Теломеры: биологические часы

Теломеры —  компонент хромосом, играющий важную структурную и функциональную роль. ДНК теломер включает повтор TTAGGG, охватывающий тысячи нуклеотидов на концах хромосомы. Эти специфические ДНК-повторы  ассоциированы с белками и  вместе образуют молекулярный комплекс, который сохраняет их структуру, предотвращает их слипание и генетическую нестабильность. О том, что означает укорочение теломер для организма человека, можно узнать из этого поста.

При появлении возрастных изменений в поражённой ткани отмечается укорочение теломер. Такая закономерность отмечена, в частности, для сердечнососудистых заболеваний, саркопении, остеопороза, остеоартрита, процесса старения кожи. В клеточных культурах показано, что клетки с укороченными теломерами отличаются от аналогичных клеток с нормальными теломерами по уровню функционирования: метаболизм в них замедлен, снижается количество митохондрий, секреция веществ, характерная для данного типа клеток также понижается. При этом не выявляется значительных морфологических изменений.

Нарушения структуры белков, участвующих в поддержании теломер может вести к заболеваниям, которые чаще проявляются в зрелом возрасте. Интересно, что различные нарушения ведут чаще всего, к развитию различной симптоматики, тем не менее, в ряде случаев, возможно проявление аналогичных симптомов при разных мутациях. Поэтому группа наследственных заболеваний, связанных с нарушениями функционирования и структуры теломер может быть объединена в так называемый «теломерный синдром». Исследование этих нарушений позволит лучше понять механизмы возрастных изменений, происходящих при потере теломер. Больные с такими нарушениями, помимо прочего, подвержены высокому риску развития онкологических заболеваний. Связь тут не совсем проста, ведь короткие теломеры и ограниченная способность клетки к росту – это фактор, защищающий от рака. Скорее, онкогенез запускается из-за подавленного состояния иммунной системы или повреждений органов.

Теломерная ДНК теряет некоторую свою часть с каждым циклом репликации. Эта потеря компенсируется удлинением теломеры ферментом теломеразой. В большинстве гемопоэтических клеток теломеразная активность строго контролируется и присутствует в ограниченном количестве. В течение жизни человека происходит потеря нуклеотидов в теломерных участках. Размер теломер лейкоцитов периферической крови рассматривается как молекулярный маркер биологического возраста организма, молекулярные часы. Подсчитано, что в год теломерный участок хромосомы лейкоцита теряет 31 -67 пар оснований. Нужно заметить, что это не совсем «абсолютный» показатель - состав лейкоцитов в крови людей разного возраста может различаться, что также может внести вклад в различия по длине теломер.

Сокращение длины теломерных участков связано, как правило, с хроническим (а не с острым) стрессом или заболеванием. Таким стрессом может быть и постоянное переутомление на работе. Старение на клеточном уровне рассматривается как один из механизмов, связывающих хронический стресс и его неблагоприятные для здоровья последствия. Даже пессимистический взгляд на жизнь ведёт к потере пар нуклеотидов на концах хромосом лейкоцитов и укорочению теломерных участков. Установлено, что у боле пессимистично настроенных  людей повышено содержание IL-6 в крови. IL-6 является цитокином, участвующим в развитии процесса воспаления. В ходе воспаления происходит увеличения числа лейкоцитов, а процесс пролиферации приводит к «расходованию» иммунной системы, её старению – то есть укорочению теломер. Однако есть и другая версия взаимосвязи: установлено, что лейкоциты с более коротки теломерами, как правило, выделяют большее количество воспалительных цитокинов, в том числе IL-6. Как именно связаны эти два события в данном случае пока не ясно. Интересно, что оптимистическое и пессимистическое восприятие действительности зависят от различных внутренних и внешних факторов, поэтому не являются с противопоставляемыми понятиями, имеющими противоположное друг другу значение в биологическом смысл. Вот и связи оптимистической позиции с IL-6 или длиной теломерных участков в том же самом исследовании найдено не было. Когда речь идёт уже о конкретном заболевании, связанном с повышенной тревожностью, например, при фобическом неврозе, размер теломер также может уменьшаться. При таких расстройствах также повышается содержание маркеров воспаления в крови.

Укорочение теломер лейкоцитов может быть ассоциировано с риском развития болезни Альцгеймера и слабоумия, меньшей продолжительностью жизни, развитием ряда заболеваний. Риск развития слабоумия у пациентов, перенесших инфаркт, повышается среди тех, теломерные участки хромосом у которых короче. Прямую связь проследить сложно, но, вероятно, дело в факторах, которые влияют на длину теломер и на умственные способности, таких как сопутствующие заболевания, окислительный стресс и воспаление. Ещё сложнее объяснить связь между длиной теломер и социально-экономическим положение. Кроме того, что не всегда удаётся отметить какую-либо закономерность, в случае, когда её удаётся обнаружить, она как правило, показывает, что у людей с низким социально-экономическим статусом укорочение теломер более выражено, тем не менее, есть исследования, показывающие обратное. Если разбить представление о социально-экономическом статусе на отдельные компоненты, становится проще оценить связь. В результате, выясняется, что с какими-то аспектами длина теломер связана, а с какими-то нет. Ряд исследований (но не все) показывает, что большая сохранность теломерных участков ассоциирована с более высоким уровнем образования. Образование можно рассматривать как индикатор социально-экономического положения в начале жизни.

Длина теломер является врождённой характеристикой, размер этих участков при рождении у людей различен. Тем не менее, наличие такого молекулярного маркера биологического возраста может позволить оценить влияние тех или иных факторов на старение и оценить прогноз при заболеваниях, связанных с возрастом. Использование длины теломер в сочетании с другими показателями здоровья может дать более надёжный результат.