Американские биологи Джек Шостак (1), Элизабет Блекберн (2) и Кэрол Грейдер (3) в середине 1980-х экспериментально подтвердили и развили предположение, выдвинутое в 1971 году российским ученым Алексеем Оловниковым (4), о существовании белка, который может продлять жизнь клетки до бесконечности. Оловников — известный российский биолог-теоретик, ведущий научный сотрудник Института биохимической физики РАН (Москва).
Нобелевскую премию 2009 года в области медицины разделили ученые из США Элизабет Блекберн, Кэрол Грейдер и Джек Шостак — за исследования, связанные с теломерами, фрагментами ДНК, которые при делении клетки предохраняют геном от разрушения. Исследования, проведенные в 70–80 годах, помогли ученым продвинуться в изучении природы рака и механизма старения
Бактерии могут неограниченно размножаться делением, чем они и занимаются последние три с половиной миллиарда лет. Если бы так же могли обновляться клетки человеческого организма, люди стали бы бессмертными. Увы, это невозможно: в 1961 году биологи Леонард Хейфлик и Пол Мурхед из Института Вистар в Филадельфии показали, что большинство человеческих клеток могут делиться не более 50 раз.
Клеточная смерть
Почему так происходит, стало понятно, когда ученые расшифровали механизм копирования ДНК. Главную роль в этом процессе играет белок полимераза. Представим молекулу ДНК как застежку-«молнию». В процессе копирования она «расстегивается», затем полимераза достраивает левую половинку для правой части «молнии» и правую половинку — для левой, после чего получается две «молнии». К сожалению, «копировальная машинка» несовершенна: из-за ограничения на молекулярном уровне она не может скопировать кончик одной из нитей. Поэтому после каждого деления ДНК укорачивается. Сначала это не причиняет вреда, так как на концах нитей находятся теломеры* * От греч. telos — конец и meros — часть, концевые участки хромосом. — повторяющиеся бессмысленные фрагменты ДНК, которые укорачивать «не жалко». Тем не менее, если клетка продолжает делиться, может настать момент, когда теломер больше нет. Это приводит к повреждению ДНК, которое замечают клеточные механизмы и отдают клетке биохимический приказ «покончить жизнь самоубийством». Иначе она может переродиться в раковую.
У бактерий проблемы укорачивания не возникает, потому что их ДНК завернута в кольцо, у которого, как известно, «нет конца». Однако и в человеческом организме есть клетки, которые могут делиться неограниченно: это клетки, производящие сперматозоиды, стволовые клетки и… клетки раковых опухолей. Еще в 1971 году советский ученый Алексей Оловников выдвинул идею, что существует специальный белок, который умеет восстанавливать теломеры, даруя клетке бессмертие.* * Olovnikov A.M. A theory of marginotomy. The incomplete copying of template margin in enzymic synthesis of polynucleotides and biological significance of the phenomenon. J. Theor. Biol. 1973, Sep 14;41(1):181-90. Догадка Оловникова оказалась правильной, хотя он не определил структуру теломер и не выделил восстанавливающий их белок. Именно это спустя годы сделали Блекберн, Грейдер и Шостак.
В 1980 году Элизабет Блекберн, работая в Беркли, проанализировала кончики ДНК из хромосомы лабораторной инфузории Tetrahymena и обнаружила в них повторяющуюся последовательность «букв» генетического кода — нуклеотидов.
Этот результат привлек внимание Джека Шостака из Гарварда, который бился над другой проблемой — пытался «перепрограммировать» клетку дрожжей, вводя в нее различные последовательности ДНК, но каждый раз его «искусственные хромосомы» быстро разрушались.* * Хотя и инфузории, и дрожжи являются одноклеточными, они имеют сложные хромосомы с теломерами. У Шостака возникла идея присоединить последовательность, обнаруженную Блекберн, к своим мини-хромосомам, и в 1982 году совместный эксперимент Шостака и Блекберн увенчался успехом: «искусственные теломеры» от Блекберн защищали «искусственные хромосомы» Шостака от деградации внутри клетки дрожжей. Еще через два года студентка Блекберн Кэрол Грейдер выделила белок, существование которого было предсказано Оловниковым, — этот белок восстанавливал укороченные теломеры. Блекберн и Грейдер назвали его «теломераза».
Эликсир бессмертия
Открытие теломеразы вызвало ажиотаж. В конце 80-х многие полагали, что, наконец, найден эликсир бессмертия, вещество, которое может предотвратить смерть клеток и каким-то образом наладить самовозобновление человеческого организма. К сожалению, довольно скоро стало понятно, что старость — слишком сложный процесс, чтобы победить его одним эликсиром. Специалист по старению Джей Ольшанский* * См. The New Times, № 34 от 25 августа 2008 г. статья "Лекарство от смерти" относится к перспективам применения теломеразы против старения скептически. Ученые еще не до конца понимают сложные механизмы регуляции генов в клетке, и слишком высок риск вызвать у пациента образование раковой опухоли. С другой стороны, свойство раковых клеток вырабатывать теломеразу дает возможность нахождения лекарства против рака.* * The New Times подробно писал об этом в № 12 от 30 марта 2009 г. в статье "Абсолютное лекарство" Над одним из таких лекарств — ингибитором теломеразы, мешающим росту опухоли, — сейчас работает компания Geron Corporation. Джей Ольшанский также не исключает, что, возможно, благодаря открытию теломеразы настанет время, когда «мы сможем регенерировать ткани, приводя их в более здоровое состояние».
У бактерий проблемы укорачивания не возникает, потому что их ДНК завернута в кольцо, у которого, как известно, «нет конца». Однако и в человеческом организме есть клетки, которые могут делиться неограниченно: это клетки, производящие сперматозоиды, стволовые клетки и… клетки раковых опухолей. Еще в 1971 году советский ученый Алексей Оловников выдвинул идею, что существует специальный белок, который умеет восстанавливать теломеры, даруя клетке бессмертие.* * Olovnikov A.M. A theory of marginotomy. The incomplete copying of template margin in enzymic synthesis of polynucleotides and biological significance of the phenomenon. J. Theor. Biol. 1973, Sep 14;41(1):181-90. Догадка Оловникова оказалась правильной, хотя он не определил структуру теломер и не выделил восстанавливающий их белок. Именно это спустя годы сделали Блекберн, Грейдер и Шостак.
В 1980 году Элизабет Блекберн, работая в Беркли, проанализировала кончики ДНК из хромосомы лабораторной инфузории Tetrahymena и обнаружила в них повторяющуюся последовательность «букв» генетического кода — нуклеотидов.
Этот результат привлек внимание Джека Шостака из Гарварда, который бился над другой проблемой — пытался «перепрограммировать» клетку дрожжей, вводя в нее различные последовательности ДНК, но каждый раз его «искусственные хромосомы» быстро разрушались.* * Хотя и инфузории, и дрожжи являются одноклеточными, они имеют сложные хромосомы с теломерами. У Шостака возникла идея присоединить последовательность, обнаруженную Блекберн, к своим мини-хромосомам, и в 1982 году совместный эксперимент Шостака и Блекберн увенчался успехом: «искусственные теломеры» от Блекберн защищали «искусственные хромосомы» Шостака от деградации внутри клетки дрожжей. Еще через два года студентка Блекберн Кэрол Грейдер выделила белок, существование которого было предсказано Оловниковым, — этот белок восстанавливал укороченные теломеры. Блекберн и Грейдер назвали его «теломераза».
Эликсир бессмертия
Открытие теломеразы вызвало ажиотаж. В конце 80-х многие полагали, что, наконец, найден эликсир бессмертия, вещество, которое может предотвратить смерть клеток и каким-то образом наладить самовозобновление человеческого организма. К сожалению, довольно скоро стало понятно, что старость — слишком сложный процесс, чтобы победить его одним эликсиром. Специалист по старению Джей Ольшанский* * См. The New Times, № 34 от 25 августа 2008 г. статья "Лекарство от смерти" относится к перспективам применения теломеразы против старения скептически. Ученые еще не до конца понимают сложные механизмы регуляции генов в клетке, и слишком высок риск вызвать у пациента образование раковой опухоли. С другой стороны, свойство раковых клеток вырабатывать теломеразу дает возможность нахождения лекарства против рака.* * The New Times подробно писал об этом в № 12 от 30 марта 2009 г. в статье "Абсолютное лекарство" Над одним из таких лекарств — ингибитором теломеразы, мешающим росту опухоли, — сейчас работает компания Geron Corporation. Джей Ольшанский также не исключает, что, возможно, благодаря открытию теломеразы настанет время, когда «мы сможем регенерировать ткани, приводя их в более здоровое состояние».
