Ученые нашли «выключатель» старения клеток

Ученые из Института Солка (Salk Institute, США) нашли клеточный «переключатель», который может стать ключом к «здоровому» старению. Этот переключатель позволит поддерживать деление здоровых клеток и даже в старости восполнять, например, ткани легких или печени.

В нашем организме постоянно происходит восполнение клеток легких, кожи, печени и других органов. Однако большинство клеток человека не способны делиться бесконечно: каждое деление «отсчитывается» клеточным таймером, расположенным на концах хромосом – теломерами. При каждом клеточном делении теломеры укорачиваются, и, когда они становятся слишком короткими, клетка теряет способность к делению, что приводит к дегенерации органов и тканей, наблюдаемой обычно в старости. Однако есть способ обойти этот счетчик: некоторые клетки (например, стволовые, половые, а также раковые) вырабатывают фермент теломеразу, достраивающий теломеры и позволяющий клеткам делиться неограниченно.

В новом исследовании, результаты которого опубликованы в журнале Genes and Development, ученые из Института Солка сообщают о том что даже при наличии в клетке теломераза может быть «выключена».

«Мы с удивлением обнаружили, что теломераза имеет «выключатель», то есть может быть нефункциональна», – говорит главный автор публикации профессор Вики Лундблад (Vicki Lundblad).

Понимание механизма управления «выключателем» с целью замедления таким образом укорачивания теломер может способствовать разработке нового метода лечения возрастных заболеваний (например, восстановления жизненно важных органов).

Лундблад и первый автор публикации выпускник Тимоти Таси (Timothy Tucey) провели свое исследование на дрожжах Saccharomyces cerevisiae, использующихся в виноделии и хлебопечении. Ранее группа Лундблад использовала этот одноклеточный организм для исследования теломеразы и проделала значительную работу, проведя аналогичные исследования на клетках человека.

«Мы хотели исследовать каждый компонент теломеразного комплекса, но это оказалось непростой задачей», – рассказывает Таси.

Таси разработал подход, позволивший наблюдать каждый компонент фермента в процессе роста и деления клетки с очень большим разрешением, что привело к неожиданным открытиям, касающимся механизма и времени сборки теломерного комплекса.

Каждый раз перед делением клетки происходит удвоение (репликация) генома. Таси установил, что во время репликации теломераза находится в состоянии «предсобранного» комплекса, которому недостает одной важной молекулярной субъединицы. Однако после того как геном полностью удвоен, недостающая субъединица присоединяется к остальной части, формируя полный активный теломеразный комплекс, способный дополнить разрушающиеся хромосомы и обеспечить полноценное клеточное деление.

К своему удивлению, Таси и Лундблад также выяснили, что сразу же после того, как теломеразный комплекс собран, он быстро разбирается в неактивную разобранную форму, то есть, переходит в «выключенное» состояние. По мнению исследователей, этот способ разборки и является ключом к поддержанию очень низкого уровня активности теломеразы внутри клетки.

Несмотря на то, что разрушение теломер в нормальных клетках может сказываться на процессе старения, опухолевые клетки, наоборот, функционируют благодаря повышенному уровню теломеразы для поддержания нерегулируемого клеточного роста. «Выключатель», обнаруженный Таси и Лундблад, может помочь искусственно снизить теломеразную активность ниже этого уровня.

Виктория Лундбланд и Тимоти Таси. (фото: Courtesy of the Salk Institute for Biological Studies)

По материалам Salk Institute for Biological Studies

Оригинальная статья:
T. M. Tucey, V. Lundblad. Regulated assembly and disassembly of the yeast telomerase quaternary complex. Genes & Development, 2014; DOI: 10.1101/gad.246256.114