Теломеры здоровых стволовых клеток должны быть не короче и не длиннее, а в самый раз

С тех пор как учёные обнаружили, что от размера концевых участков хромосом, или теломер, зависит старение, как отдельных клеток, так и организма в целом, в этой области началась настоящая гонка. Одной из вожделенных целей стал поиск факторов, которые участвуют в регуляции длины теломер.

теломеры здоровых стволовых клеток
На микрофотографии представлены результаты иммунофлуоресцентного анализа маркеров плюрипотентности стволовых клеток, полученных из фибробластов кожи — Nanog (красный) и TRA-1-60 (зелёный). Синим цветом отмечена ДНК.

В 1971 году советский учёный Алексей Матвеевич Оловников впервые предположил, что с каждым новым клеточным делением теломерные участки сокращаются и клетки постепенно стареют и умирают. Экспериментальное подтверждение эта теория получила только 1998 году, за что в 2009 году Элизабет Блекбёрн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак получили Нобелевскую премию.

Но у стволовых клеток есть механизм, который защищает концы хромосом от постоянного сокращения. В его основе лежит работа фермента теломеразы. Именно возможность восстанавливать свои теломеры позволяет стволовым клеткам сохранять способность к неограниченному делению и развиваться в любой тип клеток организма, будь то кожа, печень или сердце (это «умение» именуется плюрипотентность). К сожалению, аналогичным молекулярным инструментом располагают и раковые клетки, что крайне затрудняет борьбу с ними.

Команда учёных из Института биологических исследований Солка во главе с Яном Карлседером (Jan Karlseder) сначала экспериментировала с сокращением длины теломер в культурах человеческих эмбриональных стволовых клеток. Их главным инструментом была теломераза.

«В наших опытах ограничение длины теломер приводило к потере стволовыми клетками плюрипотентности и даже к их гибели, — рассказывает ведущий автор исследования Тереза Ривера (Teresa Rivera) в пресс-релизе института. – Итак, мы решили выяснить, будет ли способность к плюрипотентности возрастать, если удлинить их. Удивительно, но мы обнаружили, что удлинённые теломеры становятся нестабильными и заставляют ДНК накапливать повреждения».

Продолжая разбираться в молекулярных механизмах, исследователи обнаружили, что обрезка очень длинных теломер контролируется двумя белками — XRCC3 и Nbs1. В дальнейшем оказалось, что снижение их выработки в эмбриональных стволовых клетках предотвращает укорочение теломер. То есть для нормального функционирования стволовой клетки необходимо, чтобы длина концевых участков хромосом была строго определённой, не больше и не меньше, чем необходимо.

На следующем этапе биологи взяли плюрипотентные стволовые клетки, которые были получены перепрограммированием уже дифференцированных (определившихся с функциями) клеток, например, клеток кожи. Белковые маркеры обрезки теломер были обнаружены и в них, что свидетельствует об успехе самой процедуры перепрограммирования, которая считается огромным научным успехом.

Именно такие плюрипотентные стволовые клетки представляют главную надежду для регенеративной медицины. Этот материал гораздо более доступен учёным, прежде всего с этической точки зрения, поскольку он никак не связан с человеческими эмбрионами. Во-вторых, исходные клетки могут быть получены от того конкретного человека, который нуждается в пересадке конечных стволовых клеток, а значит, они не будут отторгаться.

«Стволовые клетки, полученные перепрограммированием, являются крупным научным прорывом, но методы всё ещё совершенствуются. Понимание того, как именно регулируется длина теломер, является важным шагом на пути к реализации давно обещанной человечеству терапии стволовыми клетками и регенеративной медицины», — подводит итоги своей работы Ривера.

Более подробно с результатами исследования и выводами авторов можно познакомиться, прочитав статью, опубликованную в журнале Nature Structural & Molecular Biology.

Автор: Дарья Загорская

Ссылка на источник