Человеческое тело состоит из триллионов живых клеток. Оно стареет по мере того, как эти клетки перестают воспроизводиться и делиться. Учёные давно знают, что гены влияют на старение клеток и продолжительность жизни человека, но как именно это происходит, остаётся неясным. Результаты нового исследования позволили разгадать небольшой фрагмент этой головоломки, что на шаг приблизило учёных к пониманию механизма старения.
Исследовательская группа под руководством Цзиюэ Чжу (Jiyue Zhu), профессора Колледжа фармации и фармацевтических наук (College of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences), недавно выявила участок ДНК, известный как VNTR2-1, который, как оказалось, управляет активностью гена теломеразы. Этот ген, как показано в работе, предотвращает старение некоторых типов клеток. Исследование опубликовано в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Ген теломеразы контролирует активность фермента теломеразы, который помогает надстраивать теломеры — колпачки на конце каждой нити ДНК, защищающие хромосомы внутри наших клеток. В нормальных клетках длина теломер становится немного короче каждый раз, когда клетки дублируют свою ДНК перед делением. Когда теломеры становятся слишком короткими, клетки больше не могут делиться, что приводит к их старению и смерти. Однако в некоторых типах клеток — включая репродуктивные и раковые — активность гена теломеразы обеспечивает восстановление длины теломер при копировании ДНК. По сути, именно это запускает часы старения у потомства, но также является причиной того, что раковые клетки могут продолжать размножаться и образовывать опухоли.
Знание того, как регулируется и активируется ген теломеразы и почему он активен только в определённых типах клеток, может в будущем стать ключом к пониманию того, как стареют люди, а также как остановить распространение рака. Именно поэтому последние 20 лет своей научной карьеры Чжу занимается исключительно изучением этого гена.
По словам Чжу, последнее открытие его команды о том, что VNTR2-1 помогает управлять активностью гена теломеразы, особенно примечательно из-за того, какую часть ДНК представляет этот ген.
«Почти 50% нашего генома состоит из повторяющейся ДНК, которая не кодирует белок. Эти последовательности ДНК обычно рассматриваются как «мусорная ДНК» или «тёмное вещество» нашего генома, и их трудно изучать. Наше исследование показывает, что одна из этих единиц на самом деле имеет определённую функцию — она усиливает активность гена теломеразы»,
Выводы исследователей основаны на серии экспериментов, показавших, что удаление данной последовательности из ДНК раковых клеток — как в культуре клеток человека, так и у мышей — приводит к укорачиванию теломер, старению клеток и прекращению роста опухолей. Впоследствии учёные изучили длину последовательности в образцах ДНК, взятых у столетних европеоидов и афроамериканцев, участников Georgia Centenarian Study — исследования, которое проводилось с группой людей в возрасте 100 лет и старше в период с 1988 по 2008 год. Исследователи обнаружили, что длина последовательности ДНК варьировала от 53 повторов — или копий — до 160 повторов.
«Она сильно варьирует, и наше исследование фактически показывает, что ген теломеразы более активен у людей с более длинной последовательностью»,
Поскольку очень короткие последовательности были обнаружены только у афроамериканцев, исследователи более внимательно изучили эту группу и обнаружили, что столетних людей с короткой последовательностью VNTR2-1 было относительно немного по сравнению с контрольной группой. Однако, по словам Чжу, стоит отметить, что наличие короткой последовательности не обязательно означает, что продолжительность вашей жизни будет короче, поскольку это означает, что ген теломеразы менее активен и длина ваших теломер может быть короче, что может снизить вероятность развития рака.
«Наши результаты говорят о том, что эта последовательность, VNTR2-1, вносит вклад в генетическое разнообразие того, как мы стареем и как у нас возникает рак. Мы знаем, что онкогены — или гены рака — и гены-супрессоры опухолей не объясняют всех причин, по которым мы заболеваем раком. Наше исследование показывает, что картина гораздо сложнее, чем мутация онкогена, и даёт веские основания для того, чтобы более внимательно изучить так называемую мусорную ДНК»,
Чжу отметил, что поскольку афроамериканцы живут в США уже несколько поколений, многие из них имеют европеоидных предков, от которых они могли унаследовать часть этой последовательности. Поэтому в качестве следующего шага он и его команда надеются, что смогут изучить последовательность VNTR2-1 в африканской популяции.
Подготовка материала: Мария Толмачёва