Теломераза активна в раковых клетках

Josh Mitteldorf, Telomerase does Not Cause Cancer
Перевод Евгении Рябцевой

Автор причисляет себя к растущему меньшинству занимающихся вопросами долголетия исследователей, считающих, что теломераза является наиболее перспективной и быстрой дорОгой к значительному увеличению продолжительности жизни человека. Следует отметить, что к такому выводу пришли практически все ученые, специализирующиеся на биологии теломер (в том числе Andrews, Blasco, de Pinho, Fossel, Harley, West, Wright). Однако затраты на научные исследования, посвященные этой стратегии, ограничены и основной причиной этого является боязнь развития рака. В 1990 году молодая Кэрол Грейдер (Carol Greider) впервые предложила идею, гласящую, что причиной, по которой эволюция человека и большинства млекопитающих привела к появлению коротких теломер, является защита от рака. Независимо от нее в 1991 году известный генетик Рут Сейджер (Ruth Sager) предложила аналогичную гипотезу, сопровождаемую более подробным объяснением и косвенными доказательствами. Здесь следует отметить, что заключения о целях эволюции неизбежно имеют косвенный характер.

Идея, согласно которой увеличение длины теломер связано с риском развития рака, основанная на неубедительных экспериментах и уходящая корнями в изначально ошибочную теорию, стала жить собственной жизнью. В настоящее время в печатных работах на нее ссылаются как на само собой разумеющуюся истину, сопровождая это только формальными документами и не приводя убедительных аргументов. Автор считает, что это убеждение ошибочно, что активация теломеразы в реальности уменьшит конечный риск развития рака и что боязнь рака заглушает энтузиазм, которого изучение теломеразы более чем заслуживает.

Взаимосвязь между теломеразой и раком

В данном случае движущие силы действуют в противоположных направлениях:

1. После озлокачествления имеющая теломеразу клетка способна только продолжать делиться. Поэтому появление теломеразы в распоряжении клетки устраняет один из барьеров на пути к формированию злокачественной опухоли.
2. Помимо участия в поддержании длины теломер один из компонентов теломеразы – hTERT – также выполняет второстепенную функцию, выступая в роли гормона, способного стимулировать злокачественный рост.

1. Основным средством защиты организма от рака является иммунная система. По мере старения активность кроветворных стволовых клеток, дающих начало клеткам иммунной системы, снижается из-за укорочения теломер. Теломераза омолаживает иммунную систему и таким образом помогает организму противостоять раку.
2. Когда длина теломер достигает критического значения, клетка вступает в фазу физиологического старения и начинает высвобождать гормоны (или цитокины), повышающие воспалительный статус всего организма и повреждающие окружающие клетки. Теломераза предотвращает это.
3. Когда теломеры клетки становятся слишком короткими, может происходить фрагментация хромосом, что, в свою очередь, может быть причиной озлокачествления. Теломераза предотвращает и это.

Совсем недавно в печать вышла статья с результатами исследования датских ученых, в рамках которого впервые была проанализирована взаимосвязь между длиной теломер и смертностью членов очень большой популяции. Благодаря размеру популяции эта работа предоставила очень серьезный аргумент в пользу того, что более длинные теломеры являются прогностическим фактором долголетия.

В конце 1980-х годов история о физиологическом старении клеток приобрела четкие очертания: постепенное угасание жизнеспособности, являющееся результатом многократных делений (предел Хейфлика), объяснялось укорочением теломер. Этот процесс возвращался в исходное состояние с помощью фермента теломеразы, впервые описанной в статье Блэкберн (Blackburn) и Грейдер (Greider), для осознания важности которой комитету по присуждению Нобелевской премии потребовалось 25 лет.

Каждая эукариотическая клетка способна синтезировать теломеразу, так как кодирующий ее ген является древним и повсеместным фрагментом генома. (Его возраст должен соответствовать возрасту репликации ДНК, так как без теломеразы ДНК не может копироваться в течение продолжительного времени.) Естественным образом возникает вопрос: если лекарство настолько распространено и легкодоступно, почему клеткам приходится вступать в фазу физиологического старения? Почему теломеры не восстанавливаются при каждом делении клетки с помощью небольшого количества теломеразы?

Очевидным казался следующий ответ: гибель злокачественных клеток = жизнь животного. Возможно, физиологическое старение клеток появилось как компонент механизма защиты организма от рака. В то же время известно, что раковые клетки не вступают в фазу физиологического старения и продолжают делиться бесконечно. То есть они приобретают способность восстанавливать активность теломеразы. Впоследствии в результате изучения образцов многих типов рака было получено подтверждение того, что более 80% злокачественных клеток экспрессируют этот фермент.

Это объяснение не противоречило стандартной эволюционной теории, однако носило весьма антропоцентристский характер. Вскоре было установлено, что из-за отсутствия теломеразы в фазу физиологического старения вступают клетки всех животных, в том числе никогда не болеющих раком. Это было первой предпосылкой к пониманию того, что данное простое объяснение является лишь одной частью истории. Даже некоторые простейшие организмы (ресничные инфузории) отказываются от теломеразы и вступают в фазу физиологического старения. Само понятие рака на них никак не распространяется.

Правда заключается в том, что укорочение теломер является древней формой запрограммированной гибели. Она работает одинаково как для простейших, так и для млекопитающих. Эволюционным теоретикам придется усложнить упрощенческую теорию, описывающую действие естественного отбора.

Что в действительности вызывает рак?

Это правда, что восстановление активности теломеразы является одним из обязательных этапов прогрессии от нормальной клетки к злокачественной. Однако это имеет значение только в том случае, если является этапом, ограничивающим скорость прогрессии.

Каждый многоэтапный процесс состоит из быстрых и медленных этапов, и скорость процесса в целом определяется скоростью наиболее медленного этапа. Приобретение клеткой теломеразной активности ускорит ее превращение в злокачественную только в том случае, если будет являться наиболее медленным этапом, ограничивающим скорость процесса озлокачествления. Наиболее убедительным из имеющихся в нашем распоряжении доказательств является то, что ограничивающим скорость является какой-то другой этап, так как на практике приобретение теломеразной активности, судя по всему, не повышает риск развития рака. Это было продемонстрировано группой исследователей из университета Техаса, работающей под руководством Вуди Райта (Woody Wright) и Джерри Шей (Jerry Shay) уже в 1999 году.

(Что в данном является ограничивающим скорость этапом? Автор считает, что им является вмешательство иммунной системы. Судя по всему, ежедневно происходит озлокачествление нескольких клеток из миллиардов клеток человеческого организма. Однако иммунная система осуществляет непрерывный контроль и уничтожает опухоли в зародыше.)

Ограниченное доказательство гипотезы

Несколько исследований на мышах выявили увеличение частоты развития рака при повышенной экспрессии теломеразы. У трансгенных самок мышей с дополнительными копиями гена теломеразы развивались опухоли молочной железы, тогда как у мышей группы контроля развивались опухоли других органов, но не молочной железы. Введение дополнительных копий гена теломеразы в тимоциты (стволовые клетки тимуса) приводило к повышению частоты развития Т-клеточной лимфомы. Аналогичным образом, гиперэкспрессия теломеразы в стволовых клетках кожи повышала частоту развития рака кожи. В генетически модифицированной мышиной модели, подверженной развитию рака эндокринных желез, инактивация теломеразы значительно снижала частоту возникновения опухолей.

Все авторы исследований на мышах отмечают непонятную особенность получаемых результатов: для мышей изначально характерна выраженная экспрессия теломеразы, и их теломеры никогда не достигают критически короткой длины. Согласно стандартной гипотезе, ограничение активности теломеразы должно служить организму путем подавления опухолей по достижении ими размера, определяемого длиной теломер. Поэтому любая взаимосвязь между теломеразой и инициацией формирования рака должна быть обусловлена каким-то другим, неизвестным на сегодняшний день механизмом.

Лабораторные мыши не относятся к животным, продолжительность жизни которых ограничена укорочением теломер, поэтому эволюционная теория, основанная на ограничении активности теломеразы, вообще не может применяться к ним. Описанные выше результаты любопытны и указывают на то, что теломераза играет и другие роли в метаболизме. Возможно, помимо прочего, она выполняет функцию активатора роста. Однако результаты экспериментов на мышах нельзя приводить в качестве доказательств стандартной гипотезы, распространяющейся на человека, собак, лошадей и других животных (но не на мышей).

Физиологическое старение токсично

Когда клетки человека вступают в фазу физиологического старения, обычно из-за того, что их теломеры укоротились в результате многочисленных делений, они не просто ослабевают и умирают (как делают вступившие в фазу физиологического старения простейшие организмы). Вместо этого они становятся токсичными для организма и высвобождают сигнальные молекулы, стимулирующие воспаление и вступление других клеток в фазу физиологического старения. Это состояние известно как ассоциированный с физиологическим старение секреторный фенотип (SASP, от англ. Senescence-Associated Secretory Phenotype). Другими словами, стареющие клетки превращаются в токсичных монстров, оказывающих мощный усугубляющий процесс старения эффект. Ван Дойсен (Van Deusen) продемонстрировал, что для увеличения продолжительности жизни мышей на 25% достаточно индуцировать гибель вступивших в фазу физиологического старения клеток.

С точки зрения метаболизма эта токсичность совершенно нелогична. Возможно, она является эволюционной адаптацией и должна рассматриваться как адаптация, благоприятствующая гибели организма. То есть клетки млекопитающих и простейшие организмы вступают в фазу физиологического старения по одной и той же причине: это является возникшим в ходе эволюции механизмом регуляции продолжительности жизни.

Эксперименты на животных, в которых продолжительность жизни удалось увеличить с помощью теломеразы

Нематоды Caenorhabditis elegans являются наименее ожидаемым примером, в котором длина теломер оказывала бы влияние на продолжительность жизни. Взрослые черви имеют набор клеток, обеспечивающих их жизнедеятельность в течение их короткой жизни, продолжительность которой в лабораторных условиях при 20-градусной температуре составляет 15-20 дней. В организме взрослых червей не происходит замены старых клеток новыми, соответственно не имеет места ни укорочение теломер, ни клеточное старение. Казалось бы, в данном случае теломеразе здесь совершенно нечего делать. Поэтому совершенно неожиданными оказались результаты корейского исследования, продемонстрировавшие, что увеличение длины теломер с помощью механизма, отличного от активности теломеразы, продлило жизнь червей на 19%.

В проведенных в 2008 году экспериментах на устойчивой к раку линии мышей Мария Бласко (Maria Blasco) из Мадридской лаборатории увеличила продолжительность жизни животных на 40% путем введения в их геном дополнительной копии гена теломеразы. Эти результаты также удивили авторов, так как было принято считать, что клетки мышей имеют большое количество теломеразы и их теломеры никогда не укорачиваются до критичной длины.

Последующее исследование той же группы ученых показало, что введение дополнительного гена теломеразы с таким же успехом увеличивает продолжительность жизни обычных мышей и не повышает риск развития рака. Вдохновленные полученными результатами авторы высказали энтузиазм по поводу потенциала терапии, основанной на увеличение активности теломеразы.

В рамках проведенного в 2011 году исследования сотрудники лаборатории Рональда Депино (Ronald DePinho) лишили мышей характерного для них изобилия теломеразы путем нокаутирования кодирующего ее гена. В результате у мышей развилось выраженное возрастное ухудшение здоровья, в том числе атрофия мышечной ткани, атрофия мозга и угасание познавательных функций. Восстановление теломеразной активности не только остановило прогрессию, но и обеспечило значительное улучшение состояния мышц и головного мозга.

Новый обзор, посвященный взаимосвязи между длиной теломер и смертностью

Совсем недавно были опубликованы результаты датского исследования, в рамках которого в течение 15 лет проводилось наблюдение 65 000 человек. Согласно основному выводу авторов, длина теломер является мощным прогностическим маркером долголетия даже при внесении поправок на такие факторы, как возраст, курение, физическая активность, уровень холестерина в крови, индекс массы тела и употребление алкоголя. Люди с наиболее длинными теломерами подвержены наименьшему риску развития рака. Эта статья является новым богатым источником статистических выводов, и автор планирует посвятить им свою следующую публикацию.

Ссылки на публикации в научных журналах см. в оригинале статьи.

Вопрос о том, в какой мере теломерный механизм участвует в старении многоклеточных организмов. Вполне возможно, что они изобрели совсем иные программы старческого феноптоза. Однако несомненно, что у людей - рекордсменов по долгожительству уменьшение длины теломер уже приближается к той роковой черте, за которой наступает запрет на размножение клеток. Так, по данным группы К. Сасаджимы из Японии, теломеры в клетках печени стариков старше 80 лет оказываются почти вдвое короче, чем у детей до 8 лет. По-видимому, продлить жизнь тем, кому за 100, можно лишь при условии, что удастся нарастить их теломеры, включив на какое-то время теломеразу в печени и других тканях, где этот фермент выключился еще во время эмбрионального развития.

Рассмотрим данные о длине теломерной ДНК и активности теломеразы в различных клетках человека, приведенные в табл. 2.

Высокая теломеразная активность наблюдается в половых клетках человека в течение всей его жизни. Соответственно их теломеры состоят из наибольшего числа ДНК-повторов и содержат все необходимые белки для нормальной пролиферации клеток. Аналогичная ситуация наблюдается и для стволовых клеток. Напомним, что стволовые клетки делятся неограниченно долго. Однако у стволовой клетки всегда есть возможность дать две дочерние клетки, одна из которых останется стволовой ("бессмертной"), а другая вступит в процесс дифференцировки. Благодаря этому стволовые клетки служат постоянным источником разнообразных клеток организма. Например, стволовые клетки костного мозга дают начало гемопоэзу - процессу образования клеток крови, а из базальных клеток эпидермиса происходят разнообразные клетки кожного покрова. Как только потомки половых или стволовых клеток начинают дифференцироваться, активность теломеразы падает и их теломеры начинают укорачиваться. В клетках, дифференцировка которых завершена, активность теломеразы падает до нуля, и, как мы уже отмечали, с каждым клеточным делением они с неизбежностью приближаются к состоянию сенесенса (перестают делиться). Вслед за этим наступает кризис, и большинство клеток погибают (рис. 5). Эта картина характерна для подавляющего большинства известных культур клеток эукариот. Однако и здесь есть редкие, но важные исключения: теломеразная активность обнаруживается в таких "смертных" клетках, как макрофаги и лейкоциты.

Недавно было установлено, что нормальные соматические клетки потому лишены теломеразной активности, что в них полностью подавлена экспрессия гена ее каталитической субъединицы (обратной транскриптазы). Другие же составляющие теломеразы, включая теломеразную РНК, образуются в этих клетках, хотя и в меньших количествах, чем в их "бессмертных" прародителях, но постоянно (или, как говорят, конститутивно). Открытие этого важного факта Дж. Шеем, В. Райтом и их сотрудниками и стало основой для той сенсационной работы по преодолению "лимита Хейфлика". Действительно, все остальное было уже делом техники (хотя и очень непростой).

В нормальные соматические клетки были внесены гены теломеразной обратной транскриптазы с помощью специальных векторов, сконструированных из вирусных ДНК. Уровень экспрессии гена в эукариотической клетке зависит от многих факторов, в том числе от белков - факторов транскрипции, связывающихся со специализированными участками ДНК, расположенными в хромосоме по соседству с этим геном. Геномы вирусов, которым нужно быстро размножиться в клетке-хозяине, несут в себе участки ДНК, способные во много раз усилить экспрессию того или иного гена. Исследователи позаботились о том, чтобы в их конструкциях ген теломеразной обратной транскриптазы человека оказался в окружении именно таких участков вирусной ДНК. Результаты их экспериментов можно суммировать кратко: клетки, в которых теломераза поддерживала длину теломер на уровне, характерном для молодых клеток, продолжали делиться и тогда, когда контрольные клетки (без теломеразы) дряхлели и умирали.

В этой и аналогичной ей работах особенно тщательно контролируется отсутствие в культуре клеток раковых клеток. Известно, что клетки большинства исследованных на сегодня раковых опухолей характеризуются достаточно высокой активностью теломеразы, которая поддерживает длину теломер на постоянном уровне (см. табл. 2). Этот уровень заметно ниже, чем, например, у эмбриональных клеток, но он достаточен, чтобы обеспечить безграничное деление раковых клеток в культуре. Существует гипотеза, у которой немало сторонников, предполагающая, что потеря теломеразной активности соматическими клетками современных организмов есть благоприобретенное в процессе эволюции свойство, уберегающее их от злокачественного перерождения.

Сравнительно небольшая длина теломер у большинства раковых клеток наводит на мысль о том, что они происходят из нормальных клеток, достигших предкризисного состояния. Как мы уже отмечали, это состояние характеризуется нарушением регуляции многих биохимических реакций. В таких клетках происходят многочисленные хромосомные перестройки, которые в том числе ведут и к злокачественной трансформации (более подробно о происхождении злокачественных опухолей см. в статье Г.И. Абелева "Что такое опухоль": Соросовский Образовательный Журнал. 1997. № 10). Большинство этих клеток погибают, но в части из них в результате случайных мутаций может активироваться постоянная экспрессия генов теломеразы, которая будет поддерживать длину теломер на уровне, необходимом и достаточном для их функционирования (см. рис. 5).

Некоторое время вызывал недоумение тот факт, что примерно пятая часть проанализированных раковых опухолей и клеток вообще не содержала активной теломеразы. Оказалось, однако, что длина теломер в них поддерживается на должном уровне. Таким образом, в этих клетках действует другой (не теломеразный, а скорее рекомбинационный) механизм образования теломерной ДНК (см. статью В.М. Глазера "Гомологичная генетическая рекомбинация": Соросовский Образовательный Журнал. 1998. № 7). Иными словами, такие клетки находятся в том же ряду исключений из правила, что и дрозофила.

ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ

Какие же практические выводы следуют из того, что на сегодняшний день удалось узнать о связи между активностью теломеразы, раковым ростом и старением клеток. Казалось бы, они лежат на поверхности: не хочешь стареть - активируй теломеразу; хочешь убить раковую опухоль - убей в ней сначала теломеразу.

Легковесность первого вывода (а именно его подхватили средства массовой информации) очевидна: между культурой клеток и клеточной тканью, а тем более организмом дистанция огромного размера. Еще не пришло время всерьез обсуждать проблему получения трансгенных органов человека для пересадки их больным людям (хотя теоретически это, конечно, возможно). А главное, процесс старения не только организма, но и клетки - это исключительно сложный комплекс изменений во множестве биохимических реакций, и его вряд ли можно повернуть вспять, воздействуя только на какую-то одну из них. В то же время существуют вполне реальные планы активировать теломеразу в клетках кожи, которую пересаживают пациентам с сильными ожогами, и тем самым активировать их рост. Или попытаться тем же путем "омолодить" клетки сетчатки глаза, взяв их у пациента, страдающего помутнением сетчатки (а это широко распространенное заболевание у пожилых людей, ведущее к слепоте), и затем вернуть назад.

Что же касается разработки методов избирательного подавления теломеразной активности в раковых опухолях, то сейчас это важное направление в поиске новых средств борьбы со злокачественными заболеваниями. Пока большинство работ связано с испытанием ингибиторов обратных транскриптаз (каталитических субъединиц теломераз). Опыт борьбы со СПИДом, где пытаются решить аналогичную задачу, говорит о том, что определенные надежды найти такое лекарство есть. Главная трудность заключается в том, что каталитическая субъединица теломеразы - это одна из ДНК-полимераз и искомый ингибитор должен быть направлен именно на теломеразную ДНК-синтезирующую активность. В противном случае он будет токсичен для нормальных клеток.

Более перспективными кажутся недавно появившиеся работы, в которых описано избирательное подавление теломеразной РНК, вызывающее гибель раковых клеток в культуре. В нормальных клетках, как это мы отмечали выше, теломеразная РНК синтезируется, но эти клетки лишены теломеразной активности и, скорее всего, теломеразная РНК им не нужна.

Изучение тонкой структуры теломер и механизма действия теломераз находится еще только в начальной стадии. Однако они привлекают к себе огромный интерес исследователей, работающих в самых разных областях биологии и медицины, и здесь уже в ближайшее время можно ждать новых интересных открытий.

Существует множество доказательств того, что укорочение теломер ассоциировано с развитием рака и, возможно, является предрасполагающим фактором для развития ряда онкологических заболеваний. Примером тому служат врожденные заболевания, в основе которых лежит первичная дисфункция теломеразы и, в частности, врожденный дискератоз. Врожденный дискератоз был первым идентифицированным у человека генетическим заболеванием, причиной которого является нарушение системы поддержания длины теломер. Это заболевание характеризуется гиперпигментацией кожи, ороговением эпителия, дистрофией ногтей и прогрессивной апластической анемией. У пациентов с врожденным дискератозом в 1000 раз повышен риск развития рака языка и примерно в 200 раз – риск развития острой миелоидной лейкемии [16]. При апластической анемии, не связанной с дискератозом, для пациентов с наиболее короткими теломерами (при отсутствии мутаций) риск злокачественной трансформации заболевания в миелодисплазию или лейкемию повышен в 4-5 раз.

Наряду с другими изменениями, лишенные теломер концевые участки хромосом выявляются в культурах клеток костного мозга пациентов за годы до появления клинических симптомов злокачественных заболеваний. Так короткие теломеры лейкоцитов являются прогностическим фактором развития рака при синдроме Беретта (метаплазия слизистой оболочки и стриктуры пищевода в результате пищеводного рефлюкса) и язвенном колите [16].

Сотрудники Инсбрукского медицинского университета наблюдали за 787 участниками итальянского проспективного исследования Bruneck с 1995 по 2005 год. Возраст добровольцев составлял от 40 до 79 лет. В начале исследования у них определили длину теломер в лейкоцитах капиллярной крови. На тот момент у всех участников признаков рака обнаружено не было. За годы исследования у 11,7% добровольцев появилось какое-либо злокачественное новообразование. Рак кожи, кроме меланомы, не учитывался. Средняя длина теломер у пациентов с раком оказалась значительно меньше, чем у остальных участников исследования. После введения поправки на другие факторы риска оказалось, что по сравнению с теми, у кого длина теломер максимальна, добровольцы с самыми короткими теломерами в 3 раза больше рискуют заболеть раком и в 11 раз больше – умереть от него в 10-летний период. У участников исследования со средней длиной теломер риск рака оказался вдвое выше, чем у участников с наиболее длинными теломерами. При этом более короткие теломеры были чаще связаны с наиболее злокачественными опухолями, такими как рак желудка, легких и яичников [21]. В чем же состоит взаимосвязь между существованием коротких теломер в клетке и развитием рака?

В нормальной соматической клетке процесс сенесенса клетки в конечном итоге должен закончиться апоптозом - апофеозом или самоубийством нежизнеспособной клетки. Это генетически запрограммированный процесс, основные моменты которого упрощенно можно представить так: отсутствие теломеры на конце хромосомы останавливает митоз в точках G1 и G2. Остановка митоза в клетках, достигших лимита Хейфлика, по принципу обратной связи вызывает активацию гена р53, ответственного за выработку белка р53, индуцирующего апоптоз. [2] В результате стареющая клетка прекращает свое существование. Старение и апоптоз- два взаимосвязанных процесса, которые служат для человека мощным барьером на пути развития рака. Однако апоптоз может происходить в стареющих клетках не сразу. Период от критического укорочения теломер до гибели клетки может длиться в течение нескольких месяцев и даже лет. Сравнительно небольшая длина теломер у большинства раковых клеток наводит на мысль о том, что они происходят из клеток, достигших предкризисного состояния. Уже известно, что в подавляющем большинстве случаев раковое перерождение происходит тогда, когда клетка не переходит в стадию репликативного старения или в клетке происходит нарушение течения самой стадии репликативного старения.

Однако не всякая дефектная клетка сразу становится злокачественной. Раковое перерождение клетки в большинстве случаев многоступенчатый процесс, затрагивающий многочисленные хромосомные перестройки. В клетках опухолей человека подчас находят более 10 мутаций.

Необходимо отметить, что большинство дефектных клеток, в конце концов, погибают от апотоза или уничтожаются клетками иммунной системы. В противном случае была бы слишком высока вероятность того, что все человечество погибло бы от рака. Апоптоз охарактеризовал себя как отличный подавитель роста раковых клеток. Однако у части злокачественных клеток в результате случайных мутаций может активироваться постоянная экспрессия генов теломеразы, которая поддерживает длину теломер на уровне, необходимом и достаточном для их функционирования. Это характерный путь для быстрой пролиферации 85% злокачественных опухолей.

Структура теломеразы еще не полностью изучена. Дело в том, что содержание фермента в клетке чрезвычайно низкое, имеются большие трудности получения ее компонентов в растворимой форме и в достаточном количестве и др. Но уже точно известны два основных компонента, составляющие коровый комплекс (сердце) теломеразы : это теломеразная обратная транскриптаза – TERT(наиболее важный домен-hTERT каталитическая субъединица) и TER- специальная теломеразная РНК. Предположительно, теломераза содержит и другие структурные комплексы, которые помогают ей работать в клетке: субъединица, отвечающая за поиск и связывание 3’-конца хромосомы (якорная функция), субъединица, ответственная за транслокацию, субъединицы, связывающие продукт реакции (однотяжевую ДНК), белковая субъединица с нуклеазной активностью, которая, по-видимому, отщепляет от 3’-конца теломерной ДНК один за другим несколько нуклеотидов до тех пор, пока на этом конце не окажется последовательность, комплементарная нужному участку матричного сегмента теломеразной РНК и др.

Все клетки человека в раннем эмбриогенезе обладают теломеразной активностью, которая по мере развития организма выключается во все большей доле клеток. К моменту рождения в подавляющем большинстве клеток человеческого организма происходит очень надежная репрессия теломеразы за счет подавления экспрессии гена ее каталитической субъединицы (обратной транскриптазы). Исключением являются клетки организма, которым суждено много пролиферировать Они сохраняют ограниченную, временно индуцируемую теломеразную активность. Наличие небольшой теломеразной активности дает возможность пролиферирующим клеткам с течением времени не подвергаться большой изменчивости. У здорового человека активность этого фермента можно выявить на сравнительно низком, но детектируемом уровне в стволовых, половых клетках, в слизистых клетках кишечника, в лимфоцитах периферической крови (ПК) и тимуса (Osterhage J.L., 2009). Установлено, что экспрессия теломеразы в лимфоцитах строго контролируется в течение их развития, дифференцировки и активации [Georgin-Lavialle S., 2010]. Предполагается, что активность теломеразы усиливается на короткий срок в период интенсивной пролиферации (например, после встречи предшественника В-лимфоцита с антигеном). В результате стимуляции зрелые лимфоциты становятся способны экспрессировать теломеразу на довольно высоком уровне, причем после любой повторной стимуляции экспрессия теломеразы возрастает, но ее уровень уже не достигает уровня ответа на первичный стимул [Akbar A.N., 2007]. Ферментативная активность теломеразы возрастает в основном за счет фосфорилирования TERT, вызывающего изменение локализации белка в клетке.

Несмотря на репрессию hTERT, другие составляющие теломеразы, включая теломеразную РНК, образуются в соматических клетках, хотя и в меньших количествах, чем в их “бессмертных” прародителях, но постоянно (или, как говорят, конститутивно). Открытие этого важного факта Дж. Шеем, В. Райтом и их сотрудниками и стало основой для сенсационной работы по преодолению “лимита Хейфлика”. В нормальные соматические клетки были внесены гены теломеразной обратной транскриптазы с помощью специальных векторов, сконструированных из вирусных ДНК. В практике клеточных технологий принято влиять на экспрессию генов через геномы вирусов, с определенными участками ДНК, которые внедряются в клетку-хозяина и быстро там размножаются. Результаты их экспериментов можно суммировать кратко: клетки, в которых теломераза поддерживала длину теломер на уровне, характерном для молодых клеток, продолжали делиться тогда, как контрольные клетки (без теломеразы) дряхлели и умирали.

Известно, что клетки большинства исследованных на сегодня раковых опухолей характеризуются достаточно высокой активностью теломеразы, которая поддерживает длину теломер на постоянном уровне. Этот уровень заметно ниже, чем, например, у эмбриональных клеток, но он достаточен, чтобы обеспечить опухолевым клеткам возможность безграничной пролиферации, что в свою очередь предоставляет им время и, соответственно, возможность изменяться, выживать и захватывать новые ниши в организме. Если бы в процессе канцерогенеза не происходило активации теломеразы, то клетки, в большинстве случаев, не смогли бы дожить до злокачественных стадий, и не было бы абсолютного большинства раковых опухолей. К, сожалению, на сегодняшний день нет объяснения тому факту, что при различных формах рака теломераза может активироваться как на ранних, так и на поздних стадиях. Так, при миелолекозе активность теломеразы определяется на ранних стадиях, а при раке почки или менингеоме активация теломеразы происходит уже в клетках сформировавшейся опухоли.

Однако сама по себе активация теломеразы в нормальных клетках не приводит к раковому перерождению.

В опытах Дж. Шеея, В. Райта (1998), Bodnar (1997), White (2000), Hannon et al. (1999; 2000), Franzese et al. (2001), and Yudoh et al. (2001) активность теломеразы обычно увеличивалась благодаря сверхэкспрессии hTRT или экспрессии белков, которые являются промежуточными компонентами теломеразы [3,14,19,20]. Их результаты не выявили каких-либо нарушений в регуляции размножения или озлокачествления теломеризованых клеток. Более того, в последнее время появились данные о том, что, просто активации теломеразы недостаточно для иммортализации разных клонов клеток. В работах профессора Кионо с соавторами, введение каталитического компонента теломеразы hTERT или теломеразной активности с помощью онкобелка вируса папилломы человека E7 в кератиноциты или клетки эпителия человека не приводило к их полной иммортализации. Она наступала лишь при дополнительном торможении определенных онкогенов. Причем, для разных типов клеток требуется, по-видимому, инактивация разных супрессоров [ Wynford-Thomas, et all. 1997 ]. Так, в человеческих кератиноцитах и эпителиоцитах молочной железы иммортализация наблюдается при трансдукции TERT и одновременной инактивации белков либо pRb , либо p16INK4a , тогда как элиминация р53 или p19ARF не вызывает такого эффекта [ Kiyono, et all. 1998]

Эти научные факты еще раз подчеркивают, что экзогенная стимуляция активности теломеразы не вызывает в нормальных клетках ракового перерождения, и что особенно важно изолированная экспрессия гена теломеразы не ведет к иммортализации раковых клеток.

Выше уже говорилось о том, что активность теломеразы повышена во многих злокачественных клетках и клеточных линиях. Это позволило искать пути борьбы с раковыми клетками через ингибирование теломеразы. Пока большинство работ связано с испытанием ингибиторов обратных транскриптаз (каталитических субъединиц теломераз). Однако проведенные исследования по эффективности и безопасности данного класса препаратов неоднозначны. По мнению профессора Егорова Е.Е., антираковая терапия с помощью подавления теломеразы является малоэффективной, потому, что в большинстве случаев, реактивация теломеразы при канцерогенезе происходит в процессе выхода клеток из состояния кризиса, когда наблюдается многократное повышение генетической изменчивости. Поскольку эти клетки попали в состояние кризиса, то в них разрушены или нейтрализованы механизмы репликативного старения. Поэтому подавление теломеразы в опухолевых клетках человека возвращает их в состояние кризиса, но не вызывает репликативного старения и следующего за ним апоптоза. А это значит, что снова будет происходить чрезмерное увеличение генетической нестабильности. В отличие от кризиса в процессе становления опухоли, этот кризис будет захватывать существенно большее число клеток. Эффект после подавления теломеразы наступает с задержкой, необходимой для укорачивания теломер вследствие недорепликации. Время этой задержки составляет десятки удвоений популяции, что равноценно десяткам дней. Поэтому, несмотря на то, что большинство клеток все же будет погибать, довольно быстро возникнут клетки, устойчивые к предложенной терапии. Кроме того, проблема данного класса препаратов состоит в их выраженной токсичности для нормальных клеток. И потому более перспективными являются работы, в которых описано избирательное подавление теломеразной РНК, так как действие искомого ингибитора должно быть направлено именно на теломеразную ДНК-синтезирующую активность [6].

Несомненно, что изучение путей ингибирования теломеразы актуально для снижения смертности от рака, однако изучение путей активации теломеразы представляется не менее важным направлением для профилактики рака, особенно у лиц пожилого возраста.

В процессе старения человека происходит гибель клеток организма, которая не может быть восполнена регенерацией. Со временем потеря клеток приводит к ослаблению функций органов и тканей, уменьшению их надежности, развитию болезней, связанных со старением, и в итоге к гибели организма. По данным Американского общества рака, 78% всех случаев рака диагностируют у лиц старше пятидесяти семи лет. Риск возникновения рака возникает тогда, когда более выражены признаки клеточного старения, что наиболее характерно для пожилых людей. Современный образ жизни, стресс, злоупотребление лекарствами приводят к недостатку отдельных теломеразных компонентов, и к более раннему фенотипическому старению с потерей функции на клеточном и системном уровне. Этот факт заставил исследователей искать пути продления жизни клетки через активацию теломеразы.

На сегодняшний день единственным биологическим комплексом с доказанным эффектом снижения процента критически коротких теломер в клетке, является ТА-65. Его действие направлено на индукцию активности теломеразы, которая способствует добавлению теломерных повторов, прежде всего, к коротким теломерам, тем самым омолаживая стареющие клетки и наделяя их способностью пролиферировать.

Все вышесказанное можно обобщить в следующих выводах:

1. Существует тесная взаимосвязь между существованием коротких теломер в клетке и развитием опухолевого процесса. Свидетельствами тому служат заболевания, при которых отмечаются короткие теломеры: врожденный дискератоз, апластическая анемия, синдром Баретта др.

2. Наличие критически коротких теломер в клетке - признак ее старения и нестабильности. В этот период велика возможность перехода клетки в кризисное состояние, при котором высок риск возникновения хромосомных мутаций, приводящих к развитию рака.

3. Теломераза препятствует укорочению теломер, защищает их структуру. Недостаток теломеразы в активно пролиферирующих клетках (стволовых клетках, клетках костного мозга, стромальных клетках костного мозга, молодых фибробластах кожи, предшественниках инсулоцитов, нейросферических клетках, адренокортикальных клетках, мышечных, остеопластических, ретинальных пигментированных эпителиалиальных клетках, клетках иммунной системы, включая клетки лимфоидного, миелоидного и эритроидного ростков, таких как В- и Т- лимфоциты, моноциты, циркулирующие и специализированные тканевые макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы) ведет к нарушению их функционирования и к быстрому старению.

4. Малигнизация клетки - сложный многоступенчатый процесс, при котором происходят множественные мутации генетического материала клетки.

6. Сама по себе теломераза не является онкогеном. Изолированная активация теломеразы за счет генетических манипуляций с геном теломеразы, а также за счет фармакологической стимуляции ТА-65 не приводит к малигнизации клетки. Этот факт доказан множеством научных и экспериментальных работ.

7. ТА-65 способствует профилактике ракового перерождения за счет щадящей активации теломеразы и снижения процента коротких теломер. При этом снижается вероятность хромосомных перестроек в клетках, увеличивается продолжительность жизни иммунных клеток, улучшается их способность находить и уничтожать раковые клетки.