Эндрю Стил - Бессмертные. Почему гидры и медузы живут вечно, и как людям перенять их секрет

Если бы нам нужно было выбрать одну область, на которой сосредоточить это исследование, я бы привел доводы в пользу коллагена и эластина в кровеносных сосудах. Высокое артериальное давление – ведущая причина смерти, болезней и деменции, и деградация ECM почти наверняка оказывает наибольшее влияние на здоровье. Хотя поддержание коллагена в коже может восстановить часть ее молодого блеска и упругости, я бы предпочел обвисшую кожу и молодые артерии, а не наоборот. Затем мы могли бы использовать инструменты и методы, разработанные для оживления кровеносной системы, в других местах нашего тела, где модифицируются белки.

Лучший подход к исправлению признака старения – это не удаление и не замена, а ремонт. ДНК является отличным примером: клетки не продержались бы долго без ее молекулярных инструкций, и замена двух метров вещества в десятках триллионов клеток была бы и непрактичной, и невозможной. Так что мы должны найти способы исправить множество нарушений ДНК от укороченных теломер до мутаций, пока она еще находится в наших клетках.

Мы также рассмотрим восстановление баланса сигналов в крови, чтобы вернуть их на уровень, который наблюдался в молодости, и залатать поврежденные митохондрии, чтобы они могли продолжать генерировать энергию для наших клеток в старости. Начнем с теломер.

Каждый раз, когда клетка делится, ее теломеры становятся короче. Поскольку многие из тканей для пополнения собственных рядов полагаются на делящиеся клетки, их теломеры в итоге становятся «критически короткими», что приводит к самоубийству клеток или старению. Люди с более короткими теломерами, как правило, умирают раньше, чем те, у кого они длиннее. Есть ли способ устранить поломку защитных колпачков ДНК и тем самым продлить нашу жизнь?

История теломер начинается в 1984 году, когда ученые Элизабет Блэкберн и Кэрол Грейдер исследовали их в одноклеточных прудовых существах под названием тетрахимены (Tetrahymena). Это крошечные организмы, покрытые таким количеством микроскопических волосоподобных выступов, что они выглядят пушистыми. Мой любимый факт о них заключается в том, что есть семь различных полов тетрахимен, которые они выбирают случайным образом во время спаривания, что приводит к 21 различной комбинации полов родителей, и дети затем могут снова приобрести любой из этих семи полов. Блэкберн заметила, что при определенных условиях теломеры терахимены могут удлиняться. Это казалось странным: в то время считалось, что ДНК – это постоянный, неизменный план организма, а не что-то, во что можно вмешаться. Как и почему эти крошечные существа делают из нее нечто большее?

Самая полезная особенность тетрахимен для исследования теломер заключается в том, что у них на клетку приходится около 20 000 хромосом, что дает 40 000 теломер для исследования – гораздо больше, чем ничтожные 46 хромосом и 92 теломеры в человеческой клетке. Таким образом, рассуждала Блэкберн, если бы существовал какой-то механизм, удлиняющий теломеры, эти волосатые на вид инфузории должны показать нам его. После долгих лет кропотливых исследований Грейдер и Блэкберн наконец выделили фермент, ответственный за удлинение теломер тетрахимены. Они окрестили его теломеразой, и это оказалось довольно важным открытием. Пара была удостоена Нобелевской премии по физиологии и медицине в 2009 году вместе с Джеком Шостаком, который помог Блэкберн продемонстрировать защитные эффекты теломер с помощью экспериментов на дрожжах.

Теломераза, казалось, была ферментом бессмертия, по крайней мере для клеток. Отключение гена у тетрахимены привело к тому, что маленькие семиполые клетки, которые обычно бесконечно размножались, умирали в течение недели. Большинство животных клеток не имеют активной теломеразы и могут быть использованы для обратного эксперимента: добавление дополнительной копии гена теломеразы позволяет им делиться бесконечно, избегая старения. Впервые это было сделано в клетках человека в середине 1990-х годов в биотехнологической компании Geron – по иронии судьбы, использовались клетки, принадлежащие Леонарду Хейфлику. Хейфлик по счастливой случайности пожертвовал клетки кожи с ноги: он показывал телевизионщикам, снимавшим документальный фильм о его работе, как взять образец кожи для культивирования клеток, и случайно попросил у главного научного сотрудника Geron Майка Уэста скальпель. Уэст считал, что возможность измерить «истинный предел Хейфлика» – сколько раз собственные клетки Хейфлика будут делиться, прежде чем превратятся в стареющие, – слишком хороша, чтобы упустить ее. По счастливой случайности ученые из Geron недавно выделили человеческий ген теломеразы, поэтому Уэст решил, что еще лучшим экспериментом будет вставить дополнительную копию гена в клетки кожи Хейфлика и посмотреть, что произойдет. Немодифицированные клетки Хейфлика достигли своего одноименного предела, когда надо. Но те, у которых была дополнительная теломераза, просто продолжали делиться, что сделало их первыми человеческими клетками, что были «увековечены» теломеразой. Ирония усиливается тем, что Хейфлик, которому сейчас за девяносто, всю жизнь скептически относится к тому, что мы когда-нибудь сможем вмешаться в процесс старения.

Это чудесное поведение вызывает очевидный вопрос: может ли теломераза сделать для целых людей то, что делает для клеток в пробирке? Судя по статьям в популярной прессе 1990-х годов, вполне простительно так думать. Эта история о теломерах как простых часах деления клеток и теломеразе как способе их восстановления настолько проста для понимания, что размножается подобно клеткам с активной теломеразой. Тот факт, что мы пока массово не сидим на таблетках, удлиняющих теломеры, вероятно, говорит вам, что все оказалось немного сложнее.

Самая очевидная проблема – рак. Чтобы образовать опухоль, раковая клетка должна делиться снова и снова, а это значит, что она должна остановить критическое сокращение своих теломер. В результате почти 90 % раковых заболеваний реактивируют теломеразу, чтобы избежать клеточного старения. Остальные 10 % используют механизм, известный как альтернативное удлинение теломер, или ALT (от англ. alternative lengthening of telomeres) – аббревиатура, которая, как темная материя и темная энергия в астрофизике, существует прежде всего для того, чтобы скрыть тот факт, что мы очень мало знаем, что это такое и как оно работает. Активной теломеразы самой по себе недостаточно, чтобы превратить клетку в раковую, но мы бы предпочли не ставить никаких галочек в контрольном списке рака, если можно этого избежать.

Это беспокойство было подтверждено первыми экспериментами с использованием теломеразы в организмах более сложных, чем тетрахимена. Ученые добавили дополнительные копии гена теломеразы в организм мышей и, хотя заметили некоторые преимущества – в том числе более толстая кожа и быстрее растущие волосы, – также обнаружили, что повышался риск развития рака. Исследования, проводимые в противоположном направлении, в которых удаляется естественный ген теломеразы у мышей, показали, что недостаток этого фермента подавляет рост опухоли. Таким образом, казалось довольно ясным, что теломераза является прораковым ферментом, и это осознание разрушило иллюзии насчет ее применения как метода борьбы со старением.