Теломеры. Возможна ли наша вечная молодость

Теломеры. Возможна ли наша вечная молодость

25 апреля в мире отмечают День ДНК. Именно в этот день в 1953 году в журнале Nature ученые впервые опубликовали результаты исследования структуры этой молекулы жизни. А уже в 2009 году Нобелевская премия была вручена за открытие связи между продолжительностью жизни и длиной теломеров ДНК.

Когда я училась в Донецком мединституте (а в этом году будет 30 лет нашего выпуска), о теломерах и теломеразе мы лишь вскользь говорили в курсе биологии, воспринимая их как гипотезы и научную, но пока ещё фантастику. Впрочем, тогда и хромосомы хоть и были посчитаны, о них ещё мало было известно, разве что о синдроме Дауна и фенилкетонурии упоминали в связи с хромосомными нарушениями. Но наука движется вперёд семимильными шагами. И те, кто верит в вечную молодость или эликсир жизни, могут радоваться – это уже не за горами.

Но обо всём по порядку. Я не стану грузить вас научной информацией, вряд ли кто из вас знает подробно строение клеток, наших хромосом и помнит отличие ДНК от РНК, а потому – схематично. Впрочем, о ДНК сейчас всё чаще вспоминают в связи с определением отцовства в скандальных передачах на ТВ, и многие уже поняли уникальность ДНК каждого индивидуума. Думаю, из школьной программы вы всё же запомнили, что хромосомы – постоянная составная часть клеток животных и растений, носители наследственной генетической информации. При этом набор всех хромосом клетки, называемый кариотипом, - как отпечаток пальцев или картинка нашей сетчатки – индивидуален и второго такого нет. И в течение жизни он практически не меняется. И вот на концах этих хромосом пристроились «колпачки» - теломеры, которые выполняют защитную функцию и препятствуют соединению с другими хромосомами или их фрагментами, сохраняя наш генотип незыблемым. Но наши теломеры – не вечны, они, как метроном, отсчитывают время нашей жизни, укорачиваясь при каждом делении клетки. Теломеры считают показателем старения, «термометром для измерения возраста». Но не только возраста, но и индикатором предрасположенности к разнообразным заболеваниям, включая рак, инсульт, деменцию, сердечно-сосудистые заболевания, диабет.

Каждая клетка человеческого организма содержит 92 теломеры, выполняющие функцию биологических часов. При каждом делении клетки теломеры укорачиваются, достигая в определенный момент критического уровня, при котором клетка перестает нормально функционировать или погибает. «Степень износа» теломерных окончаний отражает влияние на организм человека целой группы факторов (генетических, эпигенетических, экологических и др.), поэтому является наиболее точным индикатором клеточного старения. Установлено наличие связи между сокращением длины теломер и развитием целого ряда дегенеративных заболеваний, приводящих к ухудшению состояния здоровья и сокращению продолжительности жизни.

Пару слов об истории открытия этих наших возрастных счётчиков. Именно для того, чтобы вы поняли, как быстро движется наша наука.

В 1962 году Леонард Хейфлик (Leonard Hayflick) совершил революцию в биологии, разработав теорию известную как теория предела Хейфлика. Согласно этой теории, максимальная потенциальная продолжительность жизни человека составляет 120 лет. Согласно теоретическим подсчетам, именно к этому возрасту в организме становится слишком много клеток, не способных делиться и поддерживать его жизнедеятельность. Что интересно, так это пожелания ближним у иудеев жить до 120 лет, которые основаны явно не на исследованиях Хейфлика! В Торе сказано (Бэрейшит 6, 1-3): «И сказал Г-сподь: да не борется дух Мой в человеке вечно, потому что он плоть; пусть будут дни его сто двадцать лет». Но это лирическое отступление. Продолжим?

В 1971 году российский ученый Алексей Матвеевич Оловников впервые предположил, что при каждом делении клеток эти концевые участки хромосом укорачиваются. То есть длина теломерных участков определяет «возраст» клетки - чем короче теломерный «хвост», тем она «старше». Через 15 лет это предположение экспериментально подтвердил английский ученый Говард Кук. Правда, нервные и мышечные клетки взрослого организма не делятся, теломерные участки в них не укорачиваются, а между тем они «стареют» и умирают. Поэтому вопрос о том, как «возраст» клетки связан с длиной теломер, остается по сей день открытым. Одно несомненно - теломеры служат своего рода счётчиком клеточных делений: чем они короче, тем большее число делений прошло с момента рождения клетки-предшественницы.

Тогда же, в начале 70-х А. М. Оловников предсказал и наличие фермента теломеразы, фермента - «удлинителя», его функция - достраивать концевые участки линейных молекул ДНК, «пришивая» к ним повторяющиеся нуклеотидные последовательности - теломеры. Клетки, в которых функционирует теломераза (половые, раковые), бессмертны. В обычных (соматических) клетках, из которых в основном и состоит организм, теломераза «не работает», поэтому теломеры при каждом делении клетки укорачиваются, что в конечном итоге приводит к ее гибели. А уже в 1985 году этот фермент был обнаружен у инфузории, затем - в дрожжах, растениях и у животных, в том числе в яичниках и раковых клетках человека. В 1997 году американские ученые из университета Колорадо получили ген теломеразы, а в 1998-м исследователи из Юго-Западного медицинского центра Техасского университета в Далласе встроили ген теломеразы в клетки кожи, зрительного и сосудистого эпителия человека, где фермент в обычных условиях «не работает». В таких генетически модифицированных клетках теломераза находилась «в рабочем состоянии» - пришивала к концевым участкам ДНК нуклеотидные последовательности, поэтому длина теломер от деления к делению не менялась. Таким способом ученым удалось увеличить жизнь обычных клеток человека в полтора раза.

И в 2009 году Нобелевская премия по медицине и физиологии была присуждена Элизабет Блэкбёрн, Кэрол Грейдер и Джеку Шостаку. «за открытие механизмов защиты хромосом теломерами и фермента теломеразы». Но даже тогда ещё казалось, что это чистая теория. И вот в декабре 2017 года на Пятой зимней школе гормонотерапии, проводимой Клиникой профессора Калинченко, я уже держала в руках «эликсир вечной молодости» и даже за кошельком полезла, пока цену не узнала. Да, пока этот препарат – «Теломерол» - удлинитель теломер, не для всех, но он уже есть! И «измерить» длину своих теломер можно в некоторых лабораториях мира, включая и Москву.

Но в каждой бочке мёда есть, как обычно, ложка дёгтя. Теломераза остаётся главным кандидатом на звание эликсира бессмертия. И в то же время этот фермент - один из главных факторов злокачественного перерождения клеток. Раковые клетки бессмертны благодаря тому, что в них «работает» теломераза. Вот почему бессмертие и рак в природе как бы уравновешивают друг друга: бессмертный организм теоретически может жить вечно, но он неминуемо погибнет от рака… Так что ещё столько открытий готовит нам исследование теломеров, теломеразы, бессмертия и вечной молодости.

Что же остаётся нам, простым смертным, пока по цене этот «эликсир молодости» не будет доступен?

Для начала знать, что различные стрессовые факторы способствуют преждевременному укорочению теломер, что, в свою очередь, ускоряет биологическое старение клеток. Многие пагубные для здоровья возрастные изменения организма ассоциированы с укорочением теломер. Доказано существование взаимосвязи между укорочением теломер и заболеваниями сердца, ожирением, сахарным диабетом и дегенерацией хрящевой ткани. Укорочение теломер снижает эффективность функционирования генов, что влечет за собой триаду проблем: воспаление, окислительный стресс и снижение активности иммунных клеток. Все это ускоряет процесс старения и повышает риск развития возрастных болезней.

Специалисты по геронтологии из Университета Дюка (США) провели долгосрочное исследование группы добровольцев. Ученые зафиксировали основные физиологические показатели, когда испытуемым было 26 лет, и замерили их снова, когда участникам группы исполнилось 38.

Исследование показало, что у многих участников биологический возраст отличался от хронологического в ту или иную сторону. Но важнейший его вывод – от наследственности в вопросе скорости биологического старения зависит всего 20%. Остальные 80% объясняются внешними факторами: уровнем стресса, физической подготовкой и обязательно рационом питания.

Учёные пришли к выводу: чтобы замедлить процесс старения, начинать следить за питанием и вести здоровый образ жизни необходимо как можно раньше. Неправильное питание в молодости приводит к необратимым структурным и клеточным изменениям, ведущим к повреждению ДНК, в частности, к укорачиванию теломеров.

Как с этим бороться? Вспомнить открытие ещё одного нашего соотечественника И.И.Мечникова фагоцитарной теории иммунитета – ещё одного фактора, ассоциированного со старением. Он доказал, что повышение клеточного иммунитета способствует увеличению продолжительности жизни. В 1908 году Мечников был удостоен Нобелевской премии по физиологии и медицине совместно с П.Эрлихом. Экспериментальные и клинические исследования в геронтологии показали, что иммунная защита организма является первой системной функцией, которая нарушается при старении. А как мы помним, именно в кишечнике находится около 70% лимфоцитов и полезная микрофлора, защищающие организм от патогенных бактерий и вирусов. И о том, как и чем «кормить» нашу микрофлору, мы уже обсуждали. То есть, правильное питание для микрофлоры нашего кишечника – это ещё один путь к бессмертию. Ну, если не к бессмертию, то к улучшению качества и увеличению продолжительности жизни – точно.

Но кроме нашей кишечной микрофлоры, мы уже сегодня можем начать «кормить» наши теломеры! Впрочем, мои постоянные читатели уже начали их «кормить», прочитав о «Квартете здоровья». Потому что первый и главный «продукт» для них – наша любимая омега-3. Проведенное в Сан-Франциско (Калифорнийский университет) исследование, показало обратную связь между скоростью укорочения теломер и уровней омега-3 в крови. Они обследовали больных с ишемической болезнью сердца и показали, что чем выше уровень омега-3 индекса, тем длиннее теломеры. Я вам уже писала, что омега-3 индекс в идеале должен быть 12-13, минимум 8, а у большинства из нас – 3-4. К сожалению, далеко не везде этот омега-3 индекс измерить можно, но принимать омегу-3 стоит в профилактических дозах (2 г в день) всем, а в лечебных (3-4 до 8 г в день) – по назначению врача. Как выбирать и как принимать омега-3, мы уже обсудили раньше.

Ещё одно, крайне необходимое для удлинения теломер витаминоподобное вещество ацетил- L - карнитин, которое синтезируется, при соблюдении ряда условий, в печени. Для синтеза необходимо наличие аминокислот — лизина и метионина, а также железа и витаминов В3, В6, В9, В12, С. Если в рационе питания человека присутствует достаточное количество белка и витаминов, в его организме будет синтезироваться L-карнитин, но в крайне малом количестве, не более 16-20 мг. При этом суточная потребность в L-карнитине у здорового человека — 200-500 мг. Получается, печень синтезирует только 10% от нормы, которую человек должен получать в день. Наша печень вырабатывает его для того, чтобы каждая клетка организма получала достаточное количество биоэнергии. Но не торопитесь в аптеку или магазин спортивного питания, аэробные нагрузки — одно из ключевых условий для работы L-карнитина. И если вы полагаете, что будете сидеть на диване и «удлинять» теломеры омегой или карнитином, то глубоко ошибаетесь. Движение – главное условие вечной молодости! Ещё в 2008 году провели широкомасштабное исследование пар близнецов, которое наглядно показало, что у активных сестёр и братьев длина теломер больше ленивых их близняшек.

Очень «любят» наши теломеры витамины С и Е. Нет, им нужны все витамины, но эти, обладающие антиоксидантными свойствами, а ещё и бета-каротин, В9 и В12 – фавориты. Витамины, безусловно, предпочтительнее натуральные. Впечатляет тот факт, что одна из форм витамина Е, известная как токотриенол, способна восстанавливать длину коротких теломер в фибробластах человека. Также есть данные о способности витамина С стимулировать активность удлиняющего теломеры фермента теломеразы. Эти данные свидетельствуют в пользу того, что употребление определенных продуктов питания способствует восстановлению длины теломер, что потенциально является ключом к обращению процесса старения вспять.

Для полноценного функционирования теломер необходимо их адекватное метилирование – химический процесс, заключающийся в присоединении к нуклеиновому основанию ДНК метильной группы (-CH3), в котором принимает участие кофермент S-аденозилметионин, для синтеза которого организм использует метионин, метилсульфонилметан, холин и бетаин. Для нормального протекания процесса синтеза этого кофермента необходимо присутствие витамина В12, фолиевой кислоты и витамина В6. Фолиевая кислота и витамин В12 одновременно вовлечены во многие механизмы, обеспечивающие стабильность теломер.

Особняком стоит витамин D, который опять же мои постоянные читатели уже давно принимают. Каким образом этот солнечный витамин влияет на длину теломер, ещё предстоит исследовать, но уже сегодня учёные считают, что именно противовоспалительные свойства витамина-гормона помогают нам дольше оставаться моложе. В исследовании с участием 2 100 близнецов женского пола в возрасте 19-79 лет ученые продемонстрировали, что наиболее высокие уровни витамина D ассоциированы с наиболее длинными теломерами, и наоборот. Разница в длине теломер при наиболее высоких и наиболее низких уровнях витамина D соответствовала примерно 5 годам жизни. Еще одно исследование показало, что употребление взрослыми с избыточной массой тела 2 000 МЕ витамина D в день стимулирует активность теломеразы и способствует восстановлению длины теломер, несмотря на метаболический стресс.

И куда же без антиоксидантов? Именно они борются с окислительным стрессом, и «королева антиоксидантов» - альфа-липоевая (тиоктовая кислота) не зря включена в «Квартет здоровья».

Раз уж вспомнили «Квартет», напомню и о фитоэстрогенах, как одного из элементов «вечной молодости». Ведь старение, как мы знаем, - это угасание функций половых желез, а поддержание их – путь к продлению нашей молодости. Понятно, что предпочтительнее заместительная гормональная терапия, но и фитоэстрогены из пищи – тоже неплохой вариант.

Ну и без железа и йода долгой и счастливой жизни нашим теломерам не видать. Это мы тоже уже с вами обсуждали.

Цинк играет важную роль в функционировании и восстановлении ДНК. Недостаток цинка приводит к появлению большого количества разрывов цепочек ДНК. У пожилых людей недостаток цинка ассоциирован с короткими теломерами. Минимальное количество цинка, которое человек должен получать в день, составляет 15 мг, а оптимальные дозировки составляют около 50 мг в день для женщин и 75 мг – для мужчин.

Для функционирования многих ферментов, вовлеченных в копирование и восстановление повреждений ДНК, необходим магний. Одно из исследований на животных показало, что недостаток магния ассоциирован с увеличением выраженности свободно-радикальных повреждений и укорочением теломер. Эксперименты на клетках человека продемонстрировали, что отсутствие магния приводит к стремительной деградации теломер и подавляет деление клеток. В день, в зависимости от интенсивности нагрузки и уровня стресса, организм человека должен получать 400-800 мг магния.

Существует очень большое количество пищевых добавок, оказывающих положительное влияние на состояние хромосом посредством запуска противовоспалительного механизма, таких природных соединений, как кверцетин, катехины зеленого чая, экстракт виноградных косточек, куркумин, коэнзим Q10 и ресвератрол. Обладающие этим свойством соединения также содержатся во фруктах, овощах, орехах и цельном зерне.

Для меня не стали открытием рекомендации на Пятой зимней школе гормонотерапии по питанию для удлинения теломер, но некоторых, думаю, удивят, а кое-кого даже возмутят! Как вам рекомендации о хорошем стейке и бокале вина на ужин? Я, например, только за! Но, во-первых, вино исключительно красное, содержащее ресвератрол – вещество, обладающее противоопухолевым, противовоспалительным, понижающим уровень сахара в крови, кардиопротекторным и другими положительными эффектами, во-вторых – всего бокал-два в день. И мясо – содержащее аминокислоты, пептиды и гемовое железо. Сразу прошу трезвенников и веганов не вступать со мной в дискуссии, для вас есть «заменитель» стейка и бокала вина – комплексы аминокислот, пептиды, ресвератрол в препаратах (например, «Эноант»). Впрочем, капсулами, таблетками и прочими добавками можно заменить любой рацион, вопрос – зачем? Если можно съесть кусок мяса и выпить бокал вина. А «заменять» и «добавлять» лишь то, что сложно или невозможно получить в достатке с пищей.

Рацион для удлинения теломер и продления молодости должен включать адекватное количество белков, в особенности серосодержащих. В такой рацион помимо красного мяса должны входить молочные продукты, яйца, курица, бобовые, орехи и зерновые. Яйца являются наиболее богатым источником холина.

Думаю, вы поняли, что полноценное питание, качественное движение, отсутствие или минимизация стрессов, восполнение дефицитов веществ в наших организмах, ликвидация вредных привычек – вот он наш практически бесплатный «эликсир вечной молодости»! Длина теломер и активация теломеразы – в наших руках.