Испанските учени откриха, че когато мишките са генетично разработени, дължината на теломерите в техните клетки се увеличава. Това им позволява да удължат живота си, обаче е необходимо да се насочат към някои трикове, за да не се появи истинско чудовище на света. "Lenta.ru" говори за рисков метод за подмладяване на състарените клетки.
Теломерите са краищата на хромозомите, които се образуват чрез повтарящи се секции на ДНК, състоящи се от шест нуклеотида (TTAGGG). Въпреки очевидната си безполезност, те изпълняват много важна функция. Факт е, че когато клетките се разделят, хромозомите започват да се копират, но този процес не преминава без следа за тях. При новите хромозоми краищата винаги са малко по-къси, отколкото при родителските. Теломерите играят ролята на защитни капачки, защото не носят важна генетична информация.
Въпреки това, с всяко поколение клетки, теломерите се съкращават все повече и повече, докато настъпи критичен момент, наречен граница на Hayflick. Клетките, стигайки до тази граница, вече не се разделят и умират.
Някои клетки (стволови, пол и някои други) са в състояние да увеличат дължината на теломерите си. Това се дължи на ензим, наречен ендогенна теломераза. Той добавя същия фрагмент от TTAGGG към края на хромозомите и ако увеличите количеството му в клетки, тогава те могат да се разделят за неопределено време, преодолявайки лимита на Hayflick.
Стволовите клетки в тялото на възрастни също постепенно стареят, тъй като в тях не се произвежда много голямо количество теломераза. Достатъчно е обаче живите организми да съществуват дълги години, лекувайки раните си отново и отново.
Когато биологичната тъкан се повреди, стартират процесите на нейната регенерация. Стволовите клетки се делят, за да станат нормални соматични (телесни) клетки. Такова „потомство“не само губи плюрипотентност, тоест способността да се трансформира (диференцира), но и губи способността да синтезира теломераза. Следователно тялото позволява само определени групи клетки да се делят за неопределено време, тъй като в противен случай рискът от ракови тумори би се увеличил многократно.
Ембрионални стволови клетки
Промоционално видео:
Снимка: Nissim Benvenisty / Wikimedia
Какво превръща стволовите клетки в нормални? Въпреки че едни и същи гени се намират във всички клетки на тялото, някои от тях могат да бъдат изключени в определен тип тъкан. Например в нервните тъкани на мозъка, през които преминават електрическите импулси, работи един набор от гени, а на островите Лангерханс, които са в панкреаса и произвеждат инсулин, друг. Система от по-високо ниво, състояща се от епигенетични фактори - молекули, които се прикрепят към ДНК и регулират функциите му - включва и изключва гените. Целият набор от фактори, свързани с двойната спирала, образува епигеном и, естествено, той е различен при всеки тип тъкан.
От това следва логичен извод: за да превърнете клетка обратно в стволова клетка, трябва да я промените с епигеном, с други думи, да я препрограмирате. Това може да се постигне чрез въвеждане на четири специфични съединения, наречени Yamanaka фактори (OSKM - Oct4, Klf4, Sox2 и c-Myc). Те също участват в епигенетичната регулация, поддържайки способността на клетките да се диференцират. Те бяха използвани за първи път през 2006 г. от японския изследовател Shinya Yamanaka, който успя да трансформира фибробластите в индуцирани стволови клетки (iPS клетки). За това през 2012 г. ученият е удостоен с Нобелова награда.
Яманака всъщност подмладява отделните клетки, като ги препрограмира на епигенетично ниво и стартира процеса на дедиференциация. Възниква въпросът: възможно ли е да се направи същото с цял организъм, поне с мишка? Проблемът е, че по този начин нарушаваме завета „не трябва да има много стволови клетки“, защото, както вече беше споменато, рискът от рак се увеличава. Освен това няма смисъл да трансформирате органите и тъканите в бучки от хомогенни iPS клетки - тялото просто ще умре. Друга трудност се състои във факта, че индуцираните стволови клетки могат спонтанно да се развият в тератоми (от старогръцки τέρατος - „чудовище“) - тумори под формата на недоразвити органи, като зъби, очи или дори мозък.
Оказа се обаче, че е напълно възможно да се избегнат тумори. Така че не можете да превърнете соматичните клетки в стволови клетки, като ги лишите от тяхната функционалност, а само за кратко активирате факторите Яманака, за да подмладите леко тъканите. За да направите това, учените са създали трансгенни мишки, вмъквайки касета с набор от последователни гени, кодиращи OSKM в тяхната ДНК. Касетата, наречена поликистронна касета (цистронът е същият като ген), се включва в присъствието на полусинтетичния антибиотик доксициклин. По този начин се получават Yamanaka фактори. Без антибиотик препрограмирането ще спре.
Теломераза (зелени точки) в панкреаса на GM мишки
Снимка: Мария А. Бласко / CNIO
Испанските изследователи, изучавайки промените в теломерите при препрограмирани мишки, решиха да не усложняват задачата. За техните цели беше достатъчно да активират полицистронната касета и да проследят какво се случва с краищата на хромозомите. Наличието на тератоми и дисплазии в животинските тъкани показваше, че препрограмирането е успешно.
Учените са открили, че когато соматичните клетки се превръщат в стволови теломери, те се удължават. Това е логично, като се има предвид, че iPS клетките могат да се делят за неопределено време. Освен това изследователите са определили, че теломеразата играе важна роля в това.
Досега генетиците не са имали доказателства, че е възможно да се индуцира ендогенна теломераза в възрастен организъм, използвайки епигенетични фактори. Но точно това се случва. Факторите Yamanaka изглежда превключват генните каскади, като в крайна сметка активират ензима, удължаващ теломера.
Ракови клетки HeLa
Снимка: Public Domain / Wikimedia
Подобен процес съпътства не само препрограмирането на соматични клетки, но и тяхното злокачествено заболяване. Раковите клетки имат много общо с стволовите клетки. Тя може да споделя за неопределено време. Най-известният пример са „безсмъртните“HeLa клетки. Те са изолирани през 1951 г. от тумор на шийката на матката на починала същата година Хенриета Лакс, и все още се използват в многобройни експерименти.
Раковите клетки също са препрограмирани соматични клетки. Според учените подобни промени се случват с теломерите в тях. Следователно, проучвания с iPS клетки ще разкрият детайлите на молекулните процеси, протичащи по време на образуването на тумори.
Александър Еникеев