Головна
Реферати » Реферати по біології » Старіння на клітинному рівні

Старіння на клітинному рівні

який визначає реплікативний потенціал" смертної "клітини, і коли довжина теломер стає загрозливо короткою, цей механізм запобігає подальший розподіл клітини. А.М. Оловников припустив також, що в нестаріючих клітинах (а до них крім ракових відносяться зародкові, стовбурові та інші генеративні клітини) повинна існувати спеціалізована ферментативна система, яка контролює і підтримує довжину теломерной ДНК.

Гіпотеза А.М. Оловнікова знайшла переконливе підтвердження в наступні роки. По-перше, було встановлено, що теломери нормальних (тобто приречених на старіння) клітин дійсно коротшають на 50-60 нуклеотидних ланок при кожному клітинному розподілі. По-друге, в 1984 році
Е. Блекберн і Е. Грайдер виділили фермент, який за допомогою механізму, відмінного від механізму реакцій, що лежать в основі реплікації ДНК, синтезує теломерную ДНК. Цей фермент був названий, теломеразой.

Як працює теломераза.

Отже, основне призначення теломерази - синтезувати повторювані сегменти ДНК, з яких складається G-ланцюг теломерной ДНК. Таким чином, вона відноситься до класу ДНК-полімерази, причому виявилося, що теломераза - це
РНК-залежна ДНК-полімераза або зворотна транскриптаза. Ферменти цього класу, що синтезують ДНК на РНК-матрицях, дуже добре відомі молекулярним біологам. Вони закодовані і містяться в ретровірусів
(наприклад, у вірусі імунодефіциту людини, що викликає захворювання на СНІД) і служать для синтезу ДНК-копій їх геномів, який в ретровірусів представлений РНК. В клітинному геномі зворотні транскриптази закодовані в ретротранспозонів.

РНК, використовувана теломеразой для синтезу теломерной ДНК в якості матриці, входить до складу цього ферменту. У цьому унікальність теломерази: на сьогодні це єдина відома РНК-містить зворотна транскриптаза. Теломеразной РНК у різних організмів сильно розрізняються по довжині і структурі. Теломерази найпростіших містять РНК довжиною в 150-200 нуклеотидних залишків (н.о.), довжина теломеразной РНК людини - 450 н.о., в той час як теломераза дріжджів містить аномально довгу РНК (близько 1300 н. О.).

Матричний ділянку представлений в теломеразной РНК тільки один раз. Його довжина не перевищує довжину двох повторів в теломерной ДНК, які він кодує і яким він комплементарен.

Так як теломераза синтезує сегменти ДНК, що повторюються багато разів, використовуючи тільки один сегмент своєї РНК, вона повинна мати здатність періодично (після завершення синтезу кожного повтору) переміщати
( транслоцироваться) матричний ділянку в район 3'-кінця синтезируемой теломерной ДНК. Джерелом енергії для такого переміщення, мабуть, служить сама реакція синтезу ланцюга теломерной ДНК, оскільки дезоксинуклеозидтрифосфатов - субстрати цієї реакції - високоенергетичні речовини.

На рис. 6 зображена загальноприйнята схема механізму синтезу теломерна повторів, катализируемого теломеразой. На першій стадії теломераза знаходить
3'-кінець теломерной ДНК, з яким частина матричного ділянки теломеразной
РНК утворює комплементарний комплекс. При цьому теломераза використовує 3'-кінець хромосомної ДНК в якості праймера. Далі настає черга РНК-залежною ДНК-полімеразної активності теломерази. Вона забезпечується спеціальної субодиницею теломерази, яка по влаштуванню свого каталітичного центру багато в чому схожа з зворотними транскриптазою ретровірусів і ретротранспозонов. Коли синтез ДНК-повтору закінчується, відбувається транслокація, тобто переміщення матриці і білкових субодиниць ферменту на заново синтезований кінець теломерной ДНК, і весь цикл повторюється знову.

Це схематичне подання є досить умовним, оскільки для побудови теломер потрібно ще багато субодиниць, наприклад, що відповідають за знаходження 3'-кінця ДНК, або субодиниці, що відповідають за транслокацию, і т.д.

Теломераза, рак і старіння.
Розглянемо дані про довжину теломерной ДНК і активності теломерази в різних клітинах людини, наведені в таблиці.
Висока теломеразная активність спостерігається в статевих клітинах людини протягом усього його життя. Відповідно їх теломери складаються з найбільшого числа ДНК-повторів і містять всі необхідні білки для нормальної реплікації клітин.
| Тип клітин | Теломери, т. П. Н. | Теломеразной |
| | | активність |
| Статеві | 15-20 | Висока |
| Соматичні | 10-12 при народженні, зменшуються з | Відсутня |
| | віком | Присутній в 80% |
| Ракові | 4-6,10-15 | випадків |

Аналогічна ситуація спостерігається і для стовбурових клітин, які діляться необмежено довго. Однак у стовбурової клітини завжди є можливість дати дві дочірні клітини, одна з яких залишиться стовбурової ("безсмертну"), а інша вступить в процес диференціювання. Завдяки цьому стовбурові клітини служать постійним джерелом різноманітних клітин організму. Наприклад, стовбурові клітини кісткового мозку дають початок гемопоезу - процесу утворення клітин крові, а з базальних клітин епідермісу відбуваються різноманітні клітини шкірного покриву. Як тільки нащадки статевих або стовбурових клітин починають диференціюватися, активність теломерази падає і їх теломери починають коротшати. У клітинах, диференціювання яких завершена, активність теломерази падає до нуля, і з кожним клітинним поділом вони з неминучістю наближаються до стану сенесенса (перестають ділитися). Слідом за цим настає криза, і більшість клітин гинуть
(рис. 7). Ця картина характерна для переважної більшості відомих культур клітин еукаріот. Однак і тут є рідкісні, але важливі винятки: теломеразная активність виявляється в таких "смертних" клітинах, як макрофаги і лейкоцити.
Недавно було встановлено, що нормальні соматичні клітини тому позбавлені теломеразной активності, що в них повністю пригнічена експресія гена її каталітичної субодиниці (зворотної транскриптази). Інші ж складові теломерази, включаючи теломеразной РНК, утворюються в цих клітинах, хоча і в менших кількостях, ніж в їх "безсмертних" прабатьків, але постійно.
Відкриття цього важливого факту Дж. Шеем, В. Райтом і їх співробітниками і стало основою для сенсаційної роботи з подолання «ліміту Хейфліка» .

Штучне подолання «ліміту Хейфліка» .
Отже, досить недавно Дж. Шей і В. Райт провели сенсаційну роботу з подолання «ліміту Хейфліка» . В нормальні соматичні клітини були внесені гени теломеразной зворотної транскриптази за допомогою спеціальних векторів, сконструйованих з вірусних ДНК. Рівень експресії гена в еукаріотичної клітці залежить від багатьох факторів, у тому числі від білків - чинників транскрипції, що зв'язуються зі спеціалізованими ділянками ДНК, розташованими в хромосомі по сусідству з цим геном. Геноми вірусів, яким потрібно швидко розмножитися в клітині-хазяїні, несуть в собі ділянки
ДНК, здатні в багато разів підсилити експресію того чи іншого гена.
Дослідники подбали про те, щоб в їх конструкціях ген теломеразной зворотної транскриптази людини опинився в оточенні саме таких ділянок вірусної ДНК. Результати їх експериментів можна визначити так: клітини, в яких теломераза підтримувала довжину теломер на рівні, характерному для молодих клітин, продовжували ділитися і тоді, коли контрольні клітини (без теломерази) старів і вмирали.
У цій та аналогічної їй роботах особливо ретельно контролюється відсутність в культурі ракових клітин. Відомо, що клітини більшості досліджених на сьогодні ракових пухлин характеризуються досить високою активністю теломерази, яка підтримує довжину теломер на постійному рівні. Цей рівень помітно нижче, ніж, наприклад, у ембріональних клітин, але він достатній, щоб забезпечити безмежне ділення ракових клітин в культурі. Існує гіпотеза, у якої чимало прихильників, що припускає, що втрата теломеразной активності соматичними клітинами сучасних організмів є набутих в процесі еволюції властивість, вберігає їх від злоякісного переродження.
Порівняно невелика довжина теломер у більшості ракових клітин наводить на думку про те, що вони походять з нормальних клітин, достигнувших передкризового стану. Цей стан характеризується порушенням регуляції багатьох біохімічних реакцій. В таких клітинах відбуваються численні хромосомні перебудови, які в тому числі ведуть і до злоякісної трансформації. Більшість цих клітин гинуть, але в частини з них в результаті випадкових мутацій може активуватися постійна експресія генів теломерази, яка підтримуватиме довжину теломер на рівні, необхідному і достатньому для їх функціонування.
Деякий час викликав подив той факт, що приблизно п'ята частина проаналізованих ракових пухлин і клітин взагалі не містила активної теломерази. Виявилося, однак, що довжина теломер в них підтримується на належному рівні. Таким чином, в цих клітинах діє інша (не теломеразной, а скоріше рекомбінаційний) механізм утворення теломерной
ДНК. Іншими словами, такі клітини знаходяться в тому ж ряду винятків із правила, що і дрозофіла.
Останнім часом проводиться багато робіт аналогічні роботі Дж. Шия, В.
Райта. Були повідомлення про те, що клітини з штучно активованої теломеразой подолали 220 циклів ділення. Останні повідомлення прийшло з
Південно-західного Медичного Центру в Далласі, в ньому говориться, що вже 220 поколінь клітин подолали 70-75 циклів ділення.

Висновок.
Функція старіння клітин і організму в цілому є, безсумнівно, дуже важливим фактором прогресивного розвитку всіх живих організмів на землі.
Сама функція старіння забезпечується багатьма системами і механізмами. Такий паралелізм підвищує ймовірність виконання цієї функції. Невипадково, що отримати лінію безсмертних клітин можна, тільки подолавши протидію як мінімум трьох генетичних механізмів, про які було написано в цьому рефераті. В організмі таких бар'єрів, звичайно ж, більше. Однак, як сказав академік Скулачов, "сам факт, що їх число повинне бути кінцевим, може вселити оптимізм в душі борців за людське безсмертя".

Бібліографія.

1. Б. Албертс, Д. Брей, Дж.

Льюїс, М. Рефф, К. Робертс,

Дж . Уотсон Молекулярна біологія клітини. М .: Мир,

1994, Т. 1-3

2. А. А. Богданов Теломери і теломераза // Соросівський

Освітній Журнал. 1998.

№ 12. С. 12-18

3. Д. Г. Кнорре Біохімія нуклеїнових кислот //

Соросівський Освітній

Журнал. 1996. № 3. С. 11-16

4. В.А. Гвоздьов "Рухома ДНК еукаріот. Ч. 1-2"

// Соросівський Освітній

Журнал 1998 № 8. С. 8-22.

5. В. П. Скулачов Старіння організму - особлива біологічна

Сторінки: 1 2 3 4