© priroda.su

Клетка человека конечна, она может менять форму, замедлять темп развития, но  делиться может определенное количество раз, после чего наступает так называемое явление "клеточное старение".

Биологам известно, что клеточные "часы" - это структуры на концевом участке хромосом, известные как теломеры. Они ведут гибельный отсчет времени жизни клетки. До сих пор ученые не определили, как "часы" сообщают о наступлении смерти клетки.

В исследовании, проведенном командой во главе с Яном Карлседером (Jan Karlseder), Институт биологических исследований Солка, и  опубликованном 3 октября 2010 в Nature Structural and Molecular Biology, сообщается, что пока  клетки стареют, и изнашиваются теломеры, их ДНК претерпевают значительные изменения. Эти изменения, вероятно, и есть причина того, что мы называем "старение".

"До этого исследования мы знали, что теломеры с делением клетки становятся короче, и что, когда они достигают критической длины, клетки прекращают деление или умирают, - сообщает Карлседер, адъюнкт-профессор лаборатории молекулярной и клеточной биологии. - Что-то должно передавать локальные  сигналы на концевом участке хромосомы к ядру. Здесь много неясностей".

Гистоны белков связывают линейные нити ДНК и сжимают их в комплексы ядер, именуемые хроматинами.

Ян Карлседер и ученый Родди О'Салливан стали изучать эту проблему путем сравнения уровня белков, называемых гистонов, в молодых клетках (делились 30 раз), с клетками "позднего среднего возраста" (у них уже было 75 делений и были близки к старению, наступающему в 85 делений). Гистоны белков связывают линейные нити ДНК и сжимают их в комплексы ядер, именуемые хроматинами.

Карлседер и О'Салливан обнаружили, что стареющие клетки вырабатывали меньше гистонов белка, чем молодые. "Мы были удивлены, обнаружив, что уровень гистонов снижается со старением клетки, - пишет О'Салливан. - Эти белки необходимы всему геному, и поэтому любое событие, которое нарушает их выработку, влияет на стабильность всего генома".

Затем группа исследователей провела продолжительные опыты, в которых сравнивались гистоны молодых и стареющих клеток, и доказала, что серьезные различия в численности и разнообразии гистонов наблюдались на каждом этапе процесса деления. 

О'Салливан называет стандартной моделью гистона молодых клеток  - "счастливый, здоровый хроматин". В отличие от него, стареющие клетки, по всей видимости, испытывают стресс, они дублируют свои хромосомы в ходе подготовки к делению, и у них возникают трудности в восстановлении "здорового" хроматина по завершении деления.

Сравнение моделей гистонов в клетках, взятых у людей 9-ти и 92-лет, говорит о резко противоположных тенденциях в клеточных линиях. "Эти ключевые эксперименты позволяют предположить, что то, что мы наблюдаем в культуре клеток в лабораторных условиях, на самом деле происходит в живых организмах и имеет отношение к старению населения", - говорит Карлседер.

Начало заболевания, связанное со старением, такого как рак, объясняется в значительной мере ДНК-, или генетическим, поражением клетки. Но это исследование предполагает, что старение само по себе бесконечно сложный процесс: что прогрессирующее сокращение теломер ускоряет хромосомное  старение путем изменения связи генов с гистонами, так называемые "эпигенетические" изменения. Как ДНК взаимодействует с гистонами имеет огромное влияние на то, выражены ли гены, следовательно, возникает  повышенный интерес к отношениям эпигеномного статуса и болезненных состояний.

Исследования, в которых ученые пытались искусственно омолодить стареющую клетку,  подтвердили, что сигналы, подаваемые сокращением теломер, приводят к эпигенетическим изменениям. Когда ученые воздействовали на старые клетки теломеразой (фермент, который восстанавливает и удлиняет теломеры), они начали демонстрировать уровень гистонов аналогичный уровню молодых клеток. 

"Обратной стороной медали в случае увеличения теломер является то, что клетки будут расти в течение более продолжительного времени и могут создаваться так называемые "бессмертные" клетки», что может привести к развитию раковой клетки", - сообщает Карлседер. 

Теперь ученые собираются продолжить изучение эпигенетических изменений в клетках в различном возрасте и более детально изучить развитие гистонов. 

Новое исследование предлагает неизведанное поле для поиска бессмертия - эпигенетические изменения клеток в различном возрасте.