Дефектные теломеры как причины многих болезней

Дефектные теломеры в настоящее время связаны с десятками болезней, в том числе многими видами рака. Изучение теломер (структур, которые защищают концы хромосом) стало ключевым вопросом в биологии. В последние годы было подтверждено не только их влияние на процессы старения. Дефектные теломеры, вероятно, связаны со многими заболеваниями, в том числе со многими видами рака. Ученые подчеркивает важность изучения этих структур для диагностики болезней и разработки возможных методов лечения многих заболеваний.

Что такое теломеры?

Хромосомы в каждой клетке состоят из ДНК в форме нитей с защитным колпачком на конце каждой цепи ДНК. Без этого конечного защитного колпачка нити ДНК могли бы химически связываться с другими нитями, т.е. хромосомы могли бы объединяться. Это было бы смертельным для клетки. Структуры, которые предотвращают такую катастрофу – это теломеры. Они были обнаружены в 1930-х годах, но прошли десятилетия, прежде чем кто-то решил изучать их. Лишь с конца 1990-х годов теломеры всегда были на переднем плане исследований в биологии. Биологи удивлены удивительной и неожиданной сложностью теломер, а также их значением для здоровья человека. Биология теломер является чрезвычайно сложной и чем больше ученые узнают о них, тем больше вопросов возникает.

То, что теломеры были плотно сохранены на протяжении эволюции у большинства эукариот: позвоночных, растений и даже одноклеточных организмов (как дрожжи), указывает на их важность. В дополнение к предотвращению слияния хромосом, теломеры необходимы для предотвращения потери генетической информации каждый раз, когда клетка делится.

Теломеры предотвращают потерю информации

Когда клетка делится, за дублирование хромосом отвечает молекулярная машина. Поэтому каждая дочерняя клетка имеет копию, но не может достичь «колпачка». Это принципиально невозможно из-за способа репликации ДНК. Это означает, что любой генетический материал в конце хромосомы значимая информация для клетки будет потеряна. Теломеры предотвращают это: они состоят из последовательности ДНК, которая не содержит гены и повторяется многочисленное число раз в организме человека и других видов – последовательность TTAGGG (буквы соответствуют трем строительным блокам, составляющих ДНК: тимин, аденин и гуанин).

Следовательно, укорочение ДНК при каждом делении не является существенным. По крайней мере, до тех пор, пока не будет достигнут определенный предел. Когда теломеры становятся слишком короткими, мы видим связанные со старением проблемы: клетки достигают точки, где они интерпретируют критически короткие теломеры как непоправимый ущерб и не реагируют больше не деление, что предотвращает ткань от регенерации.

Это происходит в здоровых клетках, но не в раковых клетках. Существует фермент теломераза, который способен удлинять теломеры заново. Этот фермент не присутствует в большинстве клеток взрослого организма, но он активен в клетках опухоли. Ремонтируя теломеры, теломераза позволяет раковым клеткам размножаться, в результате чего они становятся практически бессмертными. Влияние на процессы старения и рака привело к интенсивному изучению теломер. Ученые считают, что можно сделать раковые клетки смертными, воздействуя на теломеры.

Известно, что есть защитная конструкция, обволакивающая теломеры ДНК, состоящая из шести белков, известных как шелтерины, которые имеют решающее значение. Другим, более недавним открытием является то, что существуют белки, которые сами по себе не теломеры, но взаимодействуют с ними в определенное время для того, чтобы они могли выполнять свои функции.

Эти белки позволяют теломерам расслабиться. Потому что повторяющаяся в теломерах последовательность TTAGGG заканчивается в одной цепи ДНК, что кривые, образуя петлю и подключается к оригинальной цепи двойной цепи формирования тройной цепью. Это очень сложно; структуры до четырех цепей ДНК могут образовывать.

Когда клетка делится, теломеры также реплицируются. Это означает, что конец цикла должен отдохнуть, а затем сформироваться снова. Этот процесс также способствует укорочению теломер. Ученым теперь известно, что некоторые из шелтеринов, а также другие связанные белки, которые взаимодействуют с теломерами, являются ключевыми элементами в этом процессе.

Заболевания, вызванные дефектными теломерами. В настоящее время существует много доказательств связи между состоянием теломер и целым рядом болезней. Синдромы теломер (или теломеропатии) были идентифицированы у пациентов с мутациями теломеразы. Эта группа заболеваний включает легочный фиброз и заболевания костного мозга. Также была выявлена прямая связь между дисфункциями теломер и многими видами рака. Совсем недавно ученые также обнаружили, что мутации белков, которые защищают теломеры, и те, которые взаимодействуют с теломерами, также связаны с различными заболеваниями: дискератоз врожденной, синдром Hoyeraal-Hreidarsson или синдромом Revesz. Эти открытия подчеркивают множество компонентов и путей, которые контролируют функции теломер.