ТЕЛОМЕРЫ


Почему комнатные мухи живут несколько дней, мыши – два года, а люди – многие десятилетия? Похоже, учёные наконец нашли универсальный фактор, который определяет продолжительность жизни животных того или иного вида. Речь идёт о скорости, с которой укорачиваются теломеры в клетках.

Напомним, что теломеры – это концевые участки хромосом. Когда клетка делится путём митоза, каждому из двух своих «потомков» она оставляет тот же набор хромосом, что был у «родителя». Для этого к каждой хромосоме прикрепляется молекула специального белка, которая копирует хромосому. И прикрепляется она к концу хромосомы, то есть к теломере.

Но фермент копирует хромосому не целиком. Каждый раз он пропускает самый конец теломеры (в том числе тот участок, на котором сам и «сидит»). В результате при каждом делении клетки теломеры укорачиваются.

Спустя некоторое число делений (для человека около 50) теломеры становятся настолько короткими, что белку становится больше не к чему прикрепиться. Клетка теряет способность делиться и со временем безвозвратно погибает.

Учёные давно подозревали, что в этом и заключается одна из главных причин старения. Скептики же возражали, что нет никакой зависимости между продолжительностью жизни, характерной для данного вида, и длиной теломер новорождённой особи.

Так, у человека при рождении длина теломер составляет от 5 до 15 тысяч пар нуклеотидов, а у мыши – около 50 тысяч. Тем не менее человеческая жизнь измеряется десятилетиями, а грызуны зачастую не доживают и до двух лет.

Как указывают учёные в статье, опубликованной в журнале PNAS, важна не столько исходная длина теломер, сколько скорость их укорочения.

www.pnas.org/content/early/2019/07/02/1902452116?fbclid=IwAR3P1B-vd0YuLuzvaSiWfG2UabRz9SHQ-0-51HkExl9Z707sEqhYKTLmIV0

Исследователи измерили скорость, с которой изменяют свою длину теломеры у восьми видов живых существ. «Под прицел» попали домовая мышь, домашняя коза, чайка Одуэна, северный олень, белоголовый сип, афалина, красный фламинго и суматранский слон. Для этого учёные собрали образцы клеток нескольких особей каждого вида. Среднюю продолжительность жизни, характерную для этих видов, авторы выяснили из работ предшественников.

Эти данные они позднее дополнили цифрами, относящимися к человеку, также известными из предыдущих работ.

Выяснилось, что существует простая математическая связь между средней продолжительностью жизни L и скоростью сокращения теломер V (в парах нуклеотидов в год) того или иного вида животного. А именно, L пропорционально V-n, где n – показатель степени, определённый экспериментально.

Зависимость средней продолжительности жизни от скорости сокращения теломер.Иллюстрация Kurt Whittemore et al., PNAS (2019)/перевод Вести.Наука.

Авторы также проверили влияние таких известных факторов, определяющих продолжительность жизни, как размер особи (в среднем особи более крупных видов живут дольше) и частота сердечных сокращений (чем чаще бьётся сердце, тем, увы, быстрее оно остановится). По расчётам авторов, их формула предсказывает продолжительность жизни точнее, чем любая из этих двух зависимостей.

Между тем, есть возможность влияния скорости старения и регулирования коротких теломер с помощью нового препарата: longa-vita.com/

СЕЗОННЫЕ РАЗЛИЧИЯ ДЛИНЫ ТЕЛОМЕР

 Для Коста-Рики характерны сильные сезонные различия: ежегодно в некоторых районах страны наступают периоды дождей. В анализ включили людей старше 60 лет. Оказалось, что в дождливый сезон их теломеры были значительно короче, чем в остальное время года. Представим себе русскую Зиму. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4136920/

Теломеры – это концевые участки хромосом, которые поддерживают стабильность генома и от состояния которых зависит продолжительность жизни.
http:// nature.com/articles/350569a0

Теломеры представляют собой элементы жертвенной ДНК, которые защищают жизненно важную кодирующую ДНК от потерь генетического материала в результате репликации при делении клетки. http://sciencedirect.com/science/article/pii/S0014482712003977

Длина теломер сокращается с возрастом. Предполагается, что укорочение теломер является одним из признаков старения. http://ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28887594
http://ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23746838

При достижении критической длины теломер клетка теряет способность делиться. http://nature.com/articles/nature02118

Критическое укорочение теломер вызывает индукцию клеточного старения. Длина теломер представляет собой биомаркер клеточного возраста и потенциальную мишень против старения. http://nature.com/articles/ng.2528

Истощение теломер является ключевым событием не только в процессе старения млекопитающих, но и в нарушении чувствительности к питательным веществам, что может привести к многочисленным нарушениям обмена веществ. http://mdpi.com/2073-4425/8/7/176/htm

Длина теломер влияет на продолжительность жизни и является одним из предикторов возрастных заболеваний, включая ишемическую болезнь сердца и ожирение. http://academic.oup.com/jnci/article/107/6/djv074/871011

В нескольких независимых исследованиях сообщалось об уменьшении длины теломер и повышенных уровнях циркулирующих воспалительных цитокинов при различных расстройствах настроения (стресс, депрессия). http://ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/30650526

Ученые связывают психологический стресс с преждевременным старением клеток, о чем свидетельствует уменьшение длины теломер лейкоцитов. http://cebp.aacrjournals.org/content/18/2/551 и http://ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22055018

Выработка кортизола связана с более короткими теломерами. http://ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22138440

Негативные психологические эмоции (депрессия, хронический стрессс, гнев, раздражительность, вспыльчивость, неуживчивость и т.д.) коррелируют с более короткими теломерами. http://ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21974787
http://ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19111922

Оптимизм, позитив связаны с более длинными теломерами. http://ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22293459 http://ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21536122 http://ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/22229928

Пациенты с психическими расстройствами демонстрируют более короткую длину теломер по сравнению со здоровыми людьми. Длина теломер является наследуемым признаком. http://ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC1918314/ http://nature.com/articles/npp2017239

ГОМЕОСТАЗ ТЕЛОМЕР И МАГНИЙ

Гомеостаз теломер тесно связан с клеточным метаболизмом, и, в частности, с физиологией митохондрий, которая также уменьшается во время клеточного старения и физиологического старения. Биохимии этих процессов присуща роль магния, одного из основных клеточных ионов и важнейшего кофактора во всех реакциях, в которых используется АТФ. Магний играет важную роль во многих процессах, связанных с регулированием структуры, целостности и функции теломер. В этом обзоре рассматриваются механизмы, которые поддерживают структуру и функцию теломер, их влияние на циркадные ритмы и их влияние на здоровье и возрастные заболевания. Также подчеркивается важная роль магния в гомеостазе теломер.

Дефицит магния участвует в развитии ряда заболеваний, — диабета 2 типа, болезни Альцгеймера и рака (при этом, если опухоль уже существует, то магний наборот ускоряет ее рост).

Магний участвует в регулировании активнсоти теломеразы и поддержании структуры теломер (в частности, ламины В1, которая является биомаркером старения). Истощение запасов клеточного Mg наблюдается при старении. Дефицит магния связан со снижением устойчивости к гипоксии.

Роль внеклеточного магния сводится, главным образом, к ингибированию кальцификации, которая является одним из главных признаков физиологического старения. Свой циркадный ритм имеет каждая клетка в организме (велика в этом роль митохондрий, выделяющих меланин), но все они подчиняются центральным часам в супрахиазматическом ядре. Активность теломеразы также зависит от циркадных ритомов. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5796106/?fbclid=IwAR1TwH5fFiQkbP9-VpYH_vWVUhyFY3ryQYrKei8DJDMrKw0nhPLkY41tIL8

СКОРОСТЬ СТАРЕНИЯ

В начале исследования геронтологи замерили у испытуемых длину теломер — концевых участков хромосом, которые укорачиваются при каждом делении клетки и считаются одной из главных причин старения организма. Затем на протяжении десятилетия по 18 биомаркерам (артериальное давление, скорость обмена веществ, уровень холестерина, работа печени, легких, почек и прочее) регулярно высчитывались биологический возраст участников и скорость старения организма. Кроме того, все добровольцы в 38 лет прошли тест на определение психологического возраста. Оказалось, что некоторые испытуемые старели почти в три раза быстрее остальных, за двенадцать месяцев становясь как бы старше на три года. Другие, наоборот, «проживали» год за 16 с половиной месяцев. По мнению авторов работы, скорость старения испытуемых только на 20 процентов зависела от генетики. Большее значение имели занятия спортом, правильное питание, регулярные медицинские обследования и отказ от курения. Кроме того, быстрее старели те, чей психологический возраст обгонял фактический. https://www.pnas.org/content/112/30/E4104 это может быть связано с тем, что физические упражнения и высокий уровень активности в пожилом возрасте активируют ген NFR1, защищающий концы молекул ДНК от повреждений. http://advances.sciencemag.org/content/2/7/e1600031

ВЛИЯНИЕ АНТИОКСИДАНТОВ И ДИЕТЫ НА ДЛИНУ ТЕЛОМЕР

Длина теломер является надежным признаком биологического старения и риска развития возрастных хронических заболеваний через общие механизмы окисления и воспаления. В исследовании суммируются данные из опубликованных исследований, посвященных питанию и длине теломер. Поступающие с пищей растительные антиоксиданты помогают поддерживать длину теломер. Напротив, потребление насыщенных жиров и рафинированных мучных злаков, мяса и мясных продуктов, а также напитков, подслащенных сахаром, приводит к более коротким теломерам. Соблюдение средиземноморской диеты связано с более длинными теломерами. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/26975532?fbclid=IwAR1cOR_TpmNZwGvYKY5DorH1YGdvkVtqIlaWPABVtybAa2XXKywJIjUMTfM