe aplastic anemia. JAMA. 2015;313(6):594-602. DOI:10.1001/jama.2015.7

6. Fasching CL. Telomere length measurement as a clinical biomarker of aging and disease. Crit Rev Clin Lab Sci. 2018;55(7):443-465. DOI:10.1080/10408363.2018.1504274

7. Pickett HA, Cesare AJ, Johnston RL, et al. Control of telomere length by a trimming mechanism that involves generation of t-circles. EMBO J. 2009;28(7):799-809. DOI:10.1038/emboj.2009.42

8. Pickett HA, Henson JD, Au AY, et al. Normal mammalian cells negatively regulate telomere length by telomere trimming. Hum Mol Genet. 2011;20(23):4684-4692. DOI:10.1093/hmg/ddr402

9. Rivera T, Haggblom C, Cosconati S, Karlseder J. A balance between elongation and trimming regulates telomere stability in stem cells. Nat Struct Mol Biol. 2017;24(1):30-39. DOI:10.1038/nsmb.3335

10. Blackburn EH. Telomeres and telomerase: their mechanisms of action and the effects of altering their functions. FEBS Lett. 2005;579(4):859-862. DOI:10.1016/j.febslet.2004.11.036

11. Lopez-Otin C, Blasco MA, Partridge L, et al. The hallmarks of aging. Cell. 2013;153(6):1194-1217. DOI:10.1016/j.cell.2013.05.039

12. Armanios M, Blackburn EH. The telomere syndromes. Nat Rev Genet. 2012;13(10):693-704. DOI:10.1038/nrg3246

13. Blackburn EH, Epel ES, Lin J. Human telomere biology: A contributory and interactive factor in aging, disease risks, and protection. Science. 2015;350(6265):1193-1198. DOI:10.1126/science.aab3389

14. Bojesen SE, Pooley KA, Johnatty SE, et al. Multiple independent variants at the TERT locus are associated with telomere length and risks of breast and ovarian cancer. Nat Genet. 2013;45(4):371-384, 384e371-372. DOI:10.1038/ng.2566

15. Walsh KM, Codd V, Smirnov IV, et al. Variants near TERT and TERC influencing telomere length are associated with high-grade glioma risk. Nat Genet. 2014;46(7):731-735. DOI:10.1038/ng.3004

16. Aviv A, Chen W, Gardner JP, et al. Leukocyte telomere dynamics: longitudinal findings among young adults in the Bogalusa Heart Study. Am J Epidemiol. 2009;169(3):323-329. DOI:10.1093/aje/kwn338

17. Nelson ND, Bertuch AA. Dyskeratosis congenita as a disorder of telomere maintenance. Mutat Res. 2012;730(1-2):43-51. DOI:10.1016/j.mrfmmm.2011.06.008

18. Albizua I, Rambo-Martin BL, Allen EG, et al. Association between telomere length and chromosome 21 nondisjunction in the oocyte. Hum Genet. 2015;134(11-12):1263-1270. DOI:10.1007/s00439-015-1603-0

19. Lin J, Epel E, Blackburn E. Telomeres and lifestyle factors: roles in cellular aging. Mutat Res. 2012;730(1-2):85-89. DOI:10.1016/j.mrfmmm.2011.08.003

20. Valdes AM, Andrew T, Gardner JP, et al. Obesity, cigarette smoking, and telomere length in women. Lancet. 2005;366(9486):662-664. DOI:10.1016/s0140-6736(05)66630-5

21. Raschenberger J, Kollerits B, Hammerer-Lercher A, et al. The association of relative telomere length with symptomatic peripheral arterial disease: results from the CAVASIC study. Atherosclerosis. 2013;229(2):469-474. DOI:10.1016/j.atherosclerosis.2013.05.027

22. Mainous AG, 3rd, Codd V, Diaz VA, et al. Leukocyte telomere length and coronary artery calcification. Atherosclerosis. 2010;210(1):262-267. DOI:10.1016/j.atherosclerosis.2009.10.047

23. Cawthon RM, Smith KR, O’Brien E, et al. Association between telomere length in blood and mortality in people aged 60 years or older. Lancet. 2003;361(9355):393-395. DOI:10.1016/s0140-6736(03)12384-7

24. Zanet DL, Thorne A, Singer J, et al. Association Between Short Leukocyte Telomere Length and HIV Infection in a Cohort Study: No Evidence of a Relationship With Antiretroviral Therapy. Clin Infect Dis. 2014;58(9):1322-1332. DOI:10.1093/cid/ciu051

25. van de Berg PJ, Griffiths SJ, Yong SL, et al. Cytomegalovirus infection reduces telomere length of the circulating T cell pool. J Immunol. 2010;184(7):3417-3423. DOI:10.4049/jimmunol.0903442

26. Willeit P, Raschenberger J, Heydon EE, et al. Leucocyte telomere length and risk of type 2 diabetes mellitus: new prospective cohort study and literature-based meta-analysis. PLoS One. 2014;9(11):e112483. DOI:10.1371/journal.pone.0112483

27. Muezzinler A, Mons U, Dieffenbach AK, et al. Body mass index and leukocyte telomere length dynamics among older adults: Results from the ESTHER cohort. Exp Gerontol. 2016;74:1-8. DOI:10.1016/j.exger.2015.11.019

28. Angrisani L, Santonicola A, Iovino P, et al. Bariatric Surgery Worldwide 2013. Obes Surg. 2015;25(10):1822-1832. DOI:10.1007/s11695-015-1657-z

29. Khorgami Z, Andalib A, Corcelles R, et al. Recent National Trends In The Surgical Treatment of Obesity: Sleeve Gastrectomy Dominates. Surg Obes Relat Dis. 2015;11(6):S6-S8. DOI:10.1016/j.soard.2015.10.012

30. Nicoletti C, Cortes-Oliveira C, Pinhel M, Nonino C. Bariatric Surgery and Precision Nutrition. Nutrients. 2017;9(9):974. DOI:10.3390/nu9090974

31. Hohensinner PJ, Kaun C, Ebenbauer B, et al. Reduction of Premature Aging Markers After Gastric Bypass Surgery in Morbidly Obese Patients. Obes Surg. 2018;28(9):2804-2810. DOI:10.1007/s11695-018-3247-3

32. Queiroz C, Sallet JA, PG DEBES, et al. Application of BAROS’ questionnaire in obese patients undergoing bariatric surgery with 2 years of evolution. Arq Gastroenterol. 2017;54(1):60-64. DOI:10.1590/S0004-2803.2017v54n1-12

33. Sjostrom L. Review of the key results from the Swedish Obese Subjects (SOS) trial — a prospective controlled intervention study of bariatric surgery. J Intern Med. 2013;273(3):219-234. DOI:10.1111/joim.12012

34. Barazzoni R, Palmisano S, Gortan Cappellari G, et al. Gastric bypass-induced weight loss alters obesity-associated patterns of plasma pentraxin-3 and systemic inflammatory markers. Surg Obes Relat Dis. 2016;12(1):23-32. DOI:10.1016/j.soard.2015.04.013

35. Formichi C, Cantara S, Ciuoli C, et al. Weight loss associated with bariatric surgery does not restore short telomere length of severe obese patients after 1 year. Obes Surg. 2014;24(12):2089-2093. DOI:10.1007/s11695-014-1300-4

36. Laimer M, Melmer A, Lamina C, et al. Telomere length increase after weight loss induced by bariatric surgery: results from a 10 year prospective study. Int J Obes (Lond). 2016;40(5):773-778. DOI:10.1038/ijo.2015.238

37. Dershem R, Chu X, Wood GC, et al. Changes in telomere length 3-5 years after gastric bypass surgery. Int J Obes (Lond). 2017;41(11):1718-1720. DOI:10.1038/ijo.2017.156

38. Frikke-Schmidt H, O’Rourke RW, Lumeng CN, et al. Does bariatric surgery improve adipose tissue function? Obes Rev. 2016;17(9):795-809. DOI:10.1111/obr.12429

39. Ospanov O, Buchwald JN, Yeleuov G, Bekmurzinova F. Laparoscopic One-Anastomosis Gastric Bypass with Band-Separated Gastric Pouch (OAGB-BSGP): a Randomized Controlled Trial. Obes Surg. 2019;29(12):4131-4137. DOI:10.1007/s11695-019-04236-1

40. Ospanov OB. Surgical technique of laparoscopic mini-gastric bypass with obstructive stapleless pouch creation: A case series. Int J Surg. 2019;67:70-75. DOI:10.1016/j.ijsu.2019.05.011

41. Ospanov O, Yeleuov G, Kadyrova I, Bekmurzinova F. The life expectancy of patients with metabolic syndrome after weight loss: study protocol for a randomized clinical trial (LIFEXPE-RT). Trials. 2019;20(1):202. DOI:10.1186/s13063-019-3304-9

Счетчик клеточного времени – аналитический портал ПОЛИТ.РУ

 

В октябре 2009 года в Стокгольме были объявлены имена лауреатов Нобелевской премии по физиологии и медицине: Элизабет Блэкбёрн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак. Эти американские учёные удостоились самой престижной научной награды за «открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы»: проведенные ими исследования позволили не только определить, чем обусловлена продолжительность жизни клеток, но и объяснить некоторые особенности их злокачественного перерождения, что, по мнению ученых, в будущем поможет создать эффективные лекарства от неизлечимых болезней. «Полит.ру» публикует статью кандидатов химических наук Марии Зверевой и Марии Рубцовой, в которой речь пойдет о том, что такое теломеры, из чего состоит теломераза, а также какова связь между ними и продолжительностью человеческой жизни. Материал опубликован в журнале «Наука и жизнь» (2010. № 1).

ХРОМОСОМЫ НУЖДАЮТСЯ В ЗАЩИТЕ

Генетическая информация хранится в ядрах клеток в виде дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК), которая плотно упакована в линейные хромосомы. В середине 1970-х годов Джек Шостак в своей лаборатории в Медицинской школе Гарварда провёл эксперимент. Он добавил в дрожжевые клетки фрагменты чужеродных молекул ДНК и обнаружил, что они не могут долго оставаться в клетке в исходном виде и встраиваются в хромосомы. Так выяснилось, что обломки хромосом нестабильны: они постоянно обмениваются участками с другими хромосомами, перестраиваются, в их нуклеотидных цепочках образуются разрывы, в то время как сами хромосомы остаются в неизменном виде. К счастью, клетки обладают функцией репарации — в них имеется система молекулярной «починки» случайных разрывов в хромосомных цепочках.

Джек Шостак

Всё же оставалось неясным, почему ДНК в составе хромосом стабильна, а обломки без концевых последовательностей подвержены перестройкам. Исследования Пауля Германа Мюллера (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1946 года) и Барбары Мак-Клинток (лауреат Нобелевской премии по физиологии и медицине 1983 года) в начале 1940-х годов показали, что концевые участки защищают хромосомы от перестроек и разрывов. Мюллер назвал эти особые участки теломерами — от двух греческих слов: telos — конец и meros — участок. Но что представляют собой эти участки и какую функцию они выполняют в клетке, учёные тогда ещё не знали.

ТЕЛОМЕРЫ СТАБИЛИЗИРУЮТ ХРОМОСОМЫ

В 1975 году Элизабет Блэкбёрн в лаборатории Джозефа Гала в Йельском университете, изучая внехромосомные молекулы ДНК инфузории, обнаружила, что концевые участки этих молекул содержат тандемные повторяющиеся последовательности, состоящие из шести нуклеотидов: на каждом конце таких повторов было от 20 до 70.

Элизабет Блэкбёрн

В дальнейших экспериментах Блэкбёрн и Шостак добавили в дрожжи молекулы ДНК с присоединёнными к ним повторами из инфузории и обнаружили, что молекулы ДНК стали стабильнее. В 1982 году в совместной публикации они предположили, что эти повторяющиеся последовательности нуклеотидов и есть теломеры.

Их догадка подтвердилась. Теперь уже точно известно, что теломеры состоят из повторяющихся нуклеотидных участков и набора специальных белков, особым образом организующих эти участки в пространстве. Теломерные повторы — весьма консервативные последовательности, например, повторы всех позвоночных состоят из шести нуклеотидов — TTAGGG, повторы всех насекомых из пяти — TTAGG, повторы большинства растений из семи — TTTAGGG. Благодаря наличию в теломерах устойчивых повторов клеточная система репарации не путает теломерный участок со случайным разрывом. Таким путём обеспечивается стабильность хромосом: конец одной хромосомы не может соединиться с разрывом другой.

ТЕЛОМЕРЫ ПОСТОЯННО УКОРАЧИВАЮТСЯ

Теломерные повторы не просто стабилизируют хромосомы, они выполняют ещё одну важную функцию. Как известно, воспроизведение генетического материала от поколения к поколению происходит за счёт удвоения молекул ДНК с помощью специального фермента (ДНК-полимеразы). Этот процесс называется репликацией. Проблему «концевой репликации» ещё в 1970-х годах независимо сформулировали Алексей Матвеевич Оловников и нобелевский лауреат Джеймс Уотсон. Она заключается в том, что ДНК-полимераза неспособна полностью скопировать концевые участки линейных молекул ДНК, она лишь наращивает уже имеющуюся полинуклеотидную нить.

Откуда же берётся начальный участок? Специальный фермент синтезирует небольшую РНК-«затравку». Её размер (<20 нуклеотидов) невелик по сравнению с размером всей цепи ДНК. Впоследствии РНК-«затравка» удаляется специальным ферментом, а образовавшаяся при этом брешь заделывается ДНК-полимеразой. Удаление крайних РНК-«затравок» приводит к тому, что «дочерние» молекулы ДНК оказываются короче «материнских». То есть теоретически при каждом цикле деления клеток должна происходить потеря генетической информации. Но так происходит далеко не во всех клеточных популяциях. Почему?

ТЕЛОМЕРАЗА НЕ ДАЁТ ТЕЛОМЕРАМ УКОРАЧИВАТЬСЯ

Чтобы клетки не растеряли при делении часть генетического материала, теломерные повторы обладают способностью восстанавливать свою длину. В этом и заключается суть процесса «концевой репликации». Но учёные не сразу поняли, каким образом наращиваются концевые последовательности. Было предложено несколько различных моделей. Российский учёный А. М. Оловников предположил существование специального фермента (теломеразы), наращивающего теломерные повторы и тем самым поддерживающего длину теломер постоянной.

В середине 1980-х годов в лабораторию Блэкбёрн пришла работать Кэрол Грейдер, и именно она обнаружила, что в клеточных экстрактах инфузории происходит присоединение теломерных повторов к синтетической теломероподобной «затравке». Очевидно, в экстракте содержался какой-то белок, способствовавший наращиванию теломер. Так блестяще подтвердилась догадка Оловникова и был открыт фермент теломераза. Кроме того, Грейдер и Блэкбёрн определили, что в состав теломеразы входят белковая молекула, которая, собственно, осуществляет синтез теломер, и молекула РНК, служащая матрицей для их синтеза.

Кэрол Грейдер

БЕЗ ТЕЛОМЕРАЗЫ КЛЕТКА СТАРЕЕТ, А С ТЕЛОМЕРАЗОЙ — ПЕРЕРОЖДАЕТСЯ

Позднее в лаборатории Шостака обнаружили, что определённые мутации в некоторых генах дрожжей приводят к быстрому укорочению теломер после каждого цикла деления клеток, в результате чего хромосомы становятся нестабильными, а клетки переходят в состояние старения (сенессенса). Теперь мы знаем, что эти гены кодируют теломеразу. Полученные данные подтвердили ещё одну гипотезу А. М. Оловникова о том, что потеря длины теломерных повторов в каждом раунде репликации хромосом зависит от числа делений клетки.

Итак, теломераза решает проблему «концевой репликации»: синтезирует повторы и поддерживает длину теломер. В отсутствие теломеразы с каждым клеточным делением теломеры становятся короче и короче, и в какой-то момент теломерный комплекс разрушается, что служит сигналом к программируемой гибели клетки. То есть длина теломер определяет, какое количество делений клетка может совершить до своей естественной гибели.

На самом деле у разных клеток могут быть разные сроки жизни. В эмбриональных стволовых клеточных линиях теломераза очень активна, поэтому длина теломер поддерживается на постоянном уровне. Вот почему эмбриональные клетки — «вечно молодые» и способны к неограниченному размножению. В обычных стволовых клетках активность теломеразы ниже, поэтому укорачивание теломер скомпенсировано лишь отчасти. В соматических клетках теломераза вовсе не работает, поэтому теломеры укорачиваются с каждым клеточным циклом. Укорочение теломер приводит к достижению предела Хайфлика — к переходу клеток в состояние сенессенса. После этого наступает массовая клеточная смерть. Уцелевшие клетки перерождаются в раковые (как правило, в этом процессе задействована теломераза). Раковые клетки способны к неограниченному делению и поддержанию длины теломер.

Наличие теломеразной активности в тех соматических клетках, где она обычно не проявляется, может быть маркёром злокачественной опухоли и индикатором неблагоприятного прогноза. Так, если активность теломеразы появляется в самом начале лимфогранулематоза, то можно говорить об онкологии. При раке шейки матки теломераза активна уже на первой стадии.

Мутации в генах, кодирующих компоненты теломеразы или других белков, участвующих в поддержании длины теломер, являются причиной наследственной гипопластической анемии (нарушения кроветворения, связанные с истощением костного мозга) и врождённого Х-сцеплённого дискератоза (тяжёлое наследственное заболевание, сопровождающееся умственной отсталостью, глухотой, неправильным развитием слёзных каналов, дистрофией ногтей, различными дефектами кожи, развитием опухолей, нарушениями иммунитета и др.).

ЗАЧЕМ ИЗУЧАТЬ ТЕЛОМЕРЫ И ТЕЛОМЕРАЗУ

Сейчас многие учёные заняты поиском взаимосвязи между активностью теломеразы и старением. Тут необходимо осознать, что длина теломер может контролировать продолжительность жизни клеток, но не всего организма. Старение как биологическое явление — более сложный многофакторный процесс. Гораздо более важна взаимосвязь между активностью теломеразы и риском развития раковых заболеваний. Учёные ищут вещества, влияющие на активность теломеразы и на структуру теломер, с целью создания новых противоопухолевых лекарственных препаратов.

Вот мы и пришли к заключению, что «открытие того, как теломеры и фермент теломераза защищают хромосомы» — это, безусловно, великое достижение современной науки, позволяющее понять, как генетическая информация передаётся от материнской клетки к дочерней без потерь, чем определяется продолжительность жизни клеток, а также некоторые особенности их злокачественного перерождения. Обретённые знания помогут в будущем создать лекарственные препараты, избавляющие людей от неизлечимых болезней. Это действительно выдающееся научное открытие. Но не стоит забывать о выдающихся гипотезах русского учёного А. М. Оловникова, которые подтвердились в работах нынешних нобелевских лауреатов.

Детальное описание иллюстраций:

Теломераза активна не во всех клеточных популяциях. Максимальная активность наблюдается в «вечно молодых» эмбриональных клетках. В стволовых клетках теломераза работает не в полную силу. В большинстве соматических клеток теломераза «молчит», поэтому теломеры постоянно укорачиваются, что приводит к программируемой гибели клеточной популяции. При злокачественной трансформации теломераза активируется и клетки раковой опухоли начинают неконтролируемо делиться.

Telomere Length and Telomerase Activity; A Yin and Yang of Cell Senescence

Теломеры повторяющиеся ДНК гексамер (TTAGGG) последовательности, найденные на концах хромосом. В каждой клетке репликации, эти концы хромосом укорачиваются. Если они становятся слишком короткими, хромосомы могут подвергаться теломер слияний конца, аберрантными рекомбинации и деградации. Таким образом достаточную длину теломер обслуживания играет важную роль в обеспечении стабильности хромосом и клеточной защиты ^38. Длина теломер также имеет решающее значение для генов, найденных вблизи концов хромосом, так как репликация ДНК не может продолжаться до самого конца хромосом ^1-2. Следовательно, предотвращение укорочения теломер клетка может улучшить стабильность.

Многочисленные исследования показали, что длина теломер коррелирует с долговечность организма и болезненное состояние, например, в ^3-4 рак, диабет ^5, а также сердечно-сосудистые заболевания ^6,7. Кроме того, укороченные теломеры были связаны с чрезмерным напряжением илинездоровый образ жизни ^8, возможно, путем поощрения преждевременного старения и гибели клеток ^9. С другой стороны, некоторые исследования показали, что нет никакой существенной разницы между длиной теломер и долголетием и возрастных заболеваний связаны ^{39, 40, 41.}

Один из врожденные механизмы клетки защиты от укорочение теломер является путем активации фермента своя теломеразы обратной транскриптазы (трет). Этот фермент и его субъединицы теломеразы РНК (TERC), некодирующих РНК, используйте теломер в качестве шаблона для добавления теломер повторений, чтобы концы хромосом ^10. Хотя активность теломеразы отсутствует из нескольких типов клеток и других механизмов, которые участвуют в поддержании теломер длину, увеличение теломеразной активности коррелирует с увеличением длины теломеры. Активация теломеразы было установлено как один из механизмов, посредством которых клетки реагируют на повреждения и стресс и предотвратить преждевременное старение и смерть. Например, те большеlomeres были продемонстрированы в популяции евреев-ашкенази с исключительной продолжительностью жизни ^11, мутации в TERC или трет было показано, что вклад в смертельной болезни ¹² и эпигенетической регуляции теломеразы как было показано, влияют на возрастных заболеваний ^13. С момента своего открытия, длина теломер была предложена в качестве биомаркеров для состояния здоровья в различных животных моделях, а также у людей, но эти ранние исследования были широко трудно повторить, потому что был использован способ утомительно, долго и дорого. В 2002 году и в дальнейшем настроены в 2009 году, Cawthon предложены и продемонстрировали новый, точный, быстрый и простой протокол на основе ПЦР для оценки длины теломеров и дальнейшего изучения его роли в различных аспектах клеточной биологии, старение и болезни ^19.

Выбор правильного метод измерения теломер для исследования имеет важное значение. В настоящее время существуют различные методы, используемые для измерения длины теломеров, каждый со своим собственнымпреимущества и недостатки. Традиционно, длина теломер измеряется с помощью блот-анализе фрагментов терминал ограничения (ПВР), которая включает в себя:. переваривание ДНК ферментами рестрикции, что не режут теломер повторяется для получения TRFs, б. Саузерн-блот этих TRFs делается путем определения средней длины TRF помощью теломер зонд ^{14, 37.} Хотя этот метод очень точно с малым коэффициентом вариации, является непосредственной мерой, и может быть выгодным для измерения длины распределения, TRF анализ является дорогостоящим, трудоемким и требует, по крайней мере, 3 мкг ДНК. Этот метод также нечувствительно к короткие теломеры и определения длины можно смешивать по субтеломерных ДНК, которые могут быть обнаружены с помощью зонда связи (TTAGGG) н подобные последовательности они содержат ^{15, 42.}

Другой очень точный метод измерения длины теломер Одноместный теломер длина анализа удлинение (STELA), синглэлектронной молекулы на основе ПЦР методом, который требует лишь небольшого количества ДНК. В этом методе праймеры, чтобы признать G-богатые выступ в конце хромосом и связывается с уникальным субтеломерных последовательности на одной хромосомы, который усиливает теломер конкретной хромосоме. В результате усиления затем визуализируется Саузерн-блоттинга. Этот метод имеет то преимущество, что высокой точностью и способен обнаруживать короткие теломеры выброса ^16. К сожалению, поскольку не все хромосомы имеют G-богатые концах и полезной субтеломерных последовательность, длина теломер можно измерить только на конкретных хромосом и эти измерения не могут представлять длина всех теломеры в клетке ^15.

Другой метод, который практикуется является использование пептидные нуклеиновые кислоты (ПНК) зондов для обнаружения длины теломеры. Количественные Florescence в гибридизация (Q-FISH) позволяет визуализировать теломер во время метафазы, где йAining теломер с зондом PNA пропорционально их размер позволяет сравнение между конкретными теломеры хромосом. Хотя этот метод также может быть использован для клеток в интерфазе, вот длину теломер хромосом для разных не могут быть обнаружены, которая вводит ограничения при измерении длины теломеров в стареющих или редко делящиеся клетки ^17. Поток рыбу вместо проточной цитометрии используется и в настоящее время является наиболее чувствительным методом для измерения длины теломеры клеток крови в клинических условиях, но требует высокой квалификации техников ^18.

В настоящее время стандартного метода измерения средней длины теломер в нашей лаборатории использует точность, чувствительность и простота количественной ПЦР в реальном времени. Этот способ стал возможным для измерения длины теломер по разработке новых праймеров, которые избежать синтез димера праймера полученных продуктов, которые иначе были произведены в качествеtandard анализа из-за повторяющегося характера теломер. Для этого теста измерения длины теломер представлена ​​T / S коэффициент, теломер числа копий повтора к одной копии гена числом. Так как существует прямая пропорциональная зависимость между длиной теломер и количество меченых праймеров теломер связывания с ДНК во время начальной стадии ПЦР, T / S соотношение прямо пропорционально длине теломеров. T / S коэффициент измеряется путем сравнения разности Ct, дробное число циклов, при которой образец накопленных цветение пересекает порог, который несколько стандартных отклонений выше базового цветения, между образцами с теломер праймеры и праймеры SCG ^19. Этот метод был подвергнут критике за ее косвенного измерения длины теломер, которые могут привести к неточным измерениям, например, в случае хромосомных дублирования или вариации числа копий ^15. Кроме того, сравнение исследований часто диfficult, но стандартные олигомеров и созданы для измерения абсолютного длину теломер ^20. Этот метод способствовал повышена за счет Cawthon, используя монохромный анализа кПЦР мультиплекса. В этом анализе ПЦР проводили при более низких температурах в течение первых нескольких циклов, чтобы избежать праймер-димеров связывания и теломер и контрольного гена были проанализированы в той же пробирке ПЦР дальнейшей избежать ошибки. Полученный в результате измерения длины теломер коррелирует с длиной теломер измеряется Саузерн-блоттинга из ПВР и имели более высокую точность ^{15, 19, 36.} На данный момент Qrt-PCR является единственным удобным способом для тестирования больших размеров образца и требует лишь небольшого количества ДНК осуществить. Важной частью этого метода заключается в комплексных мер по борьбе качества, так что, когда это сделано должным образом, этот метод может дать ценную информацию о сравнительных длину теломер. Кроме того, этот метод был адаптирован для использования вне лейкоцитов для измерениядлина теломер в различных тканях ^42.

Кроме того, в целях более глубокого понимания биологии за длину теломер и взаимодействия между двумя противоположными эффектами (то есть укорочение теломер во время репликации и удлинения фермент теломераза), мы сопровождали длины теломер методом с дополнительным анализом, который измеряет активность теломеразы.

Для этой цели мы использовали протокол амплификации теломерных Повтор, Анализ in vitro. Вкратце, лизируют сохранена, ферментативно активной клетки синтезировали теломерных повторов на подложку с использованием олигонуклеотидных теломеразы, и продукты были амплифицированы с помощью ПЦР в присутствии SYBR Green. Затем результаты были проанализированы путем сравнения образцов и контрольных значений Ct порога. Так как теломераза теплочувствительную фермента, дополнительные термообработке управления запуске рядом друг с образцом ^21.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Может ли медитация замедлить наше старение?

• Джо Марчант
• BBC Future

9 июля 2014

Автор фото, Thinkstock

Может ли медитация замедлить процесс старения нашего организма? Корреспондент BBC Future рассказывает про лауреата Нобелевской премии, которая подошла к этой духовной практике с научной точки зрения.

Семь утра, пляж Санта-Моника в Калифорнии. В нескольких метрах от кромки воды – небольшая группа людей, они сидят, скрестив ноги. Следующий час они проведут в молчании: начинается медитация местной общины буддистов.

Подобные духовные практики могут показаться бесконечно далекими от биомедицинских исследований, где основное внимание уделяется молекулярным процессам и воспроизводимым результатам. С этим утверждением готовы поспорить ученые из расположенного неподалеку Калифорнийского университета в Сан-Франциско.

Их руководитель, нобелевский лауреат Элизабет Блэкберн, всегда испытывала интерес к тому, как устроены живые существа. В конце 1970-х годов Блэкберн вместе с биологом Джо Галлом из Йельского университета секвенировала концевые участки хромосом одноклеточного организма тетрагимены и обнаружила повторяющиеся последовательности букв генетического кода, которые назвали теломерами. Теломеры защищают генетический код от потери информации при копировании, укорачиваясь при каждом делении. Как выяснилось, эти «защитные колпачки» есть и у человеческих хромосом.

В 1980-е годы Элизабет Блэкберн вместе с аспиранткой Кэрол Грейдер открыла фермент теломеразу, который защищает и восстанавливает теломеры. Несмотря на его действие, наши теломеры со временем укорачиваются, в результате чего клетки теряют способность делиться – это явление называют важнейшим двигателем процесса старения. Открытие теломер и теломеразы впоследствии принесло Блэкберн Нобелевскую премию по физиологии и медицине.

В 2000 году к ней пришла одна женщина, разговор с которой в корне изменил направление исследований Блэкберн. Посетительницу звали Элисса Эпел, после защиты докторской диссертации она работала на факультете психиатрии Калифорнийского университета в Сан-Франциско. Ее интересовал ущерб, который наносит организму хронический стресс.

Автор фото, Getty

Подпись к фото,

Элизабет Блэкберн занялась изучением эффектов медитации неожиданно для себя

Два человека, оказавшие, по словам Эпел, наибольшее влияние на ее работу – американский врач, писатель и адепт нетрадиционной медицины Дипак Чопра и биолог-новатор Ганс Селье, в 1930-е годы впервые исследовавший хронические заболевания у подвергаемых стрессу крыс. «Каждый стресс оставляет после себя неизгладимый шрам, и организму приходится расплачиваться за выживание после стрессовой ситуации своим старением», — говорил Селье.

В 2000 году Эпел хотела отыскать этот шрам. Прочитав о работах Блэкберн, она решила, что, возможно, это то, что надо.

«Вы не поверите!»

Волнуясь, Элисса Эпел попросила Элизабет Блэкберн помочь ей в исследовании, объектами которого стали матери в одной из наиболее стрессовых, с ее точки зрения, ситуаций – когда они вынуждены заботиться о своем хронически больном ребенке.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Укорачивание теломер провоцирует развитие различных заболеваний

Согласно плану Эпел, исследователи должны были вначале спросить у женщин, насколько стрессовым они считают свое состояние, а затем попробовать установить связь между их психическим состоянием и их теломерами. Измерение длины теломер взяли на себя ученые из университета Юты, а уровень теломеразы устанавливала исследовательская группа Блэкберн.

«Для меня это был совершенно иной мир», — вспоминает Блэкберн. Однако, сама будучи матерью, Элизабет не могла не сочувствовать женщинам, оказавшимся в подобной ситуации, и ее привлекла идея разобраться в происходящем.

Но лишь только через четыре года они были, наконец, готовы взять образцы крови у 58 женщин (это был небольшой пилотный проект). Эпел очень скрупулезно подходила к отбору испытуемых, тем не менее, Блэкберн продолжала считать проект скорее тестовым – вплоть до того момента, когда Эпел позвонила ей и сказала: «Вы не поверите!».

Результаты исследования не оставляли никаких сомнений. Чем более стрессовым называли свое состояние матери, тем короче были их теломеры и тем ниже — уровень теломеразы.

«Я была заинтригована», — рассказывает Блэкберн. Вместе с Эпел они обнаружили взаимосвязь реальной жизни и человеческого опыта с молекулярными механизмами внутри клеток. Появилось первое подтверждение тому факту, что стресс не просто вредит нашему здоровью — он буквально делает нас старше.

Чем короче теломеры — тем хуже здоровье

Когда исследование было наконец опубликовано – в официальном журнале Национальной академии наук США в декабре 2004 года, – о нем много писали в прессе, работа получила положительные отклики.

Однако многие исследователи теломер поначалу недоверчиво отнеслись к ее результатам. По их словам, масштаб исследования был ограничен, вопросы вызывала также точность тестирования длины теломер.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Процессы в мозгу человека до сих пор во многом тайна

Тем не менее, работа Блэкберн и Эпел спровоцировала бурное развитие исследований в этом направлении. Так, ученые смогли обнаружить взаимосвязь стресса с укорачиванием теломер у здоровых женщин, у сиделок людей, страдающих болезнью Альцгеймера, у жертв домашнего насилия и детских травм, а также у людей с глубокой депрессией и посттравматическим стрессовым расстройством. «Спустя десять лет у меня не вызывает никаких сомнений тот факт, что среда имеет определенное влияние на длину теломер», — говорит Мэри Арманиос, клинический генетик в школе медицины Джонса Хопкинса, специализирующейся на изучении нарушений в функционировании теломер.

Кроме того, достигнут прогресс в описании механизма этой взаимосвязи. Лабораторные исследования показывают, что гормон стресса кортизол снижает активность теломеразы, а окислительный стресс (повреждение организма вследствие протекания нехарактерных для собственного метаболизма окислительных реакций) и воспаление (физиологическое последствие психологического стресса), как представляется, непосредственно разрушают теломеры.

Похоже, это губительным образом сказывается на нашем здоровье. Укорачивание теломеров провоцирует развитие различных возрастных заболеваний, среди которых остеоартрит, диабет, ожирение, сердечно-сосудистые заболевания, болезнь Альцгеймера и инсульт.

По мере того, как находится все больше подтвержденных случаев ущерба, связанного с разрушением теломер, Элизабет Блэкберн стремится разрешить новую проблему – как защитить теломеры от негативного влияния среды.

Медитация учит ценить настоящее

«Если бы вы мне сообщили десять лет назад, что медитация станет одним из направлений моей работы, я бы решила, что кто-то из нас двоих определенно псих», — сказала Блэкберн журналисту издания New York Times в 2007 году. Сотрудничество с исследователями по всему миру позволило установить, что с укорачиванием теломер помогают бороться физические упражнения, здоровое питание и социальная поддержка. Однако одним из наиболее эффективных методов, предположительно замедляющим разрушение теломер – а, возможно, и способствующим их удлинению – оказалась медитация.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Медитация успокаивает ум и помогает справиться с надоедливым внутренним диалогом в нашей голове

Пока исследований мало, однако результаты их схожи. В рамках одного из них участники отправились медитировать в буддистский ретрит «Шамбала» в горах на севере американского штата Колорадо. У тех, кто прошел трехмесячный курс медитации, уровень теломеразы был на 30% выше, чем у членов похожей группы, ожидающих такой поездки.

В другом исследовании приняли участие люди, ухаживающие за больными слабоумием: в течение восьми недель по 12 минут в день добровольцы занимались древней медитацией Киртан Крийя, во время которой нараспев произносится мантра. В результате активность их теломеразы становилась гораздо выше, чем у контрольной группы, участники которой просто слушали расслабляющую музыку.

Наконец, еще одно исследование проводилось в группе мужчин с низким риском развития рака простаты. Эти мужчины кардинально изменили свой образ жизни (включив в свой график, в частности, медитацию) и смогли удерживать активность теломеразы на более высоком уровне, чем члены контрольной группы, а через пять лет их теломеры оказались несколько длиннее.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Медитация — это еще и возможность понять, что наши тяжелые мысли не имеют отношения к реальности

Существуют различные теории, объясняющие предполагаемое благотворное влияние медитации на теломеразу и теломеры. Согласно основной из них, медитация снижает стресс. Эта практика предполагает медленное, ритмичное дыхание, которое способствует физическому расслаблению, снимая стандартную реакцию на стресс – «борьба или бегство». Медитация, вероятно, помогает снять психологическое напряжение. Возможность отстраниться от неприятных, тяжелых мыслей позволяет нам понять, что они не обязательно воспроизводят реальность во всей ее полноте и со временем проходят. Мы начинаем больше ценить настоящее вместо того, чтобы постоянно переживать о прошлом или волноваться о будущем.

«Уделять осознанное внимание своим действиям и взаимодействию с другими людьми очень важно, но это так редко сейчас встречается – ведь нам постоянно нужно переключаться с одних дел на другие, — считает Элисса Эпел. — Думаю, для современного общества в целом характерно рассеянное внимание».

Когда лауреат Нобелевской премии начинает говорить о медитации, это не может не раздражать многих людей. Однако в целом методологический подход Блэкберн к исследованию этой темы вызвал плохо скрываемое восхищение даже среди тех, кто не склонен доверять альтернативной медицине.

«Легко впасть в заблуждение»

Есть у ее работы и критики. Хирург-онколог Дэвид Горски, известный своим неприятием альтернативной медицины и псевдонауки, ведет блог под псевдонимом Orac. Не призывая полностью отказаться от научных исследований медитации, Горски выражает опасения, что предварительным результатам подобных исследований может придаваться слишком большое значение. «Очень легко впасть в заблуждение, — утверждает он. — Нобелевские лауреаты тоже могут ошибаться». Биохимики-коллеги Элизабет Блэкберн также расходятся во мнениях, когда речь заходит об ее интересе к медитации.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Медитация у многих ассоциируется исключительно с религиозными практиками

«Идея медитации вызывает у людей неловкость», — отмечает Блэкберн. Она видит причину подобной реакции в том, что медитация относительно мало распространена и зачастую ассоциируется с религиозными практиками.

Но ситуация меняется на глазах. Частично опираясь на финансовую поддержку Национального института здравоохранения США, исследователи смогли разработать не связанные с религией методики, среди которых — снятие стресса путем медитативного сосредоточения и основанная на осознанности когнитивная терапия. Сообщается, что в результате их применения достигается ряд полезных для здоровья эффектов – от снижения давления и укрепления иммунитета до борьбы с депрессией. Кроме того, несколько нейробиологических исследований показали, что даже короткие курсы медитации могут спровоцировать структурные изменения мозга.

Сама Элизабет Блэкберн считает, что исследования медитации оправданы, если используются серьезные методы. Она тоже пробовала медитировать, отправившись на шестидневный интенсивный семинар в Санта-Барбаре. «Я была в восторге», — говорит Блэкберн. Иногда она прибегает к короткой медитации, чтобы сконцентрироваться и перестать отвлекаться. А эпиграфом к ее недавней статье стала цитата из Будды: «Секрет здоровья как ума, так и тела состоит в том, чтобы не горевать о прошлом и не беспокоиться о будущем, а жить в настоящем мудро и честно».

Узнай длину своих теломер

Блэкберн не склонна углубляться в духовную сторону медитации. «Я крепко стою на ногах в материальном мире», — говорит она.

Традиционные анализы дают нам представление о том, риску каких заболеваний мы подвержены – так, высокий уровень холестерина может сигнализировать о сердечно-сосудистых нарушениях, а высокий уровень сахара в крови говорит о диабете.

Длина теломер, напротив, дает общее представление о нашем здоровье и нашем биологическом возрасте. И хотя мы и так знаем, что нужно заниматься спортом, правильно питаться и снижать стресс, многие пренебрегают этим.

По мнению Блэкберн, когда мы узнаем о своем здоровье точные цифры, нам проще изменить поведение. Результаты нового исследования, проведенного совместно с Эпел, показали, что добровольцы, которым сообщили длину их теломер, в течение последующего года вели более здоровый образ жизни, чем участники контрольной группы, оставшиеся в неведении.

Политики не услышали призыв ученых

Ученые видят свою глобальную задачу в том, чтобы привлечь внимание правительств разных стран к проблеме теломер.

Автор фото, Thinkstock

Подпись к фото,

Психологическое или физическое насилие, пережитое в раннем возрасте, приводит к укорачиванию теломер на всю жизнь

Растет число исследований, согласно которым стресс крайне пагубно сказывается на состоянии наших «защитных колпачков». В частности, более короткие теломеры — у людей, которые не закончили школу или живут в атмосфере жестокости и насилия, в группе риска, и у тех, кто работает посменно, живет в неблагополучных районах и в неблагоприятных экологических условиях.

Особенно велик риск для детей: раннее психологическое или физическое насилие приводит к укорачиванию теломер на всю жизнь. Через теломеры передается и стресс, который испытывают женщины во время беременности, вызывая проблемы со здоровьем у следующего поколения.

В одной из своих публикаций в 2012 году Блэкберн и Эпел призвали политиков включить задачу снижения социального стресса в число приоритетов. Серьезного отклика этот призыв не получил.

Похоже, что большинство ученых и политиков все еще не готовы преодолеть ту междисциплинарную пропасть, мост над которой построили Блэкберн и Эпел десять лет назад.

Фармкомпания из России создает лекарство, которое «затормозит» старение

В принципе, последствий от того, что мы научимся управлять теломеразами, может быть огромное количество, и их фактически невозможно все перечислить. Что интереснее всего? И наши люди, занимающиеся разработкой таких препаратов, и их западные коллеги говорят, что часы, управляющие ходом нашей жизни, заключаются в другом, они скрыты где-то в структуре мозга. Если мы их откроем, то только тогда мы сможем обратить возраст вспять.

Все это кажется невероятным сегодня, однако так же на теломеры смотрели ученые до 1973 года, когда они были открыты в живых клетках. Этот же ученый говорит, что если мы их откроем и докажем их существование, мы совершим огромный рывок в увеличении продолжительности жизни, здорового молодого возраста.

— Как именно действует на теломеразы препарат, над которым работают ваши специалисты?

— Существует бесчисленное множество путей, которыми мы можем влиять на работу и длину теломер и экспрессию теломераз. Мы взяли и разобрались с тем, как работают препараты, созданные в прошлом американской компанией Geron (ТА-65), одной из первой работавшей над подобными веществами, и поняли, из чего состоит их продукт.

Второе, мы задумались о том, что произойдет, если соединить эти вещества с теми очень небольшими белковыми молекулами, над которыми на протяжении более 30 лет работали наши исследователи. Наши предварительные результаты показывают, что это очень и очень многообещающая комбинация.

Сейчас мы работаем над тем, чтобы провести клинические исследования и разрабатываем систему инъекций, причиняющей минимальные неудобства человеку. Пока, конечно, у нас нет лекарства в готовой инъекционной форме, которую можно было бы показать публике.

Обе части нашего продукта уже проходили или проходят клинические исследования, и мы хотим показать, что их сочетание является большим шагом вперед, и на предварительных данных мы это видим. Здесь, как ни странно, наша наука успела уйти вперед, и то, что Нобелевку 2009 года дали фактически за русское открытие, показывает, что мы здесь что-то действительно имеем.

— Когда будет готов ваш препарат?

— Мы ожидаем, что он будет готов уже в ближайшее время, и что через два-три года мы получим регистрационное удостоверение. Сначала в России, а дальше уже будет сложнее из-за сложной регуляторной системы в США и Европе. В странах с менее строгим контролем все будет протекать гораздо быстрее.

Теломеры, образ жизни, рак и старение

Curr Opin Clin Nutr Metab Care. Авторская рукопись; доступно в PMC 2012 8 июня.

Опубликован в окончательной отредактированной форме как:

PMCID: PMC3370421

NIHMSID: NIHMS303417

Масуд А. Шаммас

Гарвардский институт рака (Дана Фарбер), Бостон, США, Массачусетс, Массачусетс, Массачусетс, Массачусетс

Масуд А. Шаммас, Гарвардский институт рака (Дана Фарбер), Бостон, Массачусетс, США;

См. Другие статьи в PMC, в которых цитируется опубликованная статья.

Abstract

Цель обзора

Появляется все больше свидетельств того, что факторы образа жизни могут влиять на здоровье и продолжительность жизни человека, влияя на длину теломер. Целью этого обзора было подчеркнуть важность теломер для здоровья и старения человека и обобщить возможные факторы образа жизни, которые могут повлиять на здоровье и долголетие, изменяя скорость укорочения теломер.

Недавние открытия

Недавние исследования показывают, что длина теломер, на которую могут влиять различные факторы образа жизни, может влиять на скорость старения и возникновение возрастных заболеваний.

Резюме

Длина теломер с возрастом укорачивается. Прогрессивное укорочение теломер приводит к старению, апоптозу или онкогенной трансформации соматических клеток, влияя на здоровье и продолжительность жизни человека. Более короткие теломеры были связаны с увеличением заболеваемости и плохой выживаемостью. Скорость укорачивания теломер может быть увеличена или уменьшена в зависимости от определенных факторов образа жизни. Лучший выбор диеты и занятий имеет большой потенциал для снижения скорости укорочения теломер или, по крайней мере, предотвращения чрезмерного истощения теломер, что ведет к отсроченному началу возрастных заболеваний и увеличению продолжительности жизни.В этом обзоре подчеркивается роль теломер в старении и описываются факторы образа жизни, которые могут влиять на теломеры, здоровье человека и старение.

Ключевые слова: старение, рак, образ жизни, окислительный стресс, теломеры

Введение

Теломеры, специфические ДНК-белковые структуры, обнаруженные на обоих концах каждой хромосомы, защищают геном от нуклеолитической деградации, ненужной рекомбинации, репарации и межхромосомного взаимодействия. слияние. Таким образом, теломеры играют жизненно важную роль в сохранении информации в нашем геноме.При нормальном клеточном процессе небольшая часть теломерной ДНК теряется с каждым делением клетки. Когда длина теломер достигает критического предела, клетка претерпевает старение и / или апоптоз. Таким образом, длина теломер может служить биологическими часами для определения продолжительности жизни клетки и организма. Определенные агенты, связанные с определенным образом жизни, могут ускорять укорочение теломер, вызывая повреждение ДНК в целом или, более конкретно, теломер и, следовательно, могут влиять на здоровье и продолжительность жизни человека.В этом обзоре мы выделяем факторы образа жизни, которые могут отрицательно повлиять на здоровье и продолжительность жизни человека, ускоряя укорочение теломер, а также факторы, которые потенциально могут защитить теломеры и здоровье человека.

Структура и функция теломер

Теломеры, ДНК-белковые комплексы на концах хромосом (), защищают геном от деградации и межхромосомного слияния. Теломерная ДНК связана с теломер-связывающими белками, а петлевая структура, опосредованная TRF2, защищает концы хромосом человека от экзонуклеолитической деградации [1], а также может инициировать синтез теломерной ДНК по механизму, подобному «заполнению пробелов» при гомологичной рекомбинации [2] ].Как показано на фиг.1, укорочение теломер происходит при каждой репликации ДНК и, если оно продолжается, приводит к хромосомной деградации и гибели клеток [3]. Теломеразная активность, способность увеличивать теломеры, присутствует в зародышевой линии и некоторых гематопоэтических клетках, тогда как соматические клетки имеют низкие или неопределяемые уровни этой активности, а их теломеры подвергаются прогрессивному укорачиванию с репликацией (). Теломеразы реактивируются в большинстве раковых и иммортализованных клеток. Однако часть раковых / иммортализованных клеток лишена теломеразной активности и поддерживает длину теломер с помощью альтернативных механизмов, вероятно, включающих генетическую (гомологичную) рекомбинацию [4], которая повышена в большинстве линий бессмертных / раковых клеток [5].Мы обнаружили, что теломераза физически взаимодействует с семейством белков рекомбиназы и ингибиторами гомологичной рекомбинации, уменьшая длину теломер в теломеразоположительных клетках аденокарциномы Барретта (неопубликованные данные нашей лаборатории). Это говорит о том, что рекомбинационная репарация тесно связана с поддержанием теломер.

Теломеры, ДНК-белковые структуры, которые защищают хромосомы

Наши хромосомы заканчиваются повторами консервативной последовательности «TTAGGG». Эти последовательности взаимодействуют со специфическими белками и достигают петлевой конформации, которая защищает хромосомную ДНК от деградации.Длина теломерной ДНК укорачивается с каждым делением клетки, и когда она достигает значения ниже критического предела, клетка подвергается репликативному старению или апоптотической гибели клетки. Длина теломерной ДНК определяет продолжительность жизни клетки в культуре.

Длина теломерной ДНК важна для продолжительности жизни клетки

(a) Можно предотвратить сокращение длины теломер с помощью фермента теломеразы. Теломераза имеет субъединицу белка (hTERT) и субъединицу РНК (hTR). Этот фермент активен в зародышевых и стволовых клетках и поддерживает длину их теломер за счет добавления повторов TTAGGG к концам хромосом.Следовательно, в этих типах клеток теломеры не укорачиваются. (б) Теломераза неактивна в нормальных соматических клетках. Следовательно, эти клетки со временем теряют теломеры, и когда длина теломер достигает критического предела, клетки либо стареют, либо умирают. (c) В отсутствие соответствующих сигналов старения или апоптотической гибели продолжающееся деление клеток приводит к серьезному укорочению теломер и нестабильности генома. Хотя и редко, но клетки, которые переживают этот кризис, активируют механизм поддержания теломер (либо теломераза, либо ALT на основе гомологичной рекомбинации) и могут стать онкогенными.Следовательно, большинство раковых клеток имеют очень короткие, но стабильные теломеры. ТА — истощение теломер; TL — длина теломер.

Укорочение теломер, рак и старение

Теломеры укорачиваются с возрастом, и скорость укорочения теломер может указывать на скорость старения.

Длина теломер уменьшается с возрастом и может предсказывать продолжительность жизни.

Нормальные диплоидные клетки теряют теломеры с каждым клеточным делением и поэтому имеют ограниченную продолжительность жизни в культуре. Сообщается, что ткани печени человека теряют 55 пар оснований теломерной ДНК в год [6].Скорость укорочения теломер в быстро обновляющихся клетках слизистой оболочки желудка также сходна с наблюдаемой для ткани печени. Экспрессия статмина и EF-1a, биомаркеров теломерной дисфункции и повреждения ДНК в клетке, увеличивается с возрастом и возрастными заболеваниями у людей [7,8]. Длина теломер отрицательно коррелирует с возрастом, тогда как экспрессия p16, которая увеличивается в стареющих клетках, положительно коррелирует с возрастом [7,8].

Ускоренное укорочение теломер при генетическом врожденном дискератозе связано с ранним началом некоторых возрастных заболеваний и сокращением продолжительности жизни.Теломеразная активность, способность добавлять теломерные повторы к концам хромосом, присутствует в зародышевой линии, гематопоэтических, стволовых и некоторых других быстро обновляющихся клетках, но крайне низка или отсутствует в большинстве нормальных соматических клеток. Трансгенная индукция гена теломеразы в нормальных клетках человека увеличивает продолжительность их жизни [9]. Cawthon et al. [10] показал, что люди с более короткими теломерами имели значительно плохую выживаемость из-за более высокой смертности от сердечных и инфекционных заболеваний.Прогрессивное укорочение теломер приводит к старению, апоптотической гибели клеток или онкогенной трансформации соматических клеток в различных тканях. Длина теломер, на которую могут влиять различные факторы образа жизни, может определять общее состояние здоровья, продолжительность жизни и скорость старения человека [11 •].

Ускоренное укорочение теломер может увеличить скорость старения

Как нормальный клеточный процесс, длина теломер уменьшается с возрастом [12,13]. Длина теломер у людей, по-видимому, уменьшается со скоростью 24.8–27,7 пар оснований в год [12,13]. Длина теломер, короче средней длины теломер для определенной возрастной группы, была связана с увеличением частоты возрастных заболеваний и / или сокращением продолжительности жизни у людей [10,14,15]. На длину теломер влияет сочетание факторов, включая возраст донора [16], генетический, эпигенетический состав и окружающую среду [17–20], социальный и экономический статус [21,22], физические упражнения [21], массу тела [12, 23] и курение [12,24]. Пол, по-видимому, не оказывает значительного влияния на скорость потери теломер [13].Когда длина теломер достигает критического предела, клетки подвергаются старению и / или апоптозу [25,26].

Определенные факторы образа жизни, такие как курение, ожирение, недостаток физических упражнений и нездоровая диета, могут увеличить скорость укорочения теломер, что приведет к болезни и / или преждевременной смерти. Ускоренное укорочение теломер связано с ранним началом многих возрастных проблем со здоровьем, включая ишемическую болезнь сердца [27–29], сердечную недостаточность [30], диабет [31], повышенный риск рака [32,33] и остеопороз [34]. ].Лица, у которых теломеры лейкоцитов короче, чем соответствующая средняя длина теломер, имеют в три раза больший риск развития инфаркта миокарда [13]. Оценка длины теломер у пожилых людей показывает, что люди с более короткими теломерами имеют гораздо более высокий уровень смертности, чем люди с более длинными теломерами [10]. Чрезмерное или ускоренное укорочение теломер может влиять на здоровье и продолжительность жизни на нескольких уровнях. Более короткие теломеры могут также вызывать нестабильность генома [35,36], опосредуя межхромосомное слияние, и могут способствовать стабилизации теломер и развитию рака [36,37].Соответственно, активность теломеразы в большинстве раковых клеток повышена, тогда как длина теломер короче по сравнению с соответствующими контрольными клетками. Мы показали, что длина теломер короче в линиях раковых клеток и первичных раковых клетках, очищенных с помощью микродиссекции с лазерным захватом [38,39]. Однако ингибирование механизмов поддержания теломер и продолжающееся укорачивание теломер вызывает старение и / или апоптоз в бессмертных / раковых клетках [38–46].

Несколько исследований показывают, что более короткие теломеры являются фактором риска рака.Люди с более короткими теломерами, по-видимому, имеют больший риск развития рака легких, мочевого пузыря, почечных клеток, желудочно-кишечного тракта, головы и шеи [32,33]. Некоторые люди могут родиться с более короткими теломерами или иметь генетическое заболевание, приводящее к более коротким теломерам. Такие люди подвержены большему риску развития преждевременной ишемической болезни сердца [13,28] и преждевременного старения. Дефицит гена теломеразной РНК при генетическом заболевании, врожденном дискератозе, приводит к укорочению теломер и связан с преждевременным поседением, предрасположенностью к раку, уязвимостью к инфекциям, прогрессирующей недостаточностью костного мозга и преждевременной смертью у взрослых [47].

Влияние курения и ожирения на теломеры и старение

Курение и ожирение, по-видимому, отрицательно влияют на теломеры и старение.

Курение может ускорить укорачивание теломер и процесс старения.

Чрезмерное укорочение теломер также может привести к геномной нестабильности [35,36] и онкогенезу [36,37]. Соответственно, теломеры в большинстве раковых клеток короче, чем у нормальных клеток. Курение связано с ускоренным сокращением теломер [8]. Показано, что дозировка курения отрицательно коррелирует с длиной теломер [8].В клетках крови курильщиков табака наблюдалось дозозависимое увеличение укорочения теломер [33,48]. Исследование, проведенное на лейкоцитах женщин, показывает, что теломерная ДНК теряется в среднем на 25,7–27,7 пар оснований в год, а при ежедневном выкуривании каждой пачки сигарет теряются дополнительные «5 пар оснований» [12 ]. Следовательно, истощение теломер, вызванное курением одной пачки сигарет в день в течение 40 лет, эквивалентно 7,4 годам жизни [12]. Бабижаев и др. [11 •] предположили, что длина теломер может служить биомаркером для оценки окислительного повреждения, вызванного курением, а также может прогнозировать скорость старения человека. Авторы также предполагают, что окислительное повреждение, ведущее к укорочению теломер, можно предотвратить с помощью антиоксидантной терапии [11]. Таким образом, курение увеличивает окислительный стресс, ускоряет укорачивание теломер и может ускорить процесс старения.

Ожирение связано с чрезмерным укорочением теломер.

Ожирение также связано с повышенным окислительным стрессом и повреждением ДНК.Furukawa et al. [49] показали, что окружность талии и ИМТ достоверно коррелируют с повышенными уровнями активных форм кислорода в плазме и моче. Song et al. [8] показали, что ИМТ сильно коррелирует с биомаркерами повреждения ДНК, независимо от возраста. Повышенный окислительный стресс, связанный с ожирением, вероятно, связан с нарушением регуляции выработки адипоцитокинов. Тучные мыши KKAy обнаруживают более высокие уровни в плазме реактивных форм кислорода и перекисного окисления липидов по сравнению с контрольными мышами C57BL / 6 [49].Повышенные уровни активных форм кислорода у мышей с ожирением были обнаружены в белой жировой ткани, но не в других тканях, что указывает на то, что окислительный стресс, обнаруженный в плазме, может быть связан с окислителями, продуцируемыми в жировой ткани. Более того, уровни транскриптов и активности антиоксидантных ферментов, включая каталазу и дисмутазу, были значительно ниже в белой жировой ткани тучных мышей по сравнению с контрольными мышами. Авторы предполагают, что отсутствие антиоксидантной защиты и усиление пути НАДФН-оксидазы в накопленном жире, вероятно, привело к усилению окислительного стресса у тучных животных.Окислительный стресс может вызывать повреждение ДНК и, следовательно, ускорять укорочение теломер. Было показано, что теломеры у полных женщин значительно короче, чем у худых женщин той же возрастной группы [12]. Было подсчитано, что чрезмерная потеря теломер у людей с ожирением эквивалентна 8,8 годам жизни, что, по-видимому, хуже, чем от курения. Вместе эти данные указывают на то, что ожирение отрицательно сказывается на теломерах и может без необходимости ускорять процесс старения.

Влияние окружающей среды, характера работы и стресса на теломеры и старение

Окружающая среда, характер профессии и стресс также могут влиять на скорость укорочения теломер и здоровье.

Воздействие вредных агентов и профессия может повлиять на укорочение теломер.

Hoxha et al. [50 •] оценивали длину теломер в лейкоцитах, полученных от офисных работников и сотрудников дорожной полиции, подвергшихся воздействию дорожного загрязнения. На подверженность загрязнению указывали уровни толуола и бензола. Исследователи обнаружили, что длина теломер у сотрудников дорожной полиции была короче в каждой возрастной группе по сравнению с длиной теломер у офисных работников. Точно так же лимфоциты работников коксовой печи, подвергшиеся воздействию полициклических ароматических углеводородов, имели значительно более короткие теломеры и повышенные свидетельства повреждения ДНК и генетической нестабильности по сравнению с контрольными субъектами [51 ••].Уменьшение длины теломер у этих рабочих, хотя и не коррелировало с возрастом и маркерами повреждения ДНК, в значительной степени коррелировало с количеством лет, в течение которых рабочие подвергались воздействию вредных агентов. Истощение теломер связано с повышенным риском рака [32,33], а работники коксовых печей подвергаются большему риску развития рака легких. Истощение теломер в лимфоцитах также связано со старением [16]. Соответственно, уменьшение длины теломер в лимфоцитах работников коксовой печи также было связано с гипометилированием промотора р53 [51], что может индуцировать экспрессию р53 [52], что приводит к ингибированию роста или индукции апоптоза [36]. ].Таким образом, воздействие генотоксических агентов, которые могут вызывать повреждение ДНК в целом или, в большей степени, теломеров, может увеличивать риск рака и скорость старения.

Стресс увеличивает скорость укорачивания теломер и старения

Стресс связан с высвобождением глюкокортикоидных гормонов надпочечниками. Было показано, что эти гормоны снижают уровни антиоксидантных белков [53] и, следовательно, могут вызывать повышенное окислительное повреждение ДНК [54] и ускоренное укорочение теломер [55].Соответственно, женщины, подвергавшиеся стрессу в повседневной жизни, имели доказательства повышенного окислительного давления, снижения активности теломеразы и более коротких теломер в мононуклеарных клетках периферической крови по сравнению с женщинами в контрольной группе [56]. Важно отметить, что разница в длине теломер в этих двух группах женщин эквивалентна 10 годам жизни, что указывает на то, что женщины, находящиеся в состоянии стресса, подвержены риску раннего возникновения возрастных проблем со здоровьем. Поскольку длина теломер может указывать на биологический возраст человека, стресс может отрицательно сказаться на здоровье и долголетии.

Влияние диеты, диетических ограничений и физических упражнений на теломеры и старение

То, что мы едим и сколько мы едим, может существенно повлиять на наши теломеры, здоровье и долголетие.

Воздействие клетчатки, жира и белка на теломеры

Кэссиди et al. [57 ••] изучали связь длины теломер лейкоцитов с различными факторами образа жизни в относительно большой группе женщин. Длина теломер положительно коррелирует с потреблением пищевых волокон и отрицательно с окружностью талии и потреблением с пищей полиненасыщенных жирных кислот, особенно линолевой кислоты.Уменьшение потребления белка с пищей также увеличивает продолжительность жизни. Уменьшение содержания белка в пище на 40% привело к увеличению продолжительности жизни крыс на 15%. У крыс, получавших диету с ограничением белка в раннем возрасте, наблюдалось долгосрочное подавление аппетита, снижение скорости роста и увеличение продолжительности жизни [58,59], а увеличение продолжительности жизни у таких животных было связано со значительно более длинными теломерами в почках [ 58]. Соответственно, самая высокая продолжительность жизни японцев связана с низким содержанием белка и высоким содержанием углеводов в рационе.Источник белка также, по-видимому, является важным фактором, поскольку замена казеина соевым белком у крыс связана с задержкой возникновения хронических нефропатий и увеличением продолжительности жизни.

Прием антиоксидантов с пищей снижает скорость укорачивания теломер

Исследование Farzaneh-Far et al. [60] указывает на то, что диета, содержащая антиоксидантные омега-3 жирные кислоты, связана со сниженной скоростью укорачивания теломер, тогда как недостаток этих антиоксидантов коррелирует с повышенной скоростью истощения теломер у участников исследования.Авторы отслеживали уровни омега-3 жирных кислот в крови и длину теломер у этих людей в течение 5 лет и обнаружили обратную корреляцию, указывающую на то, что антиоксиданты снижают скорость укорочения теломер. Точно так же женщины, которые придерживались диеты без антиоксидантов, имели более короткие теломеры и умеренный риск развития рака груди, тогда как потребление диеты, богатой антиоксидантами, такими как витамин E, витамин C и бета-каротин, было связано с более длинными теломерами и более низкий риск рака груди [61].Антиоксиданты могут потенциально защищать теломерную ДНК от окислительного повреждения, вызванного внешними и внутренними повреждающими агентами ДНК.

Ограничение диеты снижает скорость старения

Ограничение диеты или меньшее потребление пищи имеет чрезвычайно положительное влияние на здоровье и долголетие. Уменьшение потребления пищи животными приводит к снижению скорости роста [58,59], снижению окислительной нагрузки и уменьшению повреждения ДНК [59], и, следовательно, сохраняет животных в биологически более молодом состоянии и может увеличить продолжительность их жизни до 66% [59] ].Было показано, что ограничение питания грызунов задерживает начало возрастных заболеваний и увеличивает продолжительность жизни. Крысы, которые в раннем возрасте находились на диете с ограничением белка, демонстрировали долгосрочное подавление аппетита, снижение скорости роста и увеличение продолжительности жизни [58,59]. Увеличение продолжительности жизни у таких животных было связано со значительно более длинными теломерами в почках [58]. Поскольку окислительный стресс может существенно ускорить укорочение теломер, ожидается, что снижение окислительного стресса за счет ограничения питания сохранит теломеры и другие клеточные компоненты.

Физические упражнения могут сохранить теломеры и замедлить темпы старения

Song et al. [8] продемонстрировали, что продолжительность упражнений обратно коррелирует с биомаркерами повреждения ДНК и теломер, а также с экспрессией p16, биомаркером стареющей клетки человека. Упражнения могут уменьшить вредный жир и помочь мобилизовать продукты жизнедеятельности для более быстрого выведения, что приводит к снижению окислительного стресса и сохранению ДНК и теломер. Werner et al. [62 •] показали, что физические упражнения связаны с повышенной активностью теломеразы и подавлением нескольких белков апоптоза, включая p53 и p16, у мышей.Соответственно, у людей лейкоциты, полученные от спортсменов, имели повышенную активность теломеразы и снижали укорочение теломер по сравнению с не спортсменами [62 •]. Физические упражнения, по-видимому, связаны со снижением окислительного стресса и повышенной экспрессией белков, стабилизирующих теломеры, и поэтому могут снизить скорость старения и связанных с возрастом заболеваний.

Заключение

Теломеры укорачиваются с возрастом, и прогрессирующее укорочение теломер приводит к старению и / или апоптозу. Более короткие теломеры также участвуют в геномной нестабильности и онкогенезе.У пожилых людей с более короткими теломерами риск смерти от сердечных и инфекционных заболеваний в три и восемь раз выше, соответственно. Таким образом, скорость укорачивания теломер имеет решающее значение для здоровья человека и темпа старения. Курение, воздействие загрязнения окружающей среды, недостаток физической активности, ожирение, стресс и нездоровая диета увеличивают окислительную нагрузку и скорость укорочения теломер. Чтобы сохранить теломеры и снизить риск рака и темпы старения, мы можем подумать о том, чтобы есть меньше; включать в свой рацион антиоксиданты, клетчатку, соевый белок и полезные жиры (полученные из авокадо, рыбы и орехов); и оставаться стройным, активным, здоровым и свободным от стресса с помощью регулярных упражнений и медитации.Такие продукты, как тунец, лосось, сельдь, скумбрия, палтус, анчоусы, сом, морской окунь, камбала, семена льна, семена чиа, кунжут, киви, черная малина, брусника, зеленый чай, брокколи, ростки, красный виноград, помидоры. , оливки и другие продукты, богатые витамином C и E, являются хорошим источником антиоксидантов. В сочетании со средиземноморской диетой, содержащей фрукты и цельнозерновые продукты, можно защитить теломеры.

Ключевые точки

• Длина теломер с возрастом укорачивается.

• Скорость укорачивания теломер может указывать на скорость старения.

• Факторы образа жизни, такие как курение, недостаток физической активности, ожирение, стресс, воздействие загрязнения окружающей среды и т. Д., Потенциально могут увеличить скорость укорочения теломер, риск рака и скорость старения.

• Ограничение диеты, соответствующая диета (с высоким содержанием клетчатки, большое количество антиоксидантов, постное / низкое содержание белка, добавление соевого белка в рацион) и регулярные физические упражнения потенциально могут снизить скорость укорочения теломер, риск заболеваний и скорость старения.

Благодарности

Я хотел бы выразить свою благодарность доктору Нихилу К. Мунши за его поддержку. Исследовательская работа, проводимая в моей лаборатории, и некоторые из обсуждаемых здесь работ частично поддерживаются грантами Национального института здравоохранения «R01CA125711» для MAS и «R01CA124929» для NCM.

Список литературы и рекомендуемая литература

Статьи, представляющие особый интерес, опубликованные в течение годового периода обзора, были выделены следующим образом:

• Особый интерес

•• Особый интерес

Дополнительные ссылки, относящиеся к этой теме, также могут быть из раздела «Современная мировая литература» этого выпуска (стр.101–102).

1. Ван Стинзель Б., Смогоржевска А., де Ланге Т. TRF2 защищает теломеры человека от слияния конца в конец. Клетка. 1998. 92: 401–413. [PubMed] [Google Scholar] 2. Гриффит Дж. Д., Комо Л., Розенфилд С. и др. Теломеры млекопитающих заканчиваются большой дуплексной петлей. Клетка. 1999; 97: 503–514. [PubMed] [Google Scholar] 3. Шин Дж. С., Хонг А., Соломон М. Дж., Ли К. С.. Роль теломер и теломеразы в патологии рака и старения человека. Патология. 2006. 38: 103–113. [PubMed] [Google Scholar] 4. Данхэм М.А., Нойманн А.А., Фашинг К.Л., Реддел Р.Р.Поддержание теломер путем рекомбинации в клетках человека. Нат Жене. 2000; 26: 447–450. [PubMed] [Google Scholar] 5. Шаммас М.А., Шмуклер Рейс Р.Дж., Колей Х. и др. Дисфункциональная гомологичная рекомбинация опосредует геномную нестабильность и прогрессирование миеломы. Кровь. 2009. 113: 2290–2297. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 6. Такубо К., Накамура К., Идзумияма Н. и др. Укорачивание теломер с возрастом в печени человека. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2000; 55: B533 – B536. [PubMed] [Google Scholar] 7. Цзян Х., Шиффер Э., Сонг З. и др.Белки, вызванные дисфункцией теломер и повреждением ДНК, представляют собой биомаркеры старения и болезней человека. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2008; 105: 11299–11304. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 8. Song Z, von Figura G, Liu Y и др. Образ жизни влияет на связанную со старением экспрессию биомаркеров повреждения ДНК и дисфункции теломер в крови человека. Ячейка старения. 2010. 9: 607–615. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 9. Bodnar AG, Ouellette M, Frolkis M и др. Увеличение продолжительности жизни путем введения теломеразы в нормальные клетки человека.Наука. 1998. 279: 349–352. [PubMed] [Google Scholar] 10. Cawthon RM, Smith KR, O’Brien E, et al. Связь между длиной теломер в крови и смертностью людей в возрасте 60 лет и старше. Ланцет. 2003. 361: 393–395. [PubMed] [Google Scholar] 11 •. Бабижаев М.А., Савельева Е.Л., Москвина С.Н., Егоров Ю.Е. Длина теломер — это биомаркер кумулятивного окислительного стресса, биологический возраст и независимый предиктор выживаемости и потребности в терапевтическом лечении, связанной с курением. Am J Therapeutics.2010 [Epub перед печатью]. Это важная статья, показывающая, что длина теломер может служить маркером общего окислительного стресса, поэтому ее можно использовать в качестве диагностического инструмента для оценки ущерба, нанесенного ДНК и теломерам, у курильщиков и людей, подвергшихся воздействию аналогичной окружающей среды / загрязнения и т. Д. [PubMed] [Google Scholar] 12. Вальдес А.М., Эндрю Т., Гарднер Дж. П. и др. Ожирение, курение сигарет и длина теломер у женщин. Ланцет. 2005; 366: 662–664. [PubMed] [Google Scholar] 13. Бруилетт С., Сингх Р.К., Томпсон Дж. Р. и др.Длина теломер белых клеток и риск преждевременного инфаркта миокарда. Артериосклер Thromb Vasc Biol. 2003; 23: 842–846. [PubMed] [Google Scholar] 14. Фарзане-Фар Р., Коутон Р. М., На Б. и др. Прогностическое значение длины теломер лейкоцитов у пациентов со стабильной ИБС: данные Heart and Soul Study. Артериосклер Thromb Vasc Biol. 2008. 28: 1379–1384. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 15. Ян З, Хуанг Х, Цзян Х и др. Короткие теломеры и прогноз гипертонии у населения Китая.Гипертония. 2009. 53: 639–645. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 16. Френк Р. У., младший, Блэкберн Э. Х., Шеннон К. М.. Скорость потери последовательности теломер в лейкоцитах человека меняется с возрастом. Proc Natl Acad Sci U S. A. 1998; 95: 5607–5610. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 18. Муньос П., Бланко Р., Флорес Дж. М., Бласко М. А.. Зависимая от нуклеазы XPF потеря теломер и повышенное повреждение ДНК у мышей, сверхэкспрессирующих TRF2, приводят к преждевременному старению и раку. Нат Жене. 2005; 37: 1063–1071. [PubMed] [Google Scholar] 19.Celli GB, de Lange T. Процессинг ДНК не требуется для опосредованного ATM ответа на повреждение теломер после делеции TRF2. Nat Cell Biol. 2005; 7: 712–718. [PubMed] [Google Scholar] 20. Бенетти Р., Гарсия-Цао М., Бласко Массачусетс. Длина теломер регулирует эпигенетический статус теломер и субтеломер млекопитающих. Нат Жене. 2007; 39: 243–250. [PubMed] [Google Scholar] 21. Черкас Л.Ф., Хункин Ю.Л., Като Б.С. и др. Связь между физической активностью в свободное время и длиной теломер лейкоцитов. Arch Intern Med.2008. 168: 154–158. [PubMed] [Google Scholar] 22. Адамс Дж., Мартин-Руис Ч., Пирс М.С. и др. Нет связи между социально-экономическим статусом и длиной теломер лейкоцитов. Ячейка старения. 2007. 6: 125–128. [PubMed] [Google Scholar] 23. Нордфьял К., Элиассон М., Стегмайр Б. и др. Длина теломер связана с параметрами ожирения, но с гендерными различиями. Ожирение (Серебряная весна) 2008; 16: 2682–2689. [PubMed] [Google Scholar] 24. Наврот Т.С., Стаессен Дж. А., Гарднер Дж. П., Авив А. Длина теломер и возможная связь с Х-хромосомой.Ланцет. 2004; 363: 507–510. [PubMed] [Google Scholar] 25. Гонг Дж. Г., Костанцо А., Янг Штаб-квартира и др. Тирозинкиназа c-Abl регулирует p73 в апоптотическом ответе на цисплатин-индуцированное повреждение ДНК. Природа. 1999; 399: 806–809. [PubMed] [Google Scholar] 27. Фитцпатрик А.Л., Кронмал Р.А., Гарднер Дж. П. и др. Длина теломер лейкоцитов и сердечно-сосудистые заболевания в исследовании здоровья сердечно-сосудистой системы. Am J Epidemiol. 2007; 165: 14–21. [PubMed] [Google Scholar] 28. Brouilette SW, Moore JS, McMahon AD и др. Длина теломер, риск ишемической болезни сердца и лечение статинами в исследовании первичной профилактики на западе Шотландии: вложенное исследование случай-контроль.Ланцет. 2007; 369: 107–114. [PubMed] [Google Scholar] 29. Зи Р. Я., Мишо С. Е., Гермер С., Ридкер П. М.. Связь более короткой средней длины теломер с риском инфаркта миокарда: проспективный подход, вложенный в метод случай-контроль. Clin Chim Acta. 2009; 403: 139–141. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 30. Ван дер Харст П., ван дер Стиге Г., де Бур Р. А. и др. Длина теломер циркулирующих лейкоцитов уменьшается у пациентов с хронической сердечной недостаточностью. J Am Coll Cardiol. 2007. 49: 1459–1464. [PubMed] [Google Scholar] 31.Sampson MJ, Winterbone MS, Hughes JC и др. Укорочение теломер моноцитов и окислительное повреждение ДНК при диабете 2 типа. Уход за диабетом. 2006. 29: 283–289. [PubMed] [Google Scholar] 32. Wu X, Amos CI, Zhu Y и др. Дисфункция теломер: потенциальный фактор предрасположенности к раку. J Natl Cancer Inst. 2003; 95: 1211–1218. [PubMed] [Google Scholar] 33. МакГрат М., Вонг Дж.Й., Мишо Д. и др. Длина теломер, курение сигарет и риск рака мочевого пузыря у мужчин и женщин. Биомаркеры эпидемиологии рака Пред. 2007. 16: 815–819.[PubMed] [Google Scholar] 34. Вальдес А.М., Ричардс Дж. Б., Гарднер Дж. П. и др. Длина теломер в лейкоцитах коррелирует с минеральной плотностью кости и короче у женщин с остеопорозом. Osteoporos Int. 2007. 18: 1203–1210. [PubMed] [Google Scholar] 35. Де Ланге Т. Теломерная нестабильность генома при раке. Колд Спринг Харб Symp Quant Biol. 2005. 70: 197–204. [PubMed] [Google Scholar] 36. Чин Л., Артанди С.Е., Шен К. и др. Дефицит р53 устраняет неблагоприятные последствия потери теломер и взаимодействует с дисфункцией теломер, ускоряя канцерогенез.Клетка. 1999; 97: 527–538. [PubMed] [Google Scholar] 37. Микер АК. Теломеры и теломераза в интраэпителиальной неоплазии предстательной железы и биологии рака простаты. Урол Онкол. 2006. 24: 122–130. [PubMed] [Google Scholar] 38. Шаммас М.А., Кази А., Батчу РБ и др. Поддержание теломер в очищенных LCM клетках аденокарциномы Барретта и влияние ингибирования теломеразы in vivo. Clin Cancer Res. 2008; 14: 4971–4980. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 39. Шаммас М.А., Шмуклер Рейс Р.Дж., Колей Х. и др. Ингибирование теломеразы и остановка роста клеток после лечения порфирином клеток множественной миеломы.Mol Cancer Therapeutics. 2003; 2: 825–833. [PubMed] [Google Scholar] 40. Шаммас М.А., Симмонс К.Г., Кори Д., Шмуклер Рейс Р.Дж. Ингибирование теломеразы пептидными нуклеиновыми кислотами обращает вспять «бессмертие» трансформированных клеток человека. Онкоген. 1999; 18: 6191–6200. [PubMed] [Google Scholar] 41. Акияма М., Хидешима Т., Шаммас М.А. и др. Молекулярные последствия фосфорамидата олигонуклеотида N3′-P5 ‘, нацеленного на теломеразную РНК, в клетках множественной миеломы человека. Исследования рака. 2003. 63: 6187–6194. [PubMed] [Google Scholar] 42.Шаммас М.А., Колей Х., Бир Дэвид Г. и др. Остановка роста, апоптоз и укорочение теломер ассоциированных клеток аденокарциномы Барретта с помощью ингибитора теломеразы. Гастроэнтерология. 2004; 126: 1337–1346. [PubMed] [Google Scholar] 43. Шаммас М.А., Рэйни К.Д., Субраманиан С., Шмуклер Рейс Р.Дж. Длина теломер, потенциал роста клеток и целостность ДНК бессмертных клеток человека — все это подвергается риску из-за пептидных нуклеиновых кислот, нацеленных на теломер или теломеразу. Exp Cell Res. 2004; 295: 204–214. [Google Scholar] 44.Шаммас М.А., Шмуклер Рейс Р.Дж., Колей Х. и др. Ингибирование теломеразы и остановка роста клеток после лечения теломестатином клеток множественной миеломы. Clin Cancer Res. 2004. 10: 770–776. [PubMed] [Google Scholar] 45. Шаммас М.А., Колей Х., Протопопов А и др. Ингибирование теломеразы миРНК вызывает старение и апоптоз в клетках аденокарциномы Барретта: механизм и терапевтический потенциал. Молочный рак. 2005; 4: 24. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 46. Шаммас М.А., Колей Х., Протопопов А и др.Ингибирование теломеразы, укорочение теломер и апоптотическая гибель клеток множественной миеломы после воздействия нового мощного ингибитора теломеразы (GRN163L), нацеленного на РНК-компонент теломеразы. Лейкемия. 2008; 22: 1410–1418. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 47. Вуллиами Т., Маррон А., Гольдман Ф. и др. РНК-компонент теломеразы мутирован при аутосомно-доминантном врожденном дискератозе. Природа. 2001; 413: 432–435. [PubMed] [Google Scholar] 48. Морла М., Бускетс Х, Понс Дж. И др.Укорочение теломер у курильщиков с ХОБЛ и без нее. Eur Respir J. 2006; 27: 525–528. [PubMed] [Google Scholar] 49. Фурукава С., Фудзита Т., Симабукуро М. и др. Повышенный окислительный стресс при ожирении и его влияние на метаболический синдром. J Clin Invest. 2004; 114: 1752–1761. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 50 •. Ходжа М., Диони Л., Бонзини М. и др. Связь между укорочением теломер лейкоцитов и воздействием загрязнения дорожного движения: перекрестное исследование сотрудников дорожного движения и офисных работников.Здоровье окружающей среды. 2009; 8: 41. Это интересная статья, в которой сравнивается длина теломер у офисных работников и полицейских, подвергающихся загрязнению на дорогах, что указывает на возможное влияние загрязнения на здоровье и старение. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 51 ••. Паванелло С., Пезатори А.С., Диони Л. и др. Уменьшение длины теломер в лимфоцитах периферической крови рабочих, подвергшихся воздействию полициклических ароматических углеводородов. Канцерогенез. 2010; 31: 216–221. Это важная статья, которая показывает, что длина теломер у рабочих коксовой печи, подвергшихся воздействию полициклических ароматических углеводородов, уменьшается по сравнению с контрольной группой, и сокращение теломер коррелирует с продолжительностью воздействия.[Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 53. Патель Р., Макинтош Л., Маклафлин Дж. И др. Деструктивные эффекты глюкокортикоидов на биохимию глутатионпероксидазы в культурах гиппокампа. J Neurochem. 2002. 82: 118–125. [PubMed] [Google Scholar] 54. Ирие М., Асами С., Икеда М., Касаи Х. Депрессивное состояние связано с окислительным повреждением ДНК у женщин через активацию нейтрофилов. Biochem Biophys Res Commun. 2003; 311: 1014–1018. [PubMed] [Google Scholar] 55. Фон Зглиницки Т. Окислительный стресс укорачивает теломеры.Trends Biochem Sci. 2002. 27: 339–344. [PubMed] [Google Scholar] 56. Эпель Э. С., Блэкберн Э. Х., Лин Дж. И др. Ускоренное укорочение теломер в ответ на жизненный стресс. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2004; 101: 17312–17315. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 57 ••. Кэссиди А., Де Виво I, Лю И и др. Связь между диетой, факторами образа жизни и длиной теломер у женщин. Am J Clin Nutr. 2010; 91: 1273–1280. Это важная статья, в которой связь диеты и других факторов образа жизни с теломерами изучалась на большой группе женщин.В статье описывается положительное влияние клетчатки и отрицательное влияние полиненасыщенных жиров на теломеры. Это исследование не обнаружило никакой связи длины теломер с физической активностью и курением. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 58. Дженнингс Б.Дж., Озанн С.Е., Дорлинг М.В., Хейлз С.Н. Ранний рост определяет продолжительность жизни самцов крыс и может быть связан с укорочением теломер в почках. FEBS Lett. 1999; 448: 4–8. [PubMed] [Google Scholar] 59. Дженнингс Б.Дж., Озанн С.Е., Хейлз С.Н. Питание, окислительное повреждение, укорочение теломер и клеточное старение: отдельные или связанные факторы старения? Mol Genet Metab.2000; 71: 32–42. [PubMed] [Google Scholar] 60. Фарзане-Фар Р., Лин Дж., Эпель Э.С. и др. Связь уровня морских омега-2 жирных кислот со старением теломеров у пациентов с ишемической болезнью сердца. AMA. 2010. 303: 250–257. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 61. Гаммон С.Дж., Терри МБ, Ван Кью и др. Длина теломер, окислительное повреждение и антиоксидантный риск рака груди. Int J Cancer. 2009; 124: 1637–1643. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 62 •. Вернер Ч., Фюрстер Т., Видманн Т. и др. Физические упражнения предотвращают клеточное старение циркулирующих лейкоцитов и стенок сосудов.Тираж. 2009; 120: 2438–2447. Эта статья демонстрирует положительное влияние физических упражнений на теломеры как у мышей, так и у людей. [PubMed] [Google Scholar]

теломер — обзор | ScienceDirect Topics

11.4.2 Рак с мутациями ATRX является альтернативой удлинению теломер-положительных

ALT — это клеточный процесс, используемый некоторыми типами опухолей, основанный на опосредованном рекомбинацией удлинении для поддержания длины теломер. Активация пути ALT обычно обнаруживается в PanNETs [6], глиомах [85], нейробластомах [86] и саркомах [76].Теломер-специфическая флуоресценция in situ гибридизация (FISH) была проведена на пуле из 41 спорадических нефункциональных PanNETs [6]. Интересно, что 61% опухолей имели большие теломеры и сверхяркий сигнал FISH, что соответствовало фенотипу ALT. Кроме того, PanNET с мутациями ATRX и DAXX также являются ALT-положительными в этом наборе образцов. Небольшая часть PanNET без обнаруживаемой точечной мутации, вставки или делеции ATRX и DAXX оказалась ALT-положительной.При дальнейшем исследовании эти опухоли, тем не менее, утратили ядерную экспрессию либо ATRX , либо DAXX , тогда как опухоли без фенотипа ALT имеют устойчивую экспрессию обоих белков [6].

Интересно, что потеря ядерной экспрессии ATRX и / или DAXX и присутствие ALT наблюдаются только у пациентов с опухолями PanNET размером ≥3 см и с мутацией MEN1 . Это говорит о том, что эти события происходят позже в онкогенезе PanNET, после того, как новообразование вырастет за пределы размера микроаденомы (0.2 см). Это открытие побудило к разработке модели, описывающей возможные шаги для образования метастазов в PanNETs [87]. По сути, мутации DAXX / ATRX возникают во время неконтролируемого деления клеток, которое затем вызывает хромосомную нестабильность (CIN) и запускает ALT для поддержания длины теломер, что приводит к неоднородности размеров теломер. CIN позволяет пораженным клеткам приобретать хромосомные аберрации и широкий спектр мутаций, которые обеспечивают селективные преимущества для пролиферации клеток и установления доминирования в субпопуляции клеток.Это говорит о том, что потеря DAXX / ATRX в сочетании с активацией ALT является причиной CIN, которая характерна для определенного подмножества PanNET. В нефункциональных PanNET, наличие CIN коррелирует с большим размером опухоли, высоким уровнем хромосомных аберраций и метастазов, тогда как в функциональных PanNET, особенно инсулиномах, это коррелирует с плохим результатом. Таким образом, CIN предлагается в качестве диагностического инструмента для развития метастатического заболевания [88].

Интересно, что потеря ядерной экспрессии ATRX в мультиформной GBM у детей, GBM взрослых, олигодендроглиомах и медуллобластомах также коррелирует с фенотипом ALT [6].Наличие фенотипа ALT в астроцитомах IV степени (мультиформная GBM) коррелирует с положительным прогностическим результатом. Действительно, средняя выживаемость пациентов с ALT-положительными опухолями составляет 542 дня, тогда как для пациентов с неположительными опухолями — 247 дней [89]. Было также обнаружено, что ALT-положительные опухоли увеличивают выживаемость астроцитом более низкого уровня [90]. Присутствие теломеразы не повлияло на выживаемость пациентов с этим типом опухоли. Потеря экспрессии ATRX в астроцитомах низкой степени злокачественности не коррелирует с фенотипом ALT [85].Однако существует связь ATRX с положительной реакцией на АЛТ при астроцитомах высокой степени злокачественности у детей и взрослых (т. Е. Анапластической астроцитоме и ГБМ).

Нейробластома — это рак симпатической нервной системы, который считается наиболее распространенной экстракраниальной солидной опухолью среди детей [91]. Более чем у 90% пациентов нейробластома диагностируется в течение первых 5 лет жизни, часто из-за их связи с опасными для жизни симптомами. Нейробластомы, несущие фенотип ALT, связаны с устойчивостью к химиотерапии без быстрого роста и неблагоприятных исходов [92].Кроме того, изменения в ATRX или DAXX были обнаружены во всех ALT-положительных опухолях нейробластомы [86]. В некоторых редких случаях мутации в ATRX или DAXX связаны с более высоким риском позднего рецидива.

Саркомы могут быть АЛТ-положительными, чаще в опухолях мезенхимального происхождения, чем в опухолях эпителия [76]. Фенотип ALT выявляется в 35% остеосарком и 35% сарком мягких тканей (STS) [90]. Самой большой группой злокачественных новообразований СТС является липосаркома, на которую приходится 20% всех опухолей мезенхимального происхождения [93].Механизмы поддержания теломер (TMM) при липосаркоме полагаются на путь ALT в 24% случаев, что по существу вдвое превышает общую частоту фенотипа ALT [90]. Существует положительная корреляция между использованием пути ALT в качестве TMM и степенью опухоли при STS [94]. Действительно, примерно в 70% липосарком I степени TMM не наблюдается, тогда как в опухолях II и III степени 70% опухолей имеют либо АЛТ, либо теломеразу, либо и то, и другое. Следовательно, TMM может быть потенциальным маркером злокачественных новообразований в опухолях мезенхимального происхождения и в конечном итоге может быть мишенью для химиотерапевтических вмешательств [76].Таким образом, саркомы с неспецифическим сложным кариотипом (т.е. остеосаркома) чаще используют ALT в качестве TMM, чем саркомы с простыми кариотипами со специфической транслокацией [95].

Как упоминалось ранее, оба TMM имеют очень разные характеристики, и одна из них — разница в CIN [76]. Исследование с использованием FISH на клеточной линии остеосаркомы U-2 OS показало, что ALT-положительные клетки демонстрируют широкий спектр длин теломер, необычные конфигурации теломерных повторов и локусов, а также хромосомы дицентрических маркеров [96].Сравнение двух линий клеток остеосаркомы с теломеразной активностью показало увеличение транслокаций, делеций и сложных хромосомных перестроек. Более того, ALT-положительные клетки имели более высокую частоту мостиков ДНК, что является прямым показателем хромосомных аберраций, вероятно, из-за свободных концов хромосом [96]. Эти свободные концы обеспечивают непрерывное хромосомное слияние, приводящее к циклам разрыва-слияния-моста и увеличению грубых хромосомных перестроек. Взятые вместе, эти данные демонстрируют, что мезенхимальные опухоли, использующие ALT, имеют более сложный хромосомный фон и что их мутации неспецифичны и непредсказуемы.Было высказано предположение, что ALT может быть менее эффективным в поддержании теломер, потому что он может создавать серию событий, которые приводят к CIN [76]. Другая возможность заключается в том, что АЛТ индуцирует и / или требует, чтобы эти генетические изменения функционировали должным образом.

Участие ATRX в саркоме аналогично другим типам рака. В исследовании, в котором изучались 573 саркомы, 58 из них имели полную потерю ядерной экспрессии ATRX и были классифицированы как опухоли высокой степени злокачественности [97]. В другом наборе образцов почти все (41 из 42) сарком с полной потерей ATRX были также положительны на ALT.

Саркомы имеют другой исход, чем глиомы, когда речь идет о ALT-положительных опухолях. Действительно, 60% пациентов с ALT-положительной остеосаркомой имеют 5-летний период выживания, тогда как 90% пациентов с неположительными ALT-опухолями и отрицательной теломеразной активностью имеют более низкий уровень смертности (5-летняя выживаемость) [98]. Аналогичным образом, исследование опухолей липосарком и выживаемости пациентов показало, что пациенты с фенотипом ALT имеют высокоагрессивные опухоли и более высокий уровень смертности, тогда как пациенты с теломеразоположительными опухолями были агрессивными, но показывали различия в выживаемости [94].В целом, оба TMM по-разному влияют на онкогенез и выживаемость пациентов, и эффект сильно зависит от конкретного типа наблюдаемого злокачественного новообразования [76].

В совокупности эти данные показали, что мутации ATRX являются решающими событиями для развития пути ALT во время туморогенеза. Появление фенотипа ALT является поздним событием, которое коррелирует с более поздними опухолями и опухолями более высокого уровня. Присутствие АЛТ связано с положительным прогнозом при большинстве видов рака и может быть потенциальной терапевтической мишенью.Кроме того, ATRX поддержание целостности генома имеет решающее значение как для развития, так и для предотвращения злокачественных новообразований в онкогенных клетках; однако лежащие в основе механизмы все еще неясны и потребуют дальнейшей работы.

Роль теломер и теломеразы в развитии рака и достижения в терапии, направленной на теломеразу | Genome Medicine

1.

Akincilar SC, Unal B, Tergaonkar V. Реактивация теломеразы при раке. Cell Mol Life Sci. 2016; 73: 1659–70.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

2.

Shay JW. Прогнозируют ли короткие теломеры распространенный рак? Рак Discov. 2013; 3: 1096–8.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

3.

Horn S, Figl A, Rachakonda PS, Fischer C, Sucker A, Gast A, et al. Мутации промотора TERT при семейной и спорадической меланоме. Наука. 2013; 339: 959–61.

CAS PubMed Статья Google Scholar

4.

Хуанг Ф.В., Ходис Э., Сюй М.Дж., Крюков Г.В., Чин Л., Гарравэй Л.А. Часто повторяющиеся мутации промотора TERT в меланоме человека. Наука. 2013; 339: 957–9.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

5.

Винагре Дж., Алмейда А., Попула Х, Батиста Р., Лира Дж., Пинто В. и др. Частота мутаций промотора TERT при раке человека. Nat Commun. 2013; 4: 2185.

PubMed Статья CAS Google Scholar

6.

Killela PJ, Reitman ZJ, Jiao Y, Bettegowda C, Agrawal N, Diaz LA, et al. Мутации промотора TERT часто встречаются в глиомах и подмножестве опухолей, происходящих из клеток с низкой скоростью самообновления. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2013; 110: 6021–6.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

7.

Бора С., Си Л., Зауг А.Дж., Пауэлл Н.М., Данчик Г.М., Коэн С.Б. и др. Мутации промотора TERT и реактивация теломеразы при уротелиальном раке.Наука. 2015; 347: 1006–10.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

8.

Picariello L, Grappone C, Polvani S, Galli A. Теломеразная активность: привлекательная мишень для лечения рака. World J Pharmacol. 2014; 3: 86–96.

Артикул Google Scholar

9.

Klewes L, Vallente R, Dupas E, Brand C, Gru D, Guffei A, et al. Трехмерная организация ядерных теломер при множественной миеломе.Перевод Онкол. 2013; 6: 749–56.

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

10.

Doksani Y, Wu JY, de Lange T, Zhuang X. Флуоресцентная визуализация теломер со сверхвысоким разрешением показывает формирование TRF2-зависимой Т-петли. Клетка. 2013; 155: 345–56.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

11.

Arnoult N, Karlseder J.Сложное взаимодействие между ответом на повреждение ДНК и теломерами млекопитающих. Nat Struct Mol Biol. 2015; 22: 859–66.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

12.

Циммерманн М., Кибе Т., Кабир С., де Ланге Т. TRF1 решает проблемы репликации, связанные с повторением TTAGGG, путем привлечения геликазы BLM и репрессора TPP1 / POT1 передачи сигналов ATR. Джин Дев. 2014; 28: 2477–91.

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

13.

Denchi EL, de Lange T. Защита теломер посредством независимого управления ATM и ATR с помощью TRF2 и POT1. Природа. 2007; 448: 1068–71.

CAS PubMed Статья Google Scholar

14.

Frescas D, de Lange T. TIN2, связанный с TRF2, может опосредовать защиту теломер с помощью TPP1 / POT1. Mol Cell Biol. 2014; 34: 1349–62.

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

15.

Frescas D, de Lange T. Связывание белка TPP1 с белком TIN2 необходимо для опосредованной белком POT1 защиты теломер. J Biol Chem. 2014; 289: 24180–7.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

16.

Яноускова Е., Нецасова И., Павловкова Ю., Циммерманн М., Глучи М., Марини В. и др. Человеческий Rap 1 модулирует притяжение TRF2 к теломерной ДНК. Nucleic Acids Res. 2015; 43: 2691–700.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

17.

Pedram M, Sprung CN, Gao Q, Lo AW, Reynolds GE, Murnane JP. Эффект положения теломер и подавление трансгенов возле теломер у мышей. Mol Cell Biol. 2006; 26: 1865–78.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

18.

Робин Дж. Д., Ладлоу А. Т., Баттен К., Магдинье Ф., Штадлер Г., Вагнер К. Р. и др. Эффект положения теломер: регуляция экспрессии генов с прогрессирующим укорочением теломер на больших расстояниях.Genes Dev. 2014; 28: 2464–76.

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

19.

Кусанелли Э., Чартран П. РНК, содержащая теломерные повторы. TERRA: некодирующая РНК, связывающая биологию теломер с целостностью генома. Фронт Жене. 2015; 6: 143.

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

20.

Арора Р., Ли Й., Вишневски Х., Брун С.М., Шварц Т., Аззалин С.М.RNaseh2 регулирует гибриды TERRA-теломерной ДНК и поддержание теломер в опухолевых клетках ALT. Nat Commun. 2014; 5: 5220.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

21.

Eid R, Demattei MV, Episkopou H, Auge-Gouillou C, Decottignies A, Grandin N, Charbonneau M. Генетическая инактивация ATRX приводит к снижению количества теломерного когезина и транскрипции теломер в глиоме человека. клетки. Mol Cell Biol.2015; 35: 2818–30.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

22.

Bourgeron T, Xu Z, Doumic M, Teixeira MT. Асимметрия репликации теломер вносит вклад в гетерогенность репликативного старения. Научный доклад 2015; 5: 15326.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

23.

Wright WE, Pereira-Smith OM, Shay JW.Обратимое клеточное старение: последствия для иммортализации нормальных диплоидных фибробластов человека. Mol Cell Biol. 1989; 9: 3088–92.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

24.

Hayashi MT, Cesare AJ, Rivera T., Karlseder J. Гибель клеток во время кризиса опосредуется митотическим снятием защиты теломер. Природа. 2015; 522: 492–6.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

25.

Castro-Vega LJ, Jouravleva K, Ortiz-Montero P, Liu WY, Galeano JL, Romero M, et al. Старение микросреды способствует появлению гетерогенных раковых стволовых клеток. Канцерогенез. 2015; 36: 1180–92.

PubMed Статья Google Scholar

26.

Шей Дж. У., Райт У. Э. Роль теломер и теломеразы в развитии рака. Semin Cancer Biol. 2011; 21: 349–53.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

27.

Дилли Р.Л., Гринберг РА. Альтернативное поддержание теломер и рак. Тенденции рака. 2015; 1: 145–56.

PubMed Статья Google Scholar

28.

Napier CE, Huschtscha LI, Harvey A, Bower K, Noble JR, Hendrickson EA, et al. ATRX подавляет альтернативное удлинение теломер. Oncotarget. 2015; 6: 16543–58.

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

29.

О’Салливан Р.Дж., Альмоузни Г. Сборка теломерного хроматина для создания альтернативных окончаний. Trends Cell Biol. 2014; 24: 675–85.

PubMed Статья CAS Google Scholar

30.

Флинн Р.Л., Кокс К.Е., Джейтани М., Вакимото Х., Брилл А.Р., Ганем Н.Дж. и др. Альтернативное удлинение теломер делает раковые клетки сверхчувствительными к ингибиторам ATR. Наука. 2015; 347: 273–7.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

31.

Чжан К., Ким Н.К., Фейгон Дж. Архитектура теломеразной РНК человека. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2011; 108: 20325–32.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

32.

Ghosh A, Saginc G, Leow SC, Khattar E, Shin EM, Yan TD, et al. Теломераза напрямую регулирует NF-kB-зависимую транскрипцию. Nat Cell Biol. 2012; 14: 1270–81.

CAS PubMed Статья Google Scholar

33.

Koh CM, Khattar E, Leow SC, Liu CY, Muller J, Ang WX и др. Теломераза регулирует онкогенез, управляемый MYC, независимо от активности его обратной транскриптазы. J Clin Invest. 2015; 125: 2109–22.

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

34.

Liu H, Liu Q, Ge Y, Zhao Q, Zheng X, Zhao Y. hTERT способствует адгезии и миграции клеток независимо от активности теломеразы. Научный доклад 2016; 6: 22886.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

35.

Лю З., Ли К., Чен Л., Ли В., Хоу М., Лю Т. и др. Обратная транскриптаза теломеразы способствует эпителиально-мезенхимальному переходу и развитию признаков стволовых клеток в раковых клетках. Онкоген. 2013; 32: 4203–13.

CAS PubMed Статья Google Scholar

36.

Масутоми К., Канеко С., Хаяси Н., Ямасита Т., Широта Ю., Кобаяши К., Мураками С. Активность теломеразы восстановлена ​​in vitro с помощью очищенной обратной транскриптазы теломеразы человека и компонента теломеразной РНК человека.J Biol Chem. 2000; 275: 22568–73.

CAS PubMed Статья Google Scholar

37.

Venteicher AS, Abreu EB, Meng Z, McCann KE, Terns RM, Veenstra TD, et al. Холоферментный белок теломеразы человека, необходимый для локализации тельца Кахаля и синтеза теломер. Наука. 2009. 323: 644–8.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

38.

Veinteicher AS, Meng Z, Mason PJ, Veenstra TD, Artandi SE. Идентификация АТФаз понтина и рептина как компонентов теломеразы, необходимых для активности холофермента. Клетка. 2008. 132: 945–57.

Артикул CAS Google Scholar

39.

Хокемейер Д., Коллинз К. Контроль действия теломеразы на теломерах человека. Nat Struct Mol Biol. 2015; 22: 848–52.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

40.

Schmidt JC, Dalby AB, Чех TR. Идентификация элементов TERT человека, необходимых для рекрутирования теломеразы на теломеры. Элиф. 2014; 3: e03563.

PubMed Central Статья CAS Google Scholar

41.

Ли Дж. Х., Чон С. А., Кхадка П., Хонг Дж., Чунг И. К.. Участие SRSF 11 в специфическом для клеточного цикла рекрутировании теломеразы на теломеры ядерных спеклов. Nucleic Acids Res. 2015; 43: 8435–51.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

42.

Schmit JC, Чех TR. Теломераза человека: биогенез, торговля, рекрутирование и активация. Genes Dev. 2015; 29: 1095–105.

Артикул CAS Google Scholar

43.

Hsu C, Lee L, Tang S, Hsin I, Lin Y, Ko J. Эпидермальный фактор роста активирует активность теломеразы путем прямого связывания Ets-2 с промотором hTERT в клетках рака легких. Tumor Biol. 2015; 36: 5389–98.

CAS Статья Google Scholar

44.

Чан А.К., Яо Й, Чжэнью З., Чжун Нью-Йорк, Лю Дж.С., Ка-Вай и др. Мутации промотора TERT вносят вклад в прогнозирование субпопуляции глиом более низкой степени злокачественности. Современный Патол. 2015; 28: 177–86.

CAS Статья Google Scholar

45.

Хуанг Ф.В., Бельски С.М., Ринне М.Л., Хан В.С., Продавец В.Р., Штегмайер Ф. и др. Мутации промотора TERT и моноаллельная активация TERT при раке. Онкогенез. 2015; 4: e176.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

46.

Heidenreich B, Rachakondan PS, Hemmink K, Kumar R. Мутации промотора TERT в развитии рака. Curr Opin Genet Dev. 2014; 24: 30–7.

CAS PubMed Статья Google Scholar

47.

Allory Y, Beukers W., Sagrera A, Flandez M, Marquez M, van der Keur KA, et al. Мутации промотора обратной транскриптазы теломеразы при раке мочевого пузыря: высокая частота на разных стадиях, обнаружение в моче и отсутствие связи с исходом.Eur Urol. 2014; 65: 360–6.

CAS PubMed Статья Google Scholar

48.

Хуанг Д., Ван З., Хеб XJ, Диплас Б. Х., Ян Р., Киллела П. Дж.. Повторяющиеся мутации промотора TERT, выявленные в крупномасштабном исследовании нескольких типов опухолей, связаны с повышенной экспрессией TERT и активацией теломеразы. Eur J Cancer. 2015; 51: 969–76.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

49.

Chiba K, Johnson JZ, Vogan JM, Wagner T, Boyle JM, Hockemeyer D. Мутации промотора TERT, связанные с раком, отменяют сайленсинг теломеразы. Элиф. 2015; 4: e7918.

Артикул Google Scholar

50.

Bell RJA, Rube HT, Kreig A, Mancini A, Fouse SD, Nagarajan RP, et al. Фактор транскрипции GABP избирательно связывает и активирует мутантный промотор TERT при раке. Наука. 2015; 348: 1036–9.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

51.

Li Y, Zhou Q, Sun W., Chandrasekharan P, Cheng H, Ying Z. Неканоническая передача сигналов NF-kB и ETS1 / 2 совместно управляют активацией промотора TERT мутанта C250T. Nat Cell Biol. 2015; 17: 1327–38.

CAS PubMed Статья Google Scholar

52.

Stoer R, Taubert H, Zinnall U, Giedl J, Gaisa NT, Burger M, et al. Частота мутаций промотора TERT при раке простаты. Патобиология. 2015; 82: 53–7.

Артикул CAS Google Scholar

53.

Cong YS, Wright WE, Shay JW. Теломераза человека и ее регуляция. Microbiol Mol Biol Rev. 2002; 66: 407-25.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

54.

Рено С., Лукинов Д., Абдуллаев З., Гильере И., Босман Ф. Т., Лобаненков В. и др. Двойная роль метилирования ДНК внутри и вне CTCF-связывающих областей в регуляции транскрипции гена теломеразы hTERT. Nucleic Acids Res. 2007; 35: 1245–56.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

55.

Лай С.Р., Фиппс С.М., Лю Л., Эндрюс Л.Г., Толлефсбол Т.О. Эпигенетический контроль теломеразы и способы поддержания теломер при старении и аномальных системах. Передние биоски. 2005; 10: 1779–96.

CAS PubMed Статья Google Scholar

56.

Wong MS, Wright WE, Shay JW. Альтернативная регуляция теломеразы сплайсингом: новая парадигма.Тенденции Genet. 2014; 30: 430–8.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

57.

Buseman CM, Wright WE, Shay JW. Является ли теломераза жизнеспособной мишенью при раке? Mutat Res. 2012; 730: 90–7.

CAS PubMed Статья Google Scholar

58.

Брайан С., Райс С., Хоффман Х., Харкишеймер М., Суини М., Скордалакес Е. Структурные основы ингибирования теломеразы высокоспецифичным BIBR1532.Состав. 2015; 23: 1934–42.

CAS PubMed Статья Google Scholar

59.

Круз Дж., Войдыла Л., Иванчич М., Пури Н. Нацеливание на теломеры Т-олиго, стабилизаторов G-квадруплекса и ингибиторов танкиразы. J Cancer Sci Ther. 2014; 6: 10.

Google Scholar

60.

Джексон С.Р., Чжу Ч., Полсон В., Уоткинс Л., Дикмен З.Г., Грязнов С.М. и др. Антиадгезивные эффекты GRN163L — олигонуклеотид N3 ‘→ P5’, направленный на тио-фосфорамидат теломеразы.Cancer Res. 2007; 67: 1121–9.

CAS PubMed Статья Google Scholar

61.

Herbert BS, Gellert GC, Hochreiter A, Pongracz K, Wright WE, Zielinska D, et al. Липидная модификация GRN163, тио-фосфорамидатного олигонуклеотида N3 ‘→ P5’, увеличивает эффективность ингибирования теломеразы. Онкоген. 2005; 24: 5262–8.

CAS PubMed Статья Google Scholar

62.

Мэриан КО, Райт В.Е., Шей Дж. У. Эффекты ингибирования теломеразы на клетки, инициирующие опухоль предстательной железы. Int J Cancer. 2010; 127: 321–31.

CAS PubMed Google Scholar

63.

Burchett KM, Yan Y, Ouellette MM. Ингибитор теломеразы иметелстат (GRN163L) ограничивает продолжительность жизни раковых клеток поджелудочной железы человека. PLoS One. 2014; 9: e85155.

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

64.

Ху Й, Бобб Д., Хе Дж, Хилл А. Д., Доум Дж. С. Ингибитор HSP90 альвеспимицин усиливает эффективность ингибирования теломеразы иметелстатом при остеосаркоме человека. Cancer Biol Ther. 2015; 16: 949–57.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

65.

Дикмен З.Г., Геллерт Г.К., Джексон С.Р., Грязнов С.М., Тресслер Р., Доган П. и др. Ингибирование рака легких in vivo с помощью GRN163L: нового ингибитора теломеразы. Cancer Res.2005; 65: 7866–73.

CAS PubMed Google Scholar

66.

Мариан КО, Чо С.К., Макэллин Б.М., Махер Э.А., Хатанпаа К.Дж., Мэдден С.Дж. и др. Антагонист теломеразы, иметелстат, эффективно воздействует на клетки, инициирующие опухоль глиобластомы, что приводит к снижению пролиферации и роста опухоли. Clin Cancer Res. 2010; 16154–63.

67.

Лу Р., Пал Дж., Буон Л., Нанджаппа П., Ши Дж., Фульчинити М. и др. Ориентация на гомологичную рекомбинацию и теломеразу при аденокарциноме Барретта: влияние на поддержание теломер, нестабильность генома и рост опухоли.Онкоген. 2014; 33: 1495–505.

CAS PubMed Статья Google Scholar

68.

Vonderheide RH, Hahn WC, Schultze JL, Nadler LM. Каталитическая субъединица теломеразы представляет собой широко экспрессируемый ассоциированный с опухолью антиген, распознаваемый цитотоксическими Т-лимфоцитами. Иммунитет. 1999; 10: 673–9.

CAS PubMed Статья Google Scholar

69.

Лев А., Денкберг Г., Коэн С.Дж., Цукерман М., Скорецки К.Л., Чамес П. и др.Выделение и характеристика человеческих рекомбинантных антител, наделенных антиген-специфической, ограничиваемой основным комплексом гистосовместимости специфичностью Т-клеток, направленной на широко экспрессируемые опухолевые Т-клеточные эпитопы каталитической субъединицы теломеразы. Cancer Res. 2002; 62: 3184–94.

CAS PubMed Google Scholar

70.

Vonderheide RH. Теломераза как универсальный опухолевый антиген для иммунотерапии рака.Онкоген. 2002; 21: 674–9.

CAS PubMed Статья Google Scholar

71.

Vonderheide RH. Перспективы и проблемы создания противораковой вакцины против теломеразы. Биохимия. 2008; 90: 173–80.

CAS PubMed Статья Google Scholar

72.

Руден М., Пури Н. Новые противораковые препараты, нацеленные на теломеразу. Лечение рака Ред. 2013; 39: 444–56.

CAS PubMed Статья Google Scholar

73.

Kyte JA. Вакцинация против рака теломеразным пептидом. Мнение эксперта по исследованию наркотиков. 2009. 18: 687–94.

CAS PubMed Статья Google Scholar

74.

Brunsvig PF, Aamdal S, Gjertsen MK, Kvalheim G, Markowski-grimsrud CJ, Sve I, et al. Вакцинация теломеразным пептидом: исследование фазы I / II у пациентов с немелкоклеточным раком легкого.Cancer Immunol Immunother. 2006; 55: 1553–64.

CAS PubMed Статья Google Scholar

75.

Георгулиас В., Дуйяр Дж. Я., Хайят Д., Манегольд С., Розелл А., Менез-Джамет Дж. И др. Многоцентровое рандомизированное исследование фазы IIb эффективности вакцины против рака Vx-001 на основе пептидов в качестве поддерживающего лечения распространенного немелкоклеточного рака легкого: обоснование лечения и динамика протокола. Clin рака легких. 2013; 14: 461–6.

CAS PubMed Статья Google Scholar

76.

Коцакис А., Пападимитраки Е., Вецика Е.К., Аггураки Д., Дермитзаки Е.К., Хацидаки Д. и др. Испытание фазы II, оценивающее клинический и иммунологический ответ пациентов с немелкоклеточным раком легкого HLA-A2 ⁺ , вакцинированных криптическим пептидом hTERT. Рак легких. 2014; 86: 59–66.

PubMed Статья Google Scholar

77.

Уэллетт М.М., Райт В.Е., Шей Дж. У. Ориентация на раковые клетки, экспрессирующие теломеразу. J Cell Mol Med.2011; 15: 1433–42.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

78.

Su Z, Dannull J, Yang BK, Dahm P, Coleman D, Yancey D, et al. Дендритные клетки, трансфицированные теломеразой иРНК, стимулируют антиген-специфические Т-клеточные ответы CD8 ⁺ и CD4 ⁺ у пациентов с метастатическим раком простаты. J Immunol. 2005; 174: 3798–807.

CAS PubMed Статья Google Scholar

79.

Мендер I, Грязнов С, Дикмен З.Г., Райт В.Е., Шай Дж.В. Индукция дисфункции теломер, опосредованная предшественником субстрата теломеразы 6-тио-2′-дезоксигуанозином. Рак Discov. 2015; 5: 82–95.

CAS PubMed Статья Google Scholar

80.

Мендер И., Грязнов С., Шай Дж. Новый предшественник субстрата теломеразы быстро вызывает дисфункцию теломер в теломеразоположительных раковых клетках, но не в молчащих нормальных клетках теломеразы.Онкология. 2015; 2: 693–5.

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

81.

Muller HJ. Переделка хромосом. Собираем инет. 1938; 13: 181–98.

Google Scholar

82.

МакКлинток Б. Стабильность сломанных концов хромосом у Zea mays. Генетика. 1941; 26: 234–82.

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

83.

Hayflick L, Moorhead PS. Серийное культивирование штаммов диплоидных клеток человека. Exp Cell Res. 1961; 25: 585–621.

CAS PubMed Статья Google Scholar

84.

Watson JD. Происхождение конкатемерной ДНК Т7. Nat New Biol. 1972; 239: 197–201.

CAS PubMed Статья Google Scholar

85.

Оловников А.М. Теория маржинотомии. Неполное копирование границы матрицы в ферментативном синтезе полинуклеотидов и биологическое значение явления.J Theor Biol. 1973; 41: 181–90.

CAS PubMed Статья Google Scholar

86.

Блэкберн Э. Х., Галл Дж. Г.. Тандемно повторяющаяся последовательность на концах генов внехромосомной рибосомной РНК в Tetrahymena. J Mol Biol. 1978; 120: 33–53.

CAS PubMed Статья Google Scholar

87.

Greider CW, Blackburn EH. Выявление специфической активности концевой трансферазы теломер в экстрактах тетрахимены.Клетка. 1985; 43: 405–13.

CAS PubMed Статья Google Scholar

88.

Морин ГБ. Фермент терминальной трансферазы теломер человека представляет собой рибонуклеопротеин, который синтезирует повторы TTAGGG. Клетка. 1989; 59: 521–9.

CAS PubMed Статья Google Scholar

89.

Kim NW, Piatyszek MA, Prowse KR, Harley CB, West MD, Ho PL, et al. Специфическая связь активности теломеразы человека с бессмертными клетками и раком.Наука. 1994; 266: 2011–5.

CAS PubMed Статья Google Scholar

90.

Bodnar AG, Ouellete M, Frolkis M, Holt SE, Chiu C-P, Morin GB, et al. Увеличение продолжительности жизни путем введения теломеразы в нормальные клетки человека. Наука. 1998. 279: 349–52.

CAS PubMed Статья Google Scholar

91.

Clynes D, Jelinska C, Xella B, Ayyub H, Scott C, Mitson M, et al.Подавление альтернативного удлинения пути теломер фактором ремоделирования хроматина ATRX. Nat Commun. 2015; 6: 7538.

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

92.

Heaphy CM, de Wilde RF, Jiao Y, Klein AP, Edil BH, Shi C, et al. Измененные теломеры в опухолях с мутациями ATRX и DAXX. Наука. 2011; 333: 425.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

93.

Bower K, Napier CE, Cole SL, Dagg RA, Lau LMS, Duncan EL, et al. Потеря экспрессии ATRX дикого типа в гибридах соматических клеток сегрегирует с активацией альтернативного удлинения теломер. PLoS One. 2012; 7: e50062.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

94.

Накашима М., Нандкумар Дж., Салливан К.Д., Эспиноза Дж. М., Чех TR. Подавление рекрутирования теломеразы и гибели раковых клеток. J Biol Chem.2013; 288: 33171–80.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

95.

Ли Y, Тергаонкар В. Неканонические функции теломеразы: значение в терапии рака, нацеленной на теломеразу. Cancer Res. 2014; 74: 1639–44.

CAS PubMed Статья Google Scholar

96.

Garcia-Beccaria M, Martinez P, Mendez-Pertuz M, Martinez S, Blanco-Aparicio C, Canamero M.Терапевтическое ингибирование TRF1 нарушает рост p53-дефицитного K-Ras ^G12V —, индуцированного раком легких, путем индукции повреждения теломерной ДНК. EMBO Mol Med. 2015; 7: 930–49.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

97.

Ли С.С., Борсон К., Пайк А.М., Уилан С.Дж., Грейдер С.В. Киназа ATM необходима для удлинения теломер в клетках мыши и человека. Cell Rep. 2015; 13: 1623–32.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

98.

Тонг А.С., Стерн Дж.Л., Сфейр А., Картавината М., де Ланге Т., Чжу XD и др. Передача сигналов ATM и ATR регулирует рекрутирование теломеразы человека на теломеры. Cell Rep. 2015; 13: 1633–46.

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

99.

Янссон Л.И., Акияма Б.М., Оомс А., Лу К., Рубин С.М., Стоун М.Д. Структурные основы определения границ шаблона в теломеразе Tetrahymena. Nat Struct Mol Biol. 2015; 22: 883–8.

CAS PubMed PubMed Central Google Scholar

100.

Rachkonda PS, Hosen I, de Verdier PJ, Fallah M, Heideneich B., Ryk C, et al. Мутации промотора TERT при раке мочевого пузыря влияют на выживаемость пациентов и рецидивы заболевания за счет модификации с помощью общего полиморфизма. Proc Natl Acad Sci U S. A. 2013; 110: 17426–31.

Артикул CAS Google Scholar

101.

Ван К., Лю Т., Лю Л., Лю Дж., Лю Ц., Ван С. и др. Мутации промотора TERT при почечно-клеточной карциноме и уротелиальной карциноме верхних отделов тракта. Oncotarget. 2014; 5: 1829–36.

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

102.

Ван К., Лю Т., Гэ Н, Лю Л., Юань Х, Лю Дж и др. Мутации промотора TERT связаны с отдаленными метастазами в уротелиальные карциномы верхних отделов тракта и служат биомаркерами мочи, обнаруживаемыми с помощью чувствительной castPCR.Oncotarget. 2014; 5: 12428–39.

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

103.

Cevlik D, Yildiz G, Ozturk M. Общие мутации промотора обратной транскриптазы теломеразы в гепатоцеллюлярных карциномах из разных географических регионов. Мир Дж. Гастроэнтерол. 2015; 21: 311–17.

Артикул CAS Google Scholar

104.

Винагре Дж., Пинто В., Селестино Р., Рейс М., Популо Н., Боавентура П. и др.Мутации промотора теломеразы при раке: новый молекулярный биомаркер? Арка Вирхова. 2014; 465: 119–33.

CAS PubMed Статья Google Scholar

105.

Лю X, Епископ Дж., Шан Й., Пай С., Лю Д., Муруган А. К. и др. Широко распространены мутации промотора TERT при агрессивном раке щитовидной железы. Endocr Relat Cancer. 2013; 20: 603–10.

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

106.

Коелше С., Реннер М., Хартманн В., Брандт Р., Ленер Б., Вальдбургер Н. и др. Мутации горячих точек промотора TERT повторяются в миксоидных липосаркомах, но редко встречаются в других саркомах мягких тканей. J Exp Clin Cancer Res. 2014; 33: 33.

PubMed PubMed Central Статья CAS Google Scholar

107.

Koelsche C, Sahm F, Capper D, Reuss D, Stum D, Jones DT, et al. Распространение мутаций промотора TERT в опухолях нервной системы у детей и взрослых.Acta Neuropathol. 2013; 126: 907–15.

CAS PubMed Статья Google Scholar

108.

Миддлтон Дж., Силкокс П., Кокс Т., Валле Дж., Уодсли Дж., Проппер Д. и др. Гемцитабин и капецитабин с вакциной GV1001 на основе теломеразного пептида или без нее у пациентов с местнораспространенным или метастатическим раком поджелудочной железы: открытое рандомизированное исследование фазы 3. Ланцет Онкол. 2014; 15: 829–40.

CAS PubMed Статья Google Scholar

Роль теломер и теломеразы в старении и раке

Области современных исследований и противоречий

В этом обзоре обсуждаются нерешенные вопросы в области теломер / теломеразы (Таблица 1).За дополнительной информацией читатель может обратиться к другому недавнему обзору (36).

Таблица 1.

Неурегулированные вопросы в области теломер / теломеразы

Рак и теломераза

Было показано, что почти весь спектр типов опухолей человека является теломеразоположительным (2, 3). В целом злокачественные опухоли характеризуются экспрессией теломеразы, что коррелирует со способностью к неограниченной пролиферации клеток, тогда как большинство доброкачественных предраковых опухолей характеризуются отсутствием теломеразы (3).Соматические мутации в проксимальном промоторе гена обратной транскриптазы теломеразы человека (TERT ) в настоящее время считаются наиболее распространенной некодирующей мутацией при раке. Например, подавляющее большинство первичных меланом (67–85%), глиобластом (28–84%), липосарком (74–79%) и рака уротелия (47%) содержат мутаций промотора TERT , и о дополнительных типах опухолей сообщается почти еженедельно (37–44). Неизвестно, почему некоторые распространенные виды рака, такие как рак легких, толстой кишки, яичников, пищевода, поджелудочной железы, молочной железы и простаты, не имеют высокой частоты мутаций промотора TERT (42).Как правило, при этих типах рака нет или очень небольшой процент (<10%) промоторных мутаций. Хотя это может измениться с дополнительными будущими исследованиями, это также может быть определенная совокупность онкогенных изменений, которые предрасполагают клетки в предраковых поражениях к мутациям промотора TERT . С другой стороны, мутации промотора TERT , по-видимому, несколько чаще встречаются в тканях, которые не имеют высокой скорости обновления клеток (самообновление; ссылка 40), но исключения из этого, такие как карциномы полости рта, уже существуют. (40).Хотя считается, что эти мутации активируют активность теломеразы (путем преобразования консервативных областей в промоторе TERT в сайт связывания фактора транскрипции ETS), чтобы обеспечить непрерывные деления клеток, необходимые для поздних стадий рака, большая часть молекулярных шагов, касающихся причинной связи мутаций промотора сохранение длины теломер остается неизвестным. Ранее сообщалось, что некоторые виды рака не обладают определяемой активностью теломеразы, и это часто приводит к спонтанной ремиссии рака (45, 46).Эти примеры демонстрируют, что для развития рака необязательно обладать теломеразной активностью, но необходим механизм поддержания теломер для непрерывного роста прогрессирующей опухоли (45–47). Почти во всех раковых заболеваниях человека иммортализация возникающих раковых клеток происходит за счет реактивации или активации теломеразы; однако другой механизм может также обратить вспять истирание теломер, чтобы обойти старение, которое называется альтернативным удлинением теломер (ALT) и включает рекомбинацию ДНК между теломерами (48).Путь АЛТ не распространен при карциномах, но проявляется в саркомах мягких тканей и некоторых других, менее распространенных типах опухолей, но в настоящее время не существует направленной терапии пути АЛТ (48).

Кроме того, для поддержания самых коротких теломер требуется очень мало теломеразы. Ранее было показано, что даже 1% теломеразы, наблюдаемой при типичных поздних стадиях рака, достаточно для поддержания самых коротких теломер (49), и что краткосрочная (~ 2 недели) экспрессия теломеразы в нормальных клетках достаточна для удвоения пролиферативная продолжительность жизни клеток (50).Эти исследования показывают, что теломераза задействуется в самых коротких теломерах и что для поддержания этих коротких теломер требуется очень небольшая активность фермента теломеразы. Эти вопросы имеют важное значение для развития теломеразной терапии (обсуждается в следующем разделе). Таким образом, одна из возможностей состоит в том, что высокие уровни теломеразы и значительное удлинение теломер могут не потребоваться для устойчивого роста появляющихся злокачественных клеток. Действительно, почти все злокачественные опухоли имеют очень короткие теломеры.Можно предположить, что если теломераза экспрессируется на очень высоком уровне, то теломеры могут сильно удлиняться, и это может иметь пагубные последствия. Альтернативно, если теломераза не была активирована в достаточной степени, теломеры продолжали бы укорачиваться с продолжающимися клеточными делениями, и клетки в конечном итоге перестали бы делиться. Таким образом, наличие более чем достаточного количества теломеразы для работы на очень небольшом количестве самых коротких теломер вряд ли будет иметь селективное преимущество. Кроме того, могут существовать другие механизмы активации теломеразы, такие как геномные амплификации, перестройки (51) или изменения в сплайсинге TERT (52).Наконец, существует вероятность того, что ген TERT может иметь функции, не зависящие от поддержания теломер.

Недавно было показано, что метки активного хроматина в клетках с мутациями промотора TERT коррелируют с экспрессией TERT (44). Сообщалось, что мутантные промоторы TERT проявляют метку активного хроматина h4K4me2 / 3 и рекрутируют фактор транскрипции GABPA / B1, хотя аллель TERT дикого типа сохраняет метку эпигенетического молчания h4K27me3 и не рекрутирует GABPA / Фактор транскрипции B1.Интересно, что мутаций промотора TERT в экспрессирующих теломеразу нормальных эмбриональных стволовых клетках человека (hESC) лишь незначительно увеличивают активность теломеразы (39). Хотя hESC дикого типа подавляют активность теломеразы при индукции дифференцировки, теломераза остается активной в hESC с мутациями промотора TERT в условиях дифференцировки (39). Таким образом, мутации моноаллельного промотора TERT должны обеспечивать селективное преимущество при определенных типах опухолей, таких как глиобластомы, уротелиальные карциномы и меланомы, возможно, за счет сохранения активного состояния хроматина (44), чтобы, возможно, обойти старение на основе теломер, позволяя дополнительным клеткам отделения для возникновения других онкогенных изменений.Напротив, многие распространенные типы солидных опухолей не имеют частых мутаций промотора TERT , и в настоящее время очень мало известно о том, почему существуют такие большие различия в частотах мутаций промотора или достаточно ли мутаций промотора TERT для образования опухолей. . Большинство, но не все, карциномы претерпевают резкое укорачивание теломер перед активацией теломеразы, поэтому одна из возможностей состоит в том, что сильно укороченные теломеры также изменяют состояние хроматина в промоторе TERT (что составляет примерно 1.2 Mb от теломеры 5p) при раке, не содержащем мутаций промотора TERT . Остается еще много нерешенных фундаментальных вопросов о теломеразе при раке:

• Достаточно ли мутаций промотора TERT для бессмертия клеток в нормальных клетках человека, которые подавлены для активности теломеразы (например, нормальных фибробластов)?

• На чем основана тканевая специфичность мутаций промотора TERT ?

• На какой стадии развития рака мутации промотора TERT активируют теломеразу? Зависит ли это от длины теломер, скорости обновления клеток или других геномных перестроек во время активации теломеразы?

Роль теломеразы в злокачественной трансформации

Почти все предопухолевые поражения имеют критически укороченные теломеры, и это может быть начальным защитным механизмом, ограничивающим максимальное количество делений, которым могут подвергнуться человеческие клетки.Таким образом, механизм, основанный на коротком старении теломер, мог бы быть мощным начальным механизмом подавления опухоли, потому что для того, чтобы нормальная клетка стала злокачественной, требуется большое количество генетических и эпигенетических изменений. Однако можно представить себе, что ограничение максимального числа клеточных делений в клетках человека в конечном итоге приведет к состоянию остановки предопухолевого пролиферативного роста, известному как репликативное старение или старение (рис. 3). Таким образом, старение могло развиться как противораковый молекулярный механизм у крупных долгоживущих млекопитающих, чтобы избежать рака в раннем возрасте (53, 54).В клетках, которые приобретают серию онкогенных изменений, репликативное старение можно обойти, и в конечном итоге клетки входят в состояние, известное как кризис (31, 55). Во время кризиса теломеры настолько короткие, что происходит слияние конца-конец хромосомы с последующими циклами мост-разрыв-слияние, а затем редко у людей (55) клетка задействует механизм выхода из кризиса. Молекулярные механизмы обхода кризиса недостаточно изучены, и в некоторых случаях вместо теломеразы задействуется механизм рекомбинации ДНК (48, 56).Кроме того, вполне вероятно, что то, что часто называют репликативным (основанное на теломерах) старением, на самом деле является ответом на повреждение ДНК, которое может быть связано не с окончательно укороченными теломерами, а, возможно, с неадекватными условиями культивирования клеток (57).

Рисунок 3.

Если предположить, что спонтанные мутации могут происходить примерно с каждыми 20 клеточными делениями (около 1 миллиона клеток), и предположить, что мутации обеспечивают предраковой клетке небольшое преимущество в росте, то после 60-100 удвоений (по крайней мере, в условия культивирования клеток) клетки будут содержать очень короткие теломеры, которые не закрыты и инициируют передачу сигналов о повреждении ДНК.Это потенциальная мощная «кирпичная стена» начального противоракового старения, которая защищает крупные долгоживущие виды, такие как люди, от раннего начала рака. В настоящее время считается, что для того, чтобы нормальная клетка превратилась в раковую, требуется от 8 до 15 ключевых онкогенных изменений, поэтому старение могло развиться у людей, чтобы предотвратить большинство видов рака до более позднего возраста. Однако в конечном итоге старение можно обойти, и это может привести к активации теломеразы и прогрессированию рака.

Было предложено множество механизмов для включения активности теломеразы.К ним относятся мутации / делеции в промоторе TERT (36–44), задействование альтернативного сплайсинга TERT (58, 59), амплификация гена TERT (60) и эпигенетические изменения (44). Другая возможность состоит в том, что ген TERT человека может саморегулировать себя, поскольку он расположен очень близко к концу теломер хромосомы 5 (61). У большинства крупных долгоживущих видов TERT также близко к теломерам, но у мелких короткоживущих видов, таких как мыши, TERT не находится рядом с теломерами.Теломераза по необходимости должна быть тщательно отрегулирована у крупных долгоживущих видов, чтобы избежать раннего начала рака, в то время как у более мелких млекопитающих, таких как мыши, теломераза, как известно, является более беспорядочной, и большинство инбредных линий мышей имеют очень длинные теломеры по сравнению с с людьми, но причины этого до конца не изучены. Можно предположить, что ген TERT , расположенный рядом с теломерами у крупных и долгоживущих видов, мог быть выбран на протяжении эволюционного периода для регулирования теломеразы и, следовательно, максимальной длины теломер, разрешенной во время развития человека (62).Известно, что теломераза активна во время раннего развития плода человека, а затем становится безмолвной в большинстве тканей примерно на 3-4 мес беременности (62). Таким образом, когда теломеры достигают определенной начальной длины (~ 15-20 т.п.н.) во время развития человека, трехмерные структуры хроматина, включающие эффекты положения теломер на больших расстояниях (TPE-OLD; ссылки 63, 64), могут заглушить ген TERT . . По мере прогрессирования рака, когда теломеры укорачиваются, эффекты подавления хроматина могут ослабевать, что приводит к созданию благоприятной среды для мутаций промотора теломеразы и реактивации теломеразы (рис.4). Это согласуется с наблюдением, что почти 70% всех онкологических заболеваний приходится на долю населения 65 лет и старше. TPE-OLD (длинные петли хроматина, включающие теломеры) в настоящее время продемонстрирован для нескольких генов, включая ISG15 , DSP , C1S и нескольких генов, которые, как считается, играют важную роль в фасциоскапуломеральной дистрофии заболеваний человека (63, 64 ). Таким образом, вполне возможно, что TERT регулируется на нескольких уровнях, включая образование петель теломер на больших расстояниях и модификации хроматина.

Рисунок 4.

Недавние данные свидетельствуют о том, что длина теломер может регулировать гены на больших расстояниях. Есть гены в нескольких мегабазах от теломер, которые заглушаются в молодых клетках, экспрессируются в старых клетках и снова репрессируются, когда TERT вводится в старые клетки. Используя 3-D FISH с субтеломерным зондом и представляющим интерес дистальным геном, можно наблюдать сигналы соседних зондов в молодых клетках и отдельные сигналы в старых клетках с короткими теломерами. Эта модель объясняет, как изменения экспрессии генов могут происходить во время старения без инициирования сигнала повреждения ДНК.В качестве примера модель (справа) показывает схему того, как длинные теломеры могут подавлять экспрессию определенного гена на больших расстояниях, а когда теломеры укорачиваются как часть нормального старения, экспрессия этого конкретного гена может измениться. Гены (X и Y на иллюстрации), хотя и находятся ближе к теломерам, не регулируются этим механизмом (TPE-OLD). Ранее было показано, что этим механизмом регулируются ISG15 , DSP , C1S и SORBS2 (62, 63).

Хотя было показано, что введение и экспрессия теломеразы иммортализуют клетки (65), само по себе это не индуцирует трансформированный фенотип (66). В человеческих фибробластах для экспериментальной трансформации теломеразоположительных клеток требуется множество факторов. Нормальные клетки, экспрессирующие только эктопически введенный hTERT, проявляют нормальную активность клеточного цикла, поддерживают контактное ингибирование и потребности роста, зависящие от закрепления, и поддерживают нормальный кариотип (66).

Таким образом, существует разнообразная система клеточных механизмов для подавления раннего развития неопластических клеток у человека.Можно также предположить, что множественность этих противораковых защитных механизмов объясняет относительную редкость рака у взрослых людей в первые четыре десятилетия жизни. Учитывая, что заболеваемость раком у людей увеличивается с возрастом, пожилые люди, теломеры которых в соматических клетках короче, чем у молодых, должны иметь повышенную предрасположенность к серьезным видам рака. Хотя это коррелятивно и, конечно, не доказывает причинно-следственную связь, эти результаты предполагают, что люди с изначально короткими теломерами должны иметь повышенный риск рака.Широко распространено мнение, что короткие теломеры в сочетании с другими онкогенными изменениями приводят к геномной нестабильности, которая обычно наблюдается при большинстве раковых заболеваний человека. Однако недавние исследования показали, что в общей популяции люди с изначально длинными теломерами также подвергаются более высокому риску развития основных видов рака (67–71). Как мы объясним этот очевидный парадокс?

Парадокс Пето: почему большинство крупных долгоживущих видов не заболевают раком чаще, чем мелкие короткоживущие виды?

Хорошо известно, что у большинства крупных млекопитающих также больше клеток и, как правило, более продолжительная продолжительность жизни, что требует большего количества репликаций клеток, что теоретически должно увеличивать бремя мутаций и увеличивать риск рака.Однако Пето указал, что риск рака не всегда зависит от размера (72). У крупных, долгоживущих млекопитающих не наблюдается увеличения риска рака по сравнению с мелкими, недолговечными. Эти открытия, известные как парадокс Пето (73, 74), предполагают роль эволюционных сил, часть которых может быть опосредована биологией теломер. Крупные долгоживущие млекопитающие обычно репрессируют теломеразу в соматических тканях и имеют короткие теломеры по сравнению с мелкими млекопитающими с короткой продолжительностью жизни (например, активность теломеразы обратно коррелирует с массой тела, не обязательно продолжительностью жизни; исх.75, 76). Подавленная теломераза и короткие теломеры, таким образом, будут уменьшать максимальное количество опосредованных репликацией мутаций, которые могут произойти до включения старения на основе теломер. Сообщалось, что короткая длина теломер коррелировала с увеличением продолжительности жизни, а репрессия теломеразы коррелировала с увеличением размера (массы) тела у более чем 50 видов млекопитающих, покрывающих большую часть радиации млекопитающих (75). Эта парадигма привела к концепции эволюционных компромиссов. Устойчивость к раку из-за подавленной теломеразы и коротких теломер может ограничивать регенеративную способность, тем самым увеличивая вероятность возрастных дегенеративных заболеваний, особенно по мере того, как животные становятся старше и их теломеры подвергаются дальнейшему укорачиванию.Однако есть исключения, такие как небольшой долгоживущий землекоп (77), у которых наблюдается увеличение количества вариантов супрессоров опухолей p15 / p16, уменьшение воспаления и увеличение содержания высокомолекулярного гиалуронана, что, возможно, влияет на адгезию клеток. В отличие от довольно редких исключений, концепция более короткой унаследованной длины теломер, являющейся механизмом противораковой защиты, была экспериментально проверена на большой серии млекопитающих и остается жизнеспособным объяснением (75).

Таким образом, возникает общий вопрос: как крупные млекопитающие снижают риск рака? В двух недавних статьях о слоне (78) и гренландском ките (79) появляются новые данные о том, что механизмы снижения риска рака у крупных млекопитающих могли развиться.Например, у африканского и азиатского слона примерно 20 последовательностей, родственных TP53 (p53), обнаруживаются путем секвенирования ДНК (78), и хотя некоторые из них могут быть псевдогенами, другие продуцируют функциональный белок. Таким образом, продолжительность жизни без рака у слона может быть связана с приобретением дополнительных копий функционального предка TP53 (78). Хотя белок p53 обычно считается сигнальным путем, подавляющим опухоль, с точки зрения эволюции сложнее понять, как эти дополнительные копии могли быть выбраны для защиты от рака. TP53 также является геном, чувствительным к клеточному стрессору, и это, возможно, может объяснить эволюционное приобретение дополнительных копий TP53 . Одна из возможностей, которая была недавно продемонстрирована (80), заключается в том, что наследственная функция р53 дикого типа, но не мутантного р53, заключается в ограничении подвижности ретротранспозона, и, таким образом, дополнительные копии р53 дикого типа могут служить механизмом супрессора опухоли за счет уменьшения количества переносимых клеток. элементы от перемещения в нормальном геноме. Напротив, гренландский кит, который живет почти 200 лет и считается самым долгоживущим млекопитающим, имеет в ~ 1000 раз больше клеток по сравнению с людьми.Подобно слонам, киты редко заболевают раком. Геном гренландского кита также был недавно секвенирован, и исследователи предположили, что увеличение количества копий или вариантов в генах восстановления повреждений ДНК (мутации в ERCC1 и дупликации PCNA и FEN1) может объяснять продолжительность жизни китов без рака (79).

Человек против мыши Парадокс рака

Если киты и слоны развили механизмы противораковой защиты, что происходит у людей? Средний человек весит от 60 до 80 кг и живет от 75 до 80 лет по сравнению с инбредными линиями мышей, которые весят от 20 до 25 граммов и живут примерно от 2 до 3 лет.Тем не менее, люди и мыши заболевают раком примерно одинаково. Чтобы это имело смысл, люди должны быть по крайней мере в 100000 раз более устойчивыми к раку по сравнению с мышами (53). Возможно, люди обладают лучшими механизмами репарации ДНК, или, возможно, инбредные линии мышей не подходят для сравнения с мышами дикого типа. Кроме того, инбредные линии мышей, вероятно, были случайно отобраны из-за быстрого роста, большого размера помета и быстрого созревания, которые могли отбросить гены медленного старения, включая гены противораковых.Действительно, было показано, что мыши дикого типа в неволе живут дольше, чем инбредные линии. Многие линии мышей дикого типа также имеют несколько более короткие теломеры по сравнению с инбредными линиями, которые обычно имеют очень длинные теломеры. Наконец, если удалить Tert или Terc (кодирующий компонент функциональной матрицы РНК теломеразы) из инбредных линий мышей (81), теломеры действительно укорачиваются, и в более поздних поколениях у мышей развиваются фенотипы старения (дисфункция стволовых клеток, кардиомиопатии, инсулинорезистентность, снижение реакции на стресс и лишь небольшое увеличение заболеваемости раком), как и у людей (81).Таким образом, инбредные линии мышей с нормальной продолжительностью жизни, вероятно, не используют репликативное старение на основе теломер в качестве механизма противораковой защиты (53). Хотя это большое различие в защите от рака может быть правдой при сравнении инбредных мышей с людьми, это неверно для людей по сравнению со слонами и китами. Таким образом, хотя люди, возможно, эволюционно развили более эффективную репарацию ДНК или другие механизмы для снижения заболеваемости раком, люди по-прежнему, по-видимому, менее защищены от развития рака по сравнению с другими крупными долгоживущими видами млекопитающих.

Почему люди более восприимчивы к раку, чем слоны и киты?

Итак, можно спросить, почему люди особенно уязвимы для рака? Хотя некоторые противоопухолевые механизмы могли развиться в эволюционном плане, например, темная пигментированная кожа для защиты от рака, вызванного УФ-В, люди в современную эпоху имеют достаточно высокую заболеваемость опухолями (по некоторым оценкам, около 50% в более развитых западных обществах; ссылки 82, 83). Одно из объяснений состоит в том, что люди исторически умирали при родах, несчастных случаях, инфекционных заболеваниях и / или голоде и никогда не испытывали эволюционного давления, чтобы разработать еще более эффективные механизмы противоопухолевой защиты.С улучшением санитарии, разработкой вакцин и антибиотиков, более безопасной рабочей средой, а также улучшенными лекарствами и хирургическими процедурами люди существенно удвоили свою среднюю продолжительность жизни за последние 150 лет. Вдобавок люди также резко изменили свой образ жизни, превратившись в привычный нам образ жизни охотников-собирателей, низкожировую и активную среду, на более сидячую, жирную, курящую, подверженную воздействию солнца и загрязненную среду. По некоторым оценкам, подавляющее большинство раковых заболеваний человека действительно связано с факторами образа жизни, которых нет у других крупных долгоживущих млекопитающих (83).Таким образом, поскольку люди живут дольше и большинство раковых заболеваний встречается у 65-летнего и более старшего сегмента населения (например, после репродукции), эволюционные адаптации еще не произошли у людей в той степени, в какой они произошли у слонов и китов. , хотя люди имеют более короткие теломеры и подавляют теломеразу в соматических тканях, подобно слонам и китам. Поскольку сейчас люди живут в совершенно другой окружающей среде, вполне возможно, что воспалительные реакции заставляют клетки человека проходить стадию старения и переходить в фазу увеличенной продолжительности жизни, поэтому клетки имеют дополнительные деления, вызывающие дополнительные онкогенные изменения.Когда затем клетки вступают в кризис, в сочетании с другими генетическими и эпигенетическими изменениями, вместо старения у клеток развивается геномная нестабильность и повышается риск рака и активации теломеразы. Один из способов подумать об этом заключается в том, что быстрое увеличение продолжительности жизни, скорее всего, вывело большинство людей из равновесия с эволюцией.

Правильно ли интерпретируются широко используемые методы измерения теломеразы и длины теломер?

Хотя точно установлено, что подавляющее большинство опухолей человека экспрессируют теломеразную активность, методы измерения этой активности различаются, что затрудняет сравнение исследований.Теломеразу можно анализировать с помощью различных методов, некоторые из которых более надежны и воспроизводимы, чем другие. Например, протокол амплификации теломерных повторов (TRAP), который использует ПЦР для амплификации продуктов удлинения фермента теломеразы, весьма чувствителен и может обнаруживать всего 0,01% положительных клеток (2, 49). Недавно было описано больше количественных анализов теломеразы с использованием цифровой ПЦР в каплях (ddPCR) (84), и ddTRAP потенциально может предоставить более точное количество молекул теломеразы на клетку вместо полуколичественной информации с использованием других методов.Действительно, стандартный анализ TRAP может широко варьироваться в зависимости от полуколичественных уровней активности теломеразы в образцах опухолей, поэтому большинство исследований, показывающих, что уровни активности теломеразы являются прогностическими индикаторами результата, могут быть подозрительными. Многие исследователи также используют мРНК для TERT в качестве суррогата активности фермента теломеразы, но поскольку теперь есть доказательства того, что мРНК для TERT действительно существует в нормальных клетках, необходимо с осторожностью использовать косвенные методы для предположения об активности фермента.

Существует также множество методов измерения длины теломер, включая анализ терминальных рестрикционных фрагментов (TRF) (6), in situ Q-FISH (85, 86), flow-FISH (87), Q-PCR (88) , хромосомно-специфический анализ длины отдельных теломер (STELA; исх.89) и универсальной СТЕЛА (90, 91). Кроме того, в настоящее время существует методика полногеномного секвенирования (TelSeq) для оценки средней или средней длины теломер, которая является количественной, но все же довольно дорогой по сравнению с другими методами (92). Все эти методы измерения длины теломер имеют свои сильные и слабые стороны. Например, в зависимости от количества рестрикционных ферментов, используемых для анализа по Саузерн-блоттингу TRF, можно получить очень разные диапазоны средних размеров теломер, и никаких стандартизаций в этой области не существует.Возможно, наиболее популярным и широко используемым методом определения средней длины теломер является метод Q-PCR, поскольку его довольно легко проводить и он обеспечивает среднюю длину теломер по сравнению с геном с одной копией (88). Проблема при использовании этого метода в раковых клетках, в отличие от нормальных диплоидных клеток, заключается в глобальной анеуплоидии, которая существует при раке, что повышает вполне реальную возможность того, что эталонный ген с единственной копией может быть неточным, и в опубликованных исследованиях об этом почти ничего не упоминается. .

Возможно, что еще более важно, неясно, что на самом деле означает средняя длина теломер, когда точно установлено, что самые короткие теломеры приводят к старению и геномной нестабильности (93). Хотя in situ Q-FISH и flow-FISH могут предоставить информацию о более коротких длинах теломер в нормальных и опухолевых клетках, оба метода основаны на кинетике гибридизации зонда с теломерами, которые могут не гибридизоваться с очень короткими теломерами. Например, свободные от сигнала концы с использованием in situ теломер Q-FISH не означают, что эти концы хромосом не имеют теломерных повторов.Таким образом, количественное определение самых коротких теломер требует более чувствительных анализов. Как однохромосомная, так и универсальная STELA — это методы определения процента самых коротких теломер (например, менее 1–2 т.п.н.). Однохромосомная STELA, возможно, менее полезна при раке, потому что есть большие вариации и потери в количестве хромосом. Универсальный STELA (90, 91) недавно появился для измерения самых коротких теломер на всех хромосомах, но ни однохромосомный, ни универсальный STELA не являются высокопроизводительными методами, поэтому крупномасштабные исследования будут более трудными.Вопросы, которые следует учитывать при проведении тестирования теломер на предрасположенность к болезням и старение, представлены в таблице 2.

Таблица 2.

Рекомендации по тестированию теломер

Таргетинг на теломеразу: терапевтический потенциал

Хотя было проведено несколько всесторонних обзоров подходов, рассматриваемых для ингибирования теломеразы. при раке (94–99) еще не было одобрено каких-либо антителомеразных методов лечения по каким-либо показаниям. Это определенно не из-за отсутствия попыток, и некоторые подходы недавно привели к клиническим испытаниям фазы II (100–102).Ингибиторы теломеразы остаются привлекательным подходом к нацеливанию на раковые клетки, в основном из-за специфичности активности в опухолевых клетках. Однако ключом к пониманию роли этого класса агентов является то, что ингибирующие эффекты проявляются только после того, как раковые клетки укорачивают свои теломеры в достаточной степени за счет продолжающейся пролиферации, чтобы заставить их войти в кризис и умереть. Следовательно, время до достижения эффективности в остановке роста опухоли теоретически зависит от исходной длины теломер в раковых клетках.Поскольку раковые клетки будут продолжать пролиферировать до того, как клетка «почувствует» сигнал об остановке роста или смерти, они с меньшей вероятностью будут столь же эффективны в терапии первой линии, но с большей вероятностью будут играть вспомогательную роль в борьбе с остаточным заболеванием. (поддерживающая терапия) после первоначального контроля осуществляется с помощью обычной хирургии, лучевой терапии, общей химиотерапии и даже таргетной терапии. Кроме того, поскольку некоторые гемопоэтические пролиферативные клетки проявляют регулируемую теломеразную активность, наблюдаются токсические эффекты (100–102), такие как тромбоцитопения (например, тромбоцитопения).g., низкое количество тромбоцитов). Эта токсичность требует от пациентов прекращения приема ингибитора теломеразы, и очень быстро теломеры восстанавливают свою длину.

Эффекты, вызывающие тромбоцитопению, одного вида терапии, иметелстата, теперь были перепрофилированы для лечения пациентов с эссенциальной тромбоцитемией (101) и миелофиброзом (102), с отличными начальными результатами, хотя по-прежнему сохраняется много побочных эффектов. Важно отметить, что впечатляющая частота ответа может быть неспецифической, потому что не было изменений в длине теломер в ходе лечения, а исходная длина теломер не предсказывала клинических ответов.В качестве альтернативы иметелстат может блокировать терминальное созревание предшественников мегакариоцитов, ингибируя теломеразу. Новый подход к нацеливанию на раковые клетки, экспрессирующие теломеразу, заключается в разработке опосредованных теломеразой соединений, не закрывающих теломеры (103). Это дает преимущество быстрого уменьшения размера опухоли, но в значительной степени не влияет на молчащие теломеразу нормальные клетки. Хотя при таком подходе все еще существует возможность возникновения некоторых побочных эффектов, он позволяет избежать длительного периода задержки от начала терапии до уменьшения опухоли.

Таким образом, теломеразная активность обнаруживается в подавляющем большинстве случаев рака человека. В настоящее время узким местом является то, что потребуются дополнительные валидационные исследования и клинические испытания, прежде чем знания об активности теломеразы станут полезными в практическом смысле для принятия решений относительно ведения пациентов. Это остается областью интенсивных исследований, и было разработано несколько дополнительных классов потенциальных агентов (см. Ссылки 94–99).

Теломеры и теломераза при старении клеток (старение)

Теломеры и теломераза при старении клеток (старение) // //

Теломеры — это кусочки ДНК на концах хромосом, которые защищают хромосомы от прилипания друг к другу или спутывания, которое может вызвать ненормальное функционирование ДНК.Когда клетки реплицируются, теломеры укорачиваются на концах хромосом, и этот процесс коррелирует со старением или клеточным старением. Неотъемлемая часть этого процесса теломераза, фермент, который восстанавливает теломеры и присутствует в различных клетках человеческого тела, особенно во время рост и развитие. Теломеры и теломераза необходимы для нормальное развитие животных, потому что они защищают ДНК при ее дублировании копии самого себя.

В 1965 году исследование Леонарда Хейфлика в Институте Вистар в Филадельфия, штат Пенсильвания, показала предел, до которого клетки дублируют себя перед старением.Хейфлик установил то, что стало называется пределом Хейфлика, который утверждает, что клетка может делить сорок до шестидесяти раз, прежде чем он не сможет делиться дальше и начнет стареть. В В 1970-х годах ученые исследовали теломеры. Элизабет Блэкберн изучала теломеры, когда работала в Йельском университете в Нью-Хейвене, Коннектикут. Алексей Оловников в России связал теломеры с клеточное старение и предел Хейфлика. Хотя у Блэкберна помог открыть теломеры в 1975 году, двумя годами ранее, в 1973 году, Оловников выдвинул гипотезу о существовании теломеразы, длина которой теломер и их связь с клеточным старением в своем исследовании на пределе Хейфлика.Не зная об исследованиях Оловникова, Блэкберн и Джозеф Г. Галл независимо друг от друга обнаружили повторяющуюся последовательность ДНК. на конце хромосом дрожжей, Tetrahymena Ашхабад . Блэкберн и Галл опубликовали результаты свои исследования в 1978 году. В 1982 году Блэкберн, затем в Университете Калифорния в Беркли, Калифорния, сотрудничал с Джеком У. Шостак в Гарвардской медицинской школе в Бостоне, штат Массачусетс. Пара выделила и клонировала теломеры в ДНК Tetrahymena .Блэкберн, с помощью своей ученицы Кэрол Грейдер, затем определила теломераза в 1984 г. и изолировала ее от Tetrahymena в 1989 г. Блэкберн, Джек Шостак и Кэрол Грейдер получили Нобелевскую премию в области физиологии и медицины в 2009 году за их работу по выявлению и выделить теломеры и теломеразу.

Блэкберн и другие обнаружили, что клетки стареют, когда длина теломер в клетках укорачивается. Каждый раз, когда ячейка реплицируется, конец нити ДНК или теломера сжимается в длина.Теломеры сжимаются при репликации, потому что фермент реплицирует ДНК, ДНК-полимеразу, работает только в одном конкретном направление на нити ДНК. Он создает то, что называется ведущим и отстающая нить дупликации. Ведущая прядь получает свою название, потому что ДНК-полимераза постоянно движется в одном направлении и реплицирует ДНК до тех пор, пока не завершит цепочку ДНК без разрывов. Отставание нить состоит из отдельных фрагментов ДНК, созданных ДНК полимераза, называемая фрагментами Окадзаки, которые позже соединяются вместе ферментом ДНК-лигазой для создания одной непрерывной цепи.Название отстающая прядь возникает из-за того, что она отстает от ведущей прядь, так как отстающая или ведущая прядь может занять больше времени для запечатывания вместе отдельные фрагменты ДНК. ДНК-полимераза отделяется из ДНК на конце отстающей нити и оставляет пространство, которое измеряет длину в несколько нуклеотидов. Теломераза обычно заполняет разрыв на конце ДНК после отделения полимеразы от Это.

Теломераза, фермент, восстанавливающий теломеры, существует в количества в развивающихся организмах и в эмбриональных стволовых клетках.Некоторый клетки обладают более высокой активностью теломеразы, чем другие. В виде человек развивается, и клетки реплицируются с большей частотой, избыток теломераза используется и позже пополняется только через минуту количества. В конце процесса ДНК При репликации без теломеразы, заполняющей пробелы в новой цепи DAN, теломеры укорачиваются с каждым клеточным делением. По словам Блэкберна, лимит Хейфлика является результатом уменьшение длины теломер. Уменьшение длины теломер также приводит к хромосомные аномалии, приводящие к мутациям в генетических код, мутации, которые могут вызвать рак и дальнейшее старение у людей.Однако слишком много теломеразы также может привести к раку, помогая клетки становятся функционально бессмертными, избегая ограничения Хейфлика. Бессмертные клетки могут нести мутации в неотремонтированных участках ДНК, и они передают раковые мутации в другие клетки посредством репликации.

Ученые продолжили исследования теломеразы, активности теломер, и клеточное старение после экспериментов Блэкберна в 1980-е годы. Ученые изучили, как факторы окружающей среды могут влиять на длина теломер и, как следствие, старение клеток.В 2008, Джеральдин Обер и Питер Лангсдорп в лаборатории Терри Фокса в Ванкувер, Канада, опубликовал исследование, показывающее, что клетки реплицируются в ответ на мутации в генетическом коде или в ответ на стресс. Обер и Лангсдорп показал, что клетка будет реплицироваться, чтобы попытаться восстанавливают поврежденную ДНК и, в свою очередь, укорачивают теломеры.

В 2012 году Блэкберн, Джу Линь и Элисса Эпель из Университета Калифорния в Сан-Франциско, Калифорния, показала влияние образа жизни на длину теломер и клеточное старение у человека.Они обнаружили, что стресс, питание и личность влияет на длину теломер и фермент теломеразы Мероприятия. Они определили стресс как неблагоприятные жизненные события, такие как смерть. в семье или хронически больных детей, и они обнаружили, что личность также влияет на то, как человек воспринимает стрессовые события. Авторы отметили, что те, кто воспринимал события как менее стресс, чем ожидалось исследователями, имел более длинный теломер длины по сравнению с людьми, которые воспринимали события как более стрессом, чем ожидали исследователи.Такое поведение поскольку курение или употребление в пищу обработанного мяса также коррелирует с более коротким, чем обычно, длина теломер. Также тем, кто принимал витамин C или E добавки имели более длинную, чем обычно, длину теломер. Результат Эксперимент Блэкберн и ее команды подтвердил, что факторы влияют на длину теломер.

Некоторые люди критиковали исследования теломер. Гарри Рубин из Университета Калифорния в Беркли утверждала, что исследователи, изучающие связь теломер с раком, иногда производят подозрительные данные.Другие утверждали, что ученые слишком много внимания уделяют исследование теломер, когда им также следует изучить другие вовлеченные факторы в клеточном цикле.

Источники

1. Обер, Джеральдин и Питер М. Лангсдорп «Теломеры и старение». Physiological Reviews 88 (2008): 557–79. http://physrev.physiology.org/content/physrev/88/2/557.full.pdf (по состоянию на 17 февраля 2015 г.).
2. Блэкберн, Элизабет Х. и Джозеф Г. Галл. «Тандемно повторяющаяся последовательность на концах внехромосомного гены рибосомной РНК у Tetrahymena.» Молекулярный журнал Биология 120 (1978): 33–53.
3. Грейдер, Кэрол В. и Элизабет Х. Блэкберн. «Теломерный последовательность в РНК теломеразы Tetrahymena, необходимая для синтез теломерных повторов ». Nature 337 (1989): 331–7.
4. Хейфлик, Леонард. «Ограниченная продолжительность жизни человека in vitro штаммы диплоидных клеток ». Experimental Cell Research 37 (1965): 614–36.
5. Хейфлик, Леонард и Пол С. Мурхед. «Сериал культивирование штаммов диплоидных клеток человека.» Экспериментальная ячейка Research 25 (1961): 585–621.
6. Цзян, Лицзин. «Вырождение в миниатюре: история клетки» Исследования смерти и старения в двадцатом веке »PhD., Университет штата Аризона, 2013. http://repository.asu.edu/ attachments / 114558 / content / Jiang_asu_0010E_13292.pdf (Проверено 6 июня 2014 г.).
7. Лин, Джу, Элиссас Эпель и Элизабет Блэкберн. «Теломеры и факторы образа жизни: роль в клеточном старении «. Мутация Research 730 (2012): 85–9.
8. Нобелевская премия. «Нобелевская премия по физиологии и медицине 2009. « Nobel Media. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates / 2009 / (доступ 5 октября 2013 г.).
9. Оловников Алексей Михайлович «Теория маржинотомии. неполное копирование поля матрицы при ферментативном синтезе полинуклеотиды и биологическое значение явления ». Журнал теоретической биологии 41 (1973): 181–90.
10. Рубин, Гарри.«Теломераза и продолжительность жизни клеток: прекращение дебаты? » Nature Biotechnology 16 (1998): 396–7.
11. Штраус, Эвелин. «Премия Альберта Ласкера за особые Достижения в области медицины ». Фонд Ласкера. http://www.laskerfoundation.org/awards/2006_s_description. htm (по состоянию на 20 октября 2013 г.).
12. Шостак, Джек В. и Элизабет Х. Блэкберн. «Клонирование дрожжей теломеры на линейных плазмидных векторах ». Cell 29 (1982): 245–55.

Бартлетт, Зейн, «Теломеры и теломераза при старении клеток (старение)».

(11 февраля 2015 г.). ISSN: 1940-5030 http://embryo.asu.edu/handle/10776/8301.

Государственный университет Аризоны. Школа наук о жизни. Центр биологии и общества. Энциклопедия проекта эмбриона.

Авторские права Аризонский совет регентов под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-Share Alike 3.0 Unported (CC BY-NC-SA 3.0) http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/

теломеры; Теломераза; Блэкберн, Элизабет Н .; Грейдер, Кэрол В .; Институт анатомии и биологии Вистар; Старение; ДНК; Хромосомы; Дрожжи; Стволовые клетки; эмбриональные стволовые клетки; Концепция

Сезонность активности теломеразы в зависимости от размера клеток, репликации ДНК и питательных веществ в жировом теле Apis mellifera

1.

Новак, М. А. Эволюция эусоциальности. Природа 466 , 1057–1062 (2010).

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

2.

Ремолина, С. и Хьюз, К. А. Эволюция и механизмы долгой жизни и высокой плодовитости у пчелиных маток. Возраст 30 , 177–185 (2008).

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

3.

Келлер, Л. и Генуд, М. Чрезвычайная продолжительность жизни муравьев: проверка эволюционных теорий старения. Lett. Nat. 389 , 3–5 (1997).

Артикул Google Scholar

4.

Келлер Л. и Джемилити С. Социальные насекомые как модель для изучения молекулярных основ старения. Exp. Геронтол. 41 , 553–556 (2006).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

5.

Лоран, К. и Генуд, М. Чрезвычайная продолжительность жизни муравьев: проверка эволюционных теорий старения. Nature 389 , 958–960 (1997).

ADS Статья Google Scholar

6.

Уинстон М. Л. Биология медоносной пчелы (издательство Гарвардского университета, Кембридж, 1987).

Google Scholar

7.

Амдам, Г. В. и Омхольт, С.W. Переход пчелы улья к собирателю в пчелиных семьях: гипотеза двойного репрессора. J. Theor. Биол. 223 , 451–464 (2003).

CAS PubMed МАТЕМАТИКА Статья PubMed Central Google Scholar

8.

Amdam, G.V. et al. Социальная инверсия иммунного старения у рабочих медоносных пчел. Exp. Cell Res. 40 , 939–947 (2005).

CAS Google Scholar

9.

Мюнх, Д. и Амдам, Г. В. Любопытный случай старения пластичности медоносных пчел. FEBS Lett. 584 , 2496–2503 (2010).

PubMed Статья CAS PubMed Central Google Scholar

10.

Амдам, Г. В. Социальный контекст, стресс и пластичность старения. Ячейка старения 10 , 18–27 (2011).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

11.

Хуанг З. Ю. и Робинсон Г. Э. Сезонные изменения титров ювенильных гормонов и скорости биосинтеза у медоносных пчел. J. Comp. Physiol. B 165 , 18–28 (1995).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

12.

Чан, С. В. и Блэкберн, Э. Х. Новые способы не сводить концы с концами: теломераза, белки повреждения ДНК и гетерохроматин. Онкоген 21 , 553–563 (2002).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

13.

Денчи, Э. Л. Дайте мне передышку: как теломеры подавляют реакцию на повреждение ДНК. Ремонт ДНК (Amst). 8 , 1118–1126 (2009).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

14.

Харли К. Б., Футчер А. Б. и Грейдер К. В. Теломеры укорачиваются при старении фибробластов человека. Nature 345 , 458–460 (1990).

ADS CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

15.

Обер Г., Лансдорп П. М., Обер Г. и Лансдорп П. М. Теломеры и старение. Physiol. Ред. 88 , 557–579 (2008).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

16.

Мейсон, Дж. М., Редди, Х. М., Чапкова Фридрихова, Р. Поддержание теломер у организмов без теломеразы. В современных достижениях репликации ДНК, Х. Селигман, изд. (InTech), стр. (2011).

17.

Мейсон, Дж. М., Фридрихова, Р. К. и Биссманн, теломеры H. Drosophila: исключение, дающее новые идеи. BioEssays 30 , 25–37 (2008).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

18.

Мейсон, Дж. М., Рэндалл, Т. А. и Фридрихова, Р. К. Теломераза потеряна ?. Хромосома 125 , 65–73 (2016).

CAS PubMed Статья Google Scholar

19.

Райт, В. Э., Пятишек, М. А., Рейни, В. Э., Берд, В. и Шей, Дж. У. Активность теломеразы в зародышевой линии и эмбриональных тканях и клетках человека. Dev. Genet. 18 , 173–179 (1996).

CAS PubMed Статья Google Scholar

20.

Cong, Y., Wright, W. E. & Shay, J. W. Теломераза человека и ее регуляция. Microbiol. Мол. Биол. Ред. 66 , 407–425 (2002).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

21.

Обер, Г. и Лансдорп, П. М. Теломеры и старение. Physiol. Ред. 88 , 557–579 (2008).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

22.

Heidinger, B.J. et al. Длина теломер в молодом возрасте предсказывает продолжительность жизни. PNAS 109 , 1–6 (2011).

Google Scholar

23.

Wilbourn, R.V. et al. Взаимосвязь между длиной теломер и риском смертности в немодельных системах позвоночных: метаанализ. Philos. Пер. R. Soc. B Biol. Sci. 373 , 20160447 (2018).

Артикул Google Scholar

24.

Милевски, Л. А. К. Эволюция старения. Biosci. Горизонты 3 , 77–84 (2010).

CAS Статья Google Scholar

25.

Родье Ф., Кампизи Дж. И Бхаумик Д. Две стороны р53: старение и подавление опухоли. Nucleic Acids Res. 35 , 7475–7484 (2007).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

26.

Флорес И. и Бласко М. А. Роль теломер и теломеразы в старении стволовых клеток. FEBS Lett. 584 , 3826–3830 (2010).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

27.

Янг, А. Дж. И Янг, А. Дж. Роль теломер в механизмах и эволюции компромиссов жизненного цикла и старения. Philos. Пер. R. Soc. B Biol. Sci. 373 , 2160452 (2018).

Артикул CAS Google Scholar

28.

Korandová, M., Kr T.ček, T., Vrbová, K. & Frydrychová, R.C. Распределение TTAGG-специфической активности теломеразы у насекомых. Chromosome Res. 22 , 495–503 (2014).

PubMed Статья CAS PubMed Central Google Scholar

29.

Корандова М. и Фридрихова Р.С. Активность теломеразы и длина теломеры в Apis mellifera . Хромосома 125 , 405–411 (2016).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

30.

Смедал Б., Брюнем М., Крейбич К. Д. и Амдам Г. В. Феромон выводка подавляет физиологию экстремального долголетия у медоносных пчел ( Apis mellifera ). J. Exp. Биол. 212 , 3795–3801 (2009).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

31.

Arrese, E. L. & Soulages, L. J. Жировое тело насекомых: энергия, метаболизм и регуляция. Annu. Преподобный Энтомол. 55 , 207–225 (2010).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

32.

Ли, Х. О., Дэвидсон, Дж. М. и Дуронио, Р. Дж. Эндорепликация: полиплоидия с целью. Genes Dev. 223 , 2461–2477 (2009).

Артикул CAS Google Scholar

33.

Koubová, J. et al. Активность теломеразы активируется в жировых тканях маток шмелей в преддиапаузационном периоде (Bombus terrestris). Насекомое Biochem. Мол. Биол. 115 , 103241 (2019).

Google Scholar

34.

Sahin, E. et al. Дисфункция теломер вызывает метаболические и митохондриальные нарушения. Природа 470 , 359–365 (2011).

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

35.

Сахин Э. и Де Пиньо Р. А. Ось старения: теломеры, p53 и митохондрии. Нат. Rev. Mol. Cell Biol. 13 , 397–404 (2012).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

36.

Maida, Y. et al. РНК-зависимая РНК-полимераза, образованная hTERT и РНКазой MRP РНК. Природа 461 , 230–235 (2009).

ADS CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

37.

Seehuus, S., Norberg, K., Gimsa, U., Krekling, T. и Amdam, G. V Репродуктивный белок защищает функционально стерильных рабочих медоносных пчел от окислительного стресса. PNAS 103 , 962–967 (2006).

ADS CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

38.

Havukainen, H. et al. Вителлогенин распознает повреждение клеток через связывание с мембраной и защищает живые клетки от реактивного кислорода. J. Biol. Chem. 288 , 28369–28381 (2013).

CAS PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

39.

Kodrík, D. et al. Изменения экспрессии вителлогенина, вызванные нематодными и грибковыми инфекциями у насекомых. J. Exp. Биол. 222 (10), 202853 (2019).

Артикул Google Scholar

40.

Amdam, G.V. et al. Гормональный контроль предшественника желтка, вителлогенина, регулирует иммунную функцию и продолжительность жизни медоносных пчел. Exp. Cell Res. 39 , 767–773 (2004).

CAS Google Scholar

41.

Хартфельдер К. Ювенильный гормон насекомых: от «статус-кво» к светскому обществу. Brazilian J. Med. Биол. Res. 33 , 157–177 (2000).

CAS Статья Google Scholar

42.

Гуидугли, К. Р., Насименто, А. М., Амдам, Г. В., Барчук, А. Р. и Симо, Л. П. Вителлогенин регулирует гормональную динамику в касте рабочих эусоциальных насекомых. FEBS Lett. 579 , 4961–4965 (2005).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

43.

Татар, М. и Инь, К. Медленное старение во время репродуктивной диапаузы насекомых: почему бабочки, кузнечики и мухи похожи на червей. Exp. Геронтол. 36 , 723–738 (2001).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

44.

Фарбах, С. Э. и Робинсон, Г. Э. Ювенильный гормон, поведенческое созревание и структура мозга медоносной пчелы. Dev. Neurosci. 18 , 102–114 (1996).

CAS PubMed Статья PubMed Central Google Scholar

45.

Нюрнбергер Ф., Хартель С. и Штеффен-Девентер И. Влияние температуры и светового периода на время появления расплода в зимующих семьях медоносных пчел. PeerJ 6 , e4801 (2018).

PubMed PubMed Central Статья Google Scholar

46.

Чередников А.В. Фотопериодизм у медоносной пчелы. Ent. Ред. Вашингтон, 46 , 33–37 (1967).

Google Scholar

47.

Флури П. и Богданов С. Влияние искусственного сокращения фотопериода на медоносную пчелу ( Apis mellifera ) Полиэтизм. Журнал Apic. Res. 26 , 83–89 (1987).

Артикул Google Scholar

48.

Jehlík, T. et al. Действие Chlorella sp. по биологическим характеристикам медоносной пчелы Apis mellifera . Apidologie 4 , 564–577 (2019).

Артикул CAS Google Scholar

49.

Соха, Р., Кодрик, Д., Шимек, П. и Паточкова, М. Типы энергетических субстратов, мобилизованных с помощью AKH, у насекомых можно предсказать, не зная структуры гормонов. Eur. J. Entomol. 101 , 1210–5759 (2004).

Google Scholar

Укорачивание теломер, старение и рак

Перейти к:

Что такое теломеры?

Теломеры — это участки ДНК, которые образуют защитные колпачки на концах хромосом, немного напоминающие пластиковое покрытие на кончиках шнурков.Без этих защитных советов ДНК со временем повреждается, и клетки в конечном итоге перестают нормально функционировать. Как и вся ДНК, они состоят из четырех нуклеиновых оснований, а именно: A для аденина, T для тимина, C для цитозина и G для гуанина.

Теломеры — это цепочки ДНК, состоящие из одной и той же короткой последовательности оснований, повторяющейся снова и снова. В случае человека эта повторяющаяся последовательность представляет собой TTAGGG на одной цепи ДНК, которая спаривается с AATCCC на другой цепи ДНК. Теломеры обычно состоят из примерно 3000 повторяющихся последовательностей и могут содержать до 15000 оснований.

Концепция здоровья с потерей длины теломер с помощью ДНК и укорачивания теломер. Трехмерная иллюстрация — Lightspring / Shutterstock

Функция теломер

Три основных назначения теломер следующие:

• Они помогают расположить каждую из 46 хромосом, присутствующих в ядре клетки
• Они образуют защитный колпачок на концах хромосом
• Они обеспечивают правильную репликацию хромосом при делении клетки

Каждый раз, когда клетка делится, хромосомы становятся короче.Поскольку концы хромосом защищены теломерами, единственная часть хромосомы, которая теряет основания (примерно от 25 до 200), — это конец теломеры, а остальная часть ДНК остается неповрежденной. Без теломер важные части хромосомы терялись бы каждый раз, когда клетка подвергается репликации ДНК, которая обычно составляет от 50 до 70 раз. Участок ДНК, необходимый для жизни, будет становиться короче с каждым делением клетки.

Без теломер концы хромосом могли бы начать сливаться вместе, что могло бы повредить ДНК и вызвать гибель или неисправность клеток и рак.Поскольку сломанная ДНК повреждает, клетки должны уметь распознавать и восстанавливать это повреждение. Если бы хромосомы не имели теломер, они были бы похожи на сломанную ДНК, и клетка без необходимости пыталась бы ее восстановить. Это также приведет к прекращению деления клеток, а затем к их гибели.

Укорочение и старение теломер

Теломеры влияют на старение наших клеток. Как только они теряют определенное количество оснований и становятся слишком короткими, клетка больше не может делиться и реплицироваться.

Эта неактивность или старение приводит к гибели клеток (апоптозу), а укорочение теломер связано со старением, раком и повышенной вероятностью смерти. Поскольку каждый орган и ткань в организме состоят из клеток, теломеры жизненно важны для поддержания жизни и здоровья.

Укорочение теломер связано со всеми аспектами процесса старения и указывает на биологический возраст человека, а не на хронологический.

Ученые впервые наблюдали связь между укорочением теломер и старением почти 40 лет назад, и сегодня ученые все еще заняты изучением теломер и положительных эффектов потенциального обращения вспять их укорочения по мере старения людей.

В более молодых клетках фермент теломераза предотвращает потерю теломерами слишком большого количества оснований, добавляя повтор TTAGGG обратно к концам хромосом. Однако по мере того, как клетка многократно делится, теломераза становится менее способной справляться с количеством оснований, которые необходимо добавить, и теломеры начинают укорачиваться по мере старения клетки.

Теломераза обнаруживается в высоких концентрациях в клетках, которые быстро делятся, таких как клетки зародышевой линии (сперматозоиды и яйцеклетки) и стволовые клетки, где она сохраняет длину теломер и, следовательно, ДНК после репликации.Таким образом, длина теломер в этих клетках сохраняется или даже удлиняется, что означает, что они не стареют. Напротив, теломераза присутствует только в очень низких концентрациях в соматических клетках (остальных клетках нашего тела), что означает, что эти клетки стареют и со временем становятся менее функциональными. Теломераза также присутствует в высоких концентрациях в раковых клетках, что позволяет им оставаться в живых и продолжать репликацию. Если бы активность теломеразы могла быть подавлена ​​в этих клетках, укорочение теломер в конечном итоге остановило бы их успешное деление и образование опухолей.

Данные свидетельствуют о том, что длину теломер можно использовать в качестве индикатора прогнозируемой продолжительности жизни. У новорожденных белые кровяные тельца имеют длину теломер от 8000 до 13000 пар оснований по сравнению с 3000 у взрослых и только 1500 у пожилых. После фазы новорожденного количество пар оснований имеет тенденцию уменьшаться примерно на 20-40 в год. Например, к тому времени, когда человек достигает 40 лет, его теломеры могут потерять до 1600 пар оснований.

Однако старение — не единственный фактор, связанный с укорочением теломер; другие факторы, такие как курение и ожирение, также влияют на длину теломер.

Теломераза и стволовые клетки

Стволовые клетки — это неспециализированные клетки, способные дифференцироваться в соматические клетки любого типа (клетки тела, не являющиеся репродуктивными клетками). Они также способны к самообновлению посредством деления клеток с образованием большего количества стволовых клеток того же типа. В некоторых органах, таких как костный мозг, они быстро делятся, заменяя поврежденную ткань, но в других органах, таких как сердце, они делятся только при определенных условиях.

С возрастом количество стволовых клеток уменьшается, и они производят меньше новых соматических клеток, что вызывает дегенерацию органов.

Стволовые клетки имеют определенные способы поддерживать длину теломер, чтобы продлить свою жизнь. Они включают регуляцию связывающим теломеры белком, дупликазой ДНК и теломеразой. Теломераза является наиболее важным регулятором длины теломер, компенсируя или задерживая укорочение теломер во время деления клетки для поддержания целостности генома. Теломераза сильно экспрессируется в клетках во время эмбрионального развития, а затем менее сильно экспрессируется через несколько недель после рождения, за исключением стволовых клеток и быстро обновляющихся клеток, таких как тромбоциты и лимфоциты.

In vitro основной причиной ограничения репликации, самообновления и размножения стволовых клеток является потеря теломеразы и, как следствие, изменения ее экспрессии. По мере развития тканевой инженерии исследователи сосредотачиваются на стимулировании дифференцировки стволовых клеток в различные клеточные линии, поэтому возможность индуцировать или увеличивать экспрессию теломеразы жизненно важна для этой работы.

Удлинение теломер при раке

Рак характеризуется быстрым и неконтролируемым делением клеток, чему способствует тот факт, что теломераза очень активна в раковых клетках, восстанавливая и удлиняя любые теломеры, которые были повреждены и укорочены.Теломераза позволяет раковым клеткам быстро расти и бесконечно воспроизводиться, сохраняя теломеры длинными.

Без теломеразы раковые клетки были бы дезактивированы, перестали бы делиться и в конечном итоге подверглись бы апоптозу. Поэтому теломеры и теломераза представляют значительный интерес для исследователей, желающих разработать новые методы лечения рака. Агенты, которые могут ингибировать теломеразу или убивать клетки, вырабатывающие фермент, потенциально могут инактивировать раковые клетки и остановить их размножение. Однако подавление активности теломеразы может негативно повлиять на клетки, которые полагаются на фермент, такие как сперматозоиды, яйцеклетки и иммунные клетки, потенциально вызывая проблемы с фертильностью и иммунным ответом на инфекцию.

Однако теломераза активна только на очень низких уровнях или вообще отсутствует в соматических клетках, на которые такие методы лечения не должны влиять. Исследователи надеются, что это будет означать, что у раковых пациентов будет меньше побочных эффектов при использовании этого типа терапии по сравнению с методами лечения, доступными в настоящее время.

Биология теломер особенно важна в исследованиях рака, и ученые стремятся понять, как лучше всего использовать эти структуры для продвижения методов лечения.

В Йельской школе медицины профессор лабораторной медицины, патологии, молекулярной биофизики и биохимии Сэнди Чанг изучает роль теломер в старении и распространении рака. Исследования Чанга показали, как белки шелтерина связываются с теломерами, чтобы защитить их, и что при мутации или удалении компонентов шелтерина теломеры становятся нестабильными, вызывая изменения генома, которые могут привести к раку. Он также обнаружил, что, когда один конкретный белок шелтерина был удален из мышиной модели, стволовые клетки утратили способность функционировать должным образом.Чанг считает, что исправление таких мутаций у пораженных пациентов однажды может увеличить выживаемость и отсрочить начало рака.

Другое исследование Анджелы Риццо из Национального института рака IRCCS-Regina Elena и его коллег недавно изучило эпигенетические изменения в теломерном хроматине, которые влияют на защиту теломер и связаны с образованием опухоли. Авторы считают, что характеристика этого теломерного эпигенома является ключом к лучшему пониманию защиты теломер и потенциальной разработке новых противораковых препаратов.

Теломеры и другие болезни

Состояние дискератоза характеризуется наличием теломер, которые укорачиваются намного быстрее, чем обычно. У людей с дискератозом кожа преждевременно ороговевается, и это состояние может напоминать преждевременное старение (прогерия). Эти люди подвержены повышенному риску опасных для жизни инфекций, рака крови, цирроза печени, заболеваний кишечника и фиброза легких.

У них также выше вероятность облысения, седых волос, пятен, размягчения костей, плохого заживления ран и трудностей с обучением.Это предполагает, что теломеры играют роль в этих условиях, и все они включают ткани, которые быстро делятся. Некоторые исследования также показывают, что укорочение теломер играет роль при гипертонии, диабете 2 типа и болезни Альцгеймера.

Один вопрос, который задают ученые, заключается в том, можно ли использовать теломеразу для увеличения выживаемости за счет восстановления длины теломер. Если бы человеческие клетки можно было «увековечить» таким образом, ученые могли бы массово производить клетки, которые можно было бы использовать для трансплантации, включая клетки, вырабатывающие инсулин для лечения диабета, хрящевую ткань для лечения артрита, мышечные клетки для лечения мышечной дистрофии и клетки кожи, которые может использоваться при заживлении ран.Бесконечный запас клеток также будет полезен в экспериментах по открытию лекарств и генов.

Источники

• Домашняя страница информации о стволовых клетках NIH. Информация о стволовых клетках . Доступно по адресу: https://stemcells.nih.gov/info/basics/1.htm
• Ван LQ и Лю, DW. Теломеры, теломераза и стволовые клетки. Журнал клинических реабилитационных исследований тканевой инженерии, 2009; 13 (10): 1985-1988 Доступно на: www.researchgate.net/…/286338823_Telomere_telomerase_and_stem_cells
• ТА наук.Что такое теломер. Доступно по адресу: https://www.tasciences.com/what-is-a-telomere.html
• Learn.Genetics. Учебный центр генетики. Теломеры — ключ к старению и раку. Доступно по адресу: https://learn.genetics.utah.edu/content/basics/telomeres/
.
• Шаммас, М. А. Теломеры, образ жизни, рак и старение. Curr Opin Clin Nutr Metab Care . 2011 Янв; 14 (1): 28–34. DOI: 10.1097 / MCO.0b013e32834121b1
• Yourgenome.org. Что такое теломер? Доступно по адресу: https: // www.yourgenome.org/facts/what-is-a-telomere
• Британская энциклопедия. Теломеры. Сегмент ДНК. Доступно на: https://www.britannica.com/science/telomere
• Йельская медицина. Telomere Research, 2019. Доступно по адресу: https://www.yalemedicine.org/conditions/telomere-research/
.
• Rizzo, A et al. Новые роли изменений теломерного хроматина при раке. Журнал экспериментальных и клинических исследований рака, 2019; 38:21 Доступно по адресу: https://doi.org/10.1186/s13046-019-1030-5
• Кавалласка Дж.Центральная роль стволовых клеток и теломер в процессе старения. Long Life, 2017. Доступно по адресу: www.longlonglife.org/…/

Дополнительная литература

.