6 курс / Медицинская реабилитация, ЛФК, Спортивная медицина / Геронтология_in_polemico_Мушкабаров_Н_Н_

400

- и¸ наконец, выше всего вероятность – около 25% – равного (5-кратного) количества укорочений обеих теломер.

б) Но, хотя вероятность равного укорочения – в распределении максимальна, она уже сейчас (после 10 циклов) весьма невелика.

7. Распределение при n = 50.

а) А после 50-ти делений максимум распределения падает почти до 3%:

Столь низкой становится доля хромосом, претерпевших одинаковое количество укорочений (по 25) в каждой теломере.

б) Остальные проценты распределены между вариантами, где

-одна из теломер укорачивалась от 0 до 24 и от 26 до 50 раз

-и, соответственно, вторая – от 50 до 26 и от 24 до 0 раз.

в) Крайние значения – очень малы:

3.1.2.5.Какое же состояние теломер является критическим?

1.В чём проблема?

Таким образом, складывающаяся картина сильно отличается от привычной.

а) Принято считать, что сами по себе теломеры не несут генетической информации; и жизнеспособность клетки нарушается, когда теломеры укорачиваются до некоторого критического уровня.

И явно или неявно подразумевается, что речь идёт обо всех хромосомах клетки. б) Мы же пришли к тому, что состояние теломер в хромосомах – самое разно-

образное. Конкретно, те n укорочений хромосомы, которые происходят за n делений, всеми возможными способами распределены между двумя теломерами.

в) Так какое состояние теломер является критическим? Рассмотрим варианты, считая, что лимит делений равен 50.

2. Вариант I. Хотя бы в одной хромосоме клетки одна теломера претерпела 50 укорочений.

а) Вероятность такого события для произвольной хромосомы мы уже оценивали: она – ничтожно мала: 2 10–15 (3.5)

б) Поскольку хромосом в обычном наборе – 46, искомая вероятность (получить результат k = 50 хотя бы для одной из 46 хромосом) увеличивается до 10–13.

в) Но и этого явно недостаточно, чтобы обусловить гибель клеточной культуры.

Вариант II. Обе теломеры хромосом равномерно укорочены, потеряв по 25 «билетиков».

а) Этот вариант, похоже, не имеет ни качественного, ни количественного обоснования. Ну, действительно, в указанном состоянии находится лишь 3 процента хромосом (3.4), т.е. не более 2-х хромосом на набор из 46 хромосом.

б) А качественно трудно понять, почему симметричность укорочения теломер одной-двух хромосом играет ключевую роль в гибели клетки.

Вариант III. Замедление и остановку делений с последующей гибелью клетки вызывает сумма укорочений обеих теломер любой хромосомы, достигаемая после 50ти делений и равная тоже 50-ти.

а) Т.е неважно, как распределены укорочения между теломерами (от соотношения 0:50 до соотношения 25:25); имеет же значение лишь их общая сумма.

401

б) Это могло бы быть наиболее естественным объяснением лимита в 50 делений, если бы ещё сопровождалось удовлетворительной интерпретацией.

в) Одна из таких интерпретаций состоит в том, что суммарное укорочение или

(что несколько иное) суммарное количество укорочений теломер изменяет действие какого-то промежуточного механизма (например, концентрацию некоего фактора), влияющего на состояние клетки.

г) Конкретное воплощение может быть самым разнообразным, так что не считаю даже нужным фантазировать на эту тему.

3. Итог.

а) В итоге, мы пришли к тому, что после большого числа репликаций (n)

-теломеры хромосом начинают сильно различаться по длине,

-но сумма укорочений теломер любой хромосомы равна n.

б) Данное обстоятельство не отвергает совсем идею о роли укорочения теломер в ограничении клеточных делений, однако ставит её под большое сомнение и требует, по меньшей мере, пересмотра слишком упрощённых представлений.

3.1.2.6.О связи между длиной теломер и числом делений

1.Общая проблема.

а) К двум заключениям, дополняющим предыдущее, мы придём, если сопоставим известные данные о связи длины теломер с числом делений.

б) I. В своё время всеобщее удовлетворение вызывал сам факт, что при делении соматической клетки теломеры её хромосом несколько уменьшаются.

II. Это подтверждало идею «билетиков», и всё казалось очевидным.

в) Но потом стало выясняться, что количество делений клеток в культуре зачастую не коррелировало чётко с длиной теломер:

-теломеры – столь протяжённы, а укорочения при репликации – столь скромны,

-что и после исчерпания лимита делений теломеры сохраняют бóльшую часть своей длины.

2. Простые примеры.

а) I. Например, в клетках эмбрионов человека каждая теломера хромосомы содержит, в среднем, 10–15 тысяч нукл. пар.

II. Отсюда легко найти (даже считая, что при всех репликациях ДНК укорачивается одна и та же теломера хромосомы – и не на 50–60, а на 100 нукл. пар), что за 50 делений будет потеряно лишь 5 тысяч нукл. пар, т.е. от 50 до 67% длины теломеры ещё останется.

б) Ещё парадоксальней ситуация у мышей:

-их теломеры – очень длинные (под 100 тысяч нукл. пар) и мало укорачиваются при репликации (поскольку в клетках – довольно высокая активность теломеразы),

-но предел делений в культуре равен всего 20-ти (см. табл. 3.1).

3. Обычное объяснение и противоречащие ему факты.

а) Подобные феномены обычно объясняют тем, что теломерные отделы ДНК образуют некие петли, а отщепление критического количества «кусочков» радикально меняет структуру оставшейся части теломеры, что сказывается и на активности ближайших генов.

б) Но некоторые данные говорят, что укорочение теломер в культуральных клетках человека через 50 делений – ещё не критическое.

Если клетки заразить вирусом SV40, то они будут делиться на 20–50 раз больше обычных 50-ти раз, и в ходе каждого дополнительного деления будет продолжаться укорочение теломер.

402

в) Значит, в обычных условиях критическим является не оставшаяся длина теломер, а тот сигнал, который связан с общим укорочением теломер и влияние которого резко ослабевает при заражении вирусом.

4. Уточнения: важно, не сколько остаётся, а сколько отщепляется и как распознаётся .

Таким образом, мы опять приходим к идее о некоем дополнительном механизме; только теперь мы делаем два важных уточнения.

а) Во-первых, срабатывание этого механизма зависит

-не от индивидуальной или суммарной длины оставшихся теломер,

-а от суммарного укорочения (или числа укорочений) теломер.

б) Во-вторых, те или иные факторы (например, вирус SV-40) могут модулировать воздействие укорочения теломер на состояние клетки, опосредованное данным механизмом.

5. Ещё одно свидетельство в пользу первого уточнения.

Первое из сделанных уточнений следует также из ряда экспериментов по введению в клетки гена теломеразы.

а) В 1998 году всемирной сенсацией прозвучали сообщения, что подобные эксперименты привели к превышению лимита Хейфлика на несколько десятков делений.

б) Но потом выяснилось, что введение того же гена в некоторые виды клеток (кератиноциты, клетки молочной железы) приводит к удлинению теломер, но не пролонгирует деления культуры.

в) Следовательно, и здесь решающее значение имеет не абсолютная длина теломер, оставшаяся после 50-ти делений, а общая сумма прошедших укорочений.

6. Дополнительные замечания по поводу первого уточнения.

а) Первое уточнение означает, что предполагаемый механизм должен, в частности, дифференцировать одно от другого:

- суммарное укорочение теломер (Σ li)

- от суммарной длины оставшихся теломер [Σ (li,o – li)]. (Надеюсь, все обозначения понятны без пояснений).

б) I. К сходному выводу пришёл и А.М.Оловников, заменивший свою теломерную теорию на редуктомерную, т.е. делающий теперь акцент не на длине теломер, а на количестве их укорочений («редукций»).

II. Другое дело, что

-мир в целом и поныне ориентируется на отвергнутую своим автором теломерную теорию,

-а новая – редуктомерная – теория производит впечатление настолько раскрепощённого творчества, что тоже вызывает недоверие.

7. Замечания по поводу второго уточнения.

а) Что же касается вируса SV-40, то его геном представлен молекулой кольцевой двуцепочечной ДНК.

б) I. Подобные ДНК не испытывают проблем с укорочением своей длины и с дефицитом теломеразы, поскольку, просто в силу замкнутости, не имеют концов.

II. Поэтому все бреши в строящейся дочерней цепи ДНК (на месте удалённых РНК-затравок) благополучно застраиваются в нужном направлении.

в) Не исключено, что именно с этим свойством таких ДНК как-то связана способность вируса продлевать деления клеток.

г) Например, можно представить (хотя и с трудом), что в присутствии в ядре клетки нескольких десятков вирусных ДНК механизм счёта укорочений воспринимает их наряду со своими молекулами, отчего среднее число регистрируемых укорочений на

403

молекулу ДНК оказывается почти вдвое меньше.

8. Резюме.

а) С такими трудностями сталкивается, как мы видели на протяжении трёх последних параграфов (с п. 3.1.2.4), только одно, казавшееся самым бесспорным, положение теломерной (или теломеразной) теории – о том, что лимит Хейфлика связан с критическим укорочением теломер хромосом.

б) Я ещё раз повторяю, что, вполне возможно, какая-то связь есть, но она не столь однозначна, как предполагалось изначально.

3.1.2.7.Теломеры как предчувствие теломеразы

1.О чём речь?

а) Из всего следует, что значимость теломерной теории для понимания старения не слишком высока. Тем не менее, теломерная и теломеразная проблематика очень интересны в молекулярно-биологическом отношении.

б) Поэтому для создания у читателя более целостной картины, я вкратце расскажу о теломерах и теломеразе. Мы множество раз уже использовали эти понятия, не особо вникая в их структуру и функцию. Но они заслуживают гораздо большего.

2. Гимн гениальности.

Природа – безусловно, гениальная особа, но в некоторых своих находках она особенно поражает наше воображение изяществом и остроумием решения проблемы.

а) I. Конечно, шедевр из шедевров – способ кодирования и передачи информации о должной структуре организма с помощью нуклеиновых кислот.

II. Именно рождение этого шедевра означало и появление жизни, и, по констатации первого тезиса концепции «АНЕРЕМ», всей последующей эволюции.

б) I. Другой милый моему сердцу пример – цикл Кребса. Эта впечатляюще лаконичный цикл реакций был изобретён ещё на заре эволюции и с тех пор оказался незаменимым, как колесо в человеческой истории.

II. И когда с религиозным вдохновением вещают об особой природе человека, я всегда указываю на цикл Кребса, который самым банальным образом роднит нас отнюдь даже не с обезьянами только, а берите много-много дальше – аж с ничтожными бактериями!

в) I. И вот в том же ряду блестящих находок стоит теломераза.

II. Конечно, по масштабу значимости, она – нечто вроде важной детали одного из узлов космического корабля.

III. Но давайте посмотрим, как замечательно найденное «конструкторское» решение по удлинению более короткой цепи ДНК!

3. Однако вначале – о теломерах.

а) Теломеры – это специальные участки на каждом конце каждой хромосомной ДНК, состоящие из повторенной несколько тысяч раз последовательности длиной в 6 нуклеотидных пар:

(5') ЦТААЦЦ-…ЦТААЦЦ –––––––––//–––––––– ГГТТ АГ- … ГГТТ АГ (3') (3') ГАТТГГ- …ГАТ ТГГ –––––––––//–––––––– ЦЦААТЦ- …ЦЦААТЦ (5')

Так и получается, что длина одной теломеры составляет у хромосом человека около 10–15 тысяч нукл. пар, а на обе теломеры приходится около 0,02% длины средней молекулы ДНК (120 млн нукл. пар).

б) Эти участки ДНК связаны с белками, которые

-способствуют относительно плотной упаковке теломерной ДНК

-и делают её недоступной для теломеразы в течение почти всего клеточного

404

цикла (кроме S-периода) – если, конечно, теломераза имеется в клетке.

в) Сами теломеры генетической информации о структуре каких-либо белков, понятно, не несут. Функции же их, видимо, таковы.

4. Фиксация концов хромосом на ядерной мембране и мейоз.

а) С помощью теломер хромосомы крепятся (причём, обоими концами) к ядерной пластинке, а через неё – к внутренней ядерной мембране.

б) Правда, для всех клеток это утверждать трудно из-за недостатка данных. Но в мейотических клетках очень важно, что

-концы гомологичных хромосом перед конъюгацией оказываются на мембране рядом друг с другом,

-и, благодаря этому, синаптонемальный комплекс начинает «сшивать» эти хромосомы строго гомологичными участками (п.1.3.3.2).

5. Стабилизация хромосом и онкогенез.

а) Кроме того, несмотря на все выше высказанные сомнения, совершенно ясно, что наличие теломер стабилизирует прочие отделы ДНК, защищая их от экзонуклеаз. При этом теломеры выступают в качестве буферных участков ДНК.

б) Пожалуй, наиболее ярко эта роль проявляется в опухолевых клетках, где часто обнаруживаются фрагменты хромосом.

I. Разрыв хромосомы, очевидно, ведёт к появлению бестеломерных концов, и в отсутствие теломеразы образовавшиеся фрагменты обычно деградируют или, комбинируясь, формируют аномальные структуры.

II. В опухолевых же клетках, содержащих, как правило, теломеразу, на новых концах начинает наращиваться теломерная ДНК, что обеспечивает стабилизацию и продолжение функционирования фрагментов.

Последние могут даже прикрепляться новыми теломерами к ядерной мембране.

6. Сайленсинг и каунтинг.

А дальше – опять противоречия и неопределённость. Такие же нескладные, как и обозначающие их слова.

а) I. Так, мы только что сказали, что теломеры стабилизируют ближайшие гены. II. А теперь должны добавить, что, по литературным данным, ближайшие гены

теми же теломерами репрессируются, и это обозначается как эффект положения, транскрипционное молчание, или сайленсинг (практически – «молчание ягнят»).

Получается, одновременно – и стабилизируют, и репрессируют. Что ж, в принципе, это представить можно. Только каков смысл от такого сочетания?

III. Если же теломера значительно укоротилась, то эффект положения пропадает и прителомерные гены активируются. А что со стабильностью?

IV. Самое лёгкое – предположить, что, наверное, всё относительно – и укороченная теломера ещё не так коротка, чтобы оставить ближние гены без защиты...

б) Ну а каунтингом можно назвать ту функцию, которая обычно приписывается теломерам самой первой, – это регистрация, или счёт, клеточных делений.

Однако об этой функции мы уже достаточно поговорили.

3.1.2.8. Теломераза как пример остроумного конструкторского решения

Итак, в чём суть и красота теломеразной реакции?

1. Предуведомительные замечания и напоминания.

а) Заметим, эта реакция протекает (при условии наличия теломеразы) в ядре той или иной клетки как составная часть более общего процесса – репликации ДНК. Следовательно, происходит это в S-периоде клеточного цикла.

406

именно такой гексануклеотид.

б) Каким образом происходит точное и многократное воспроизведение этой последовательности? – С помощью теломеразной РНК, которая, наряду с белковой субъединицей, входит в теломеразный комплекс (рис.3.3).

Материнская, более длинная, цепь ДНК

Рис. 3.3. Роль теломеразной РНК

в) Её длина – 450 нуклеотидов, но ключевое значение имеют 9 нуклеотидов, находящиеся в середине цепи.

I. Из них три используются для связывания (по принципу комплементарности) с тремя последними нуклеотидами крайнего (с 3'-конца) повтора материнской цепи.

II. А шесть других служат матрицей для удлинения (по тому же принципу комплементарности) этой цепи на один гексануклеотидный повтор.

г) Затем теломеразный комплекс перемещается по той же цепи на один повтор и всё повторяется – фиксация комплекса и удлинение цепи на очередной гексануклеотид.

д) По существу тут происходит обратная транскрипция – синтез ДНК на РНК. Только передаваемая информация уж очень занудна и однообразна: что-то вроде

бесконечного повторения: «повтор, повтор, повтор, повтор, повтор....».

е) Но обратим внимание: удлинение и без того более длинной цепи ДНК идёт в каноническом направлении – от 5'- к 3'-концу, т.е. удлиняется именно 3'-конец.

4. А короткая цепь?

а) Вернёмся к рис. 3.2. Он показывает, что, когда одиночная часть материнской цепи становится достаточно длинной, с ней может связаться (недалеко от конца) РНКзатравка, а затем и ДНК-полимеразный комплекс.

б) I. Последний будет выполнять свою привычную работу – наращивать полинуклеотидную цепь дезоксирибонуклеотидами во всё том же направлении – от 5'- к 3'- концу.

II. Тем самым будет формироваться очередной фрагмент дочерней цепи, расту-

408

ния, даже если бы всё дело и заключалось в теломерах.

II. Ведь в приведённом списке вполне неплохо себя «чувствуют» и другие возможные причины.

III. А по поводу специальных ограничителей роста и размера теломер, по-моему, ни у кого нет никаких представлений.

б) Впрочем, все эти размышления, похоже, уже не столь актуальны. Поскольку главное, как представляется из предыдущего (п.3.1.2.6), – не исходная и даже не оставшаяся длина теломер, а количество произошедших укорочений.

4. И тем не менее... Но у меня вызывает глубокое удовлетворение то, что даже в своём ортодоксальном виде, при допущении всех её несуразностей, теломерная тео-

рия вовсе не означает непременной запрограммированности старения.

3.1.3.ГРЁЗЫ НЫНЕШНЕГО ВРЕМЕНИ

3.1.3.1.«Чем слово наше отзовётся?»

1.Отказ от теории.

а) Во всех изданиях А.М. Оловникова представляют прежде всего как автора теломерной теории старения. Он, действительно, автор этой теории.

б) Но парадокс в том, что он уже давно (по крайней мере, с 2003 г.) от неё очень решительно отказался. Приведя в качестве аргументов те многочисленные экспериментальные факты, которые противоречат теории и некоторые из которых обсуждались выше.

в) Главное в этих фактах – отсутствие чёткой (а зачастую и нечёткой) связи между длиной теломер и числом клеточных делений.

2. Солидарность.

а) Я не раз критиковал теломерную теорию старения.

I. Ещё в памятном 1998 году (когда весь мир только и говорил о чуде теломеразы, таблетках от старения и прозорливости автора теломерной теории) в популярной

печати я заявил, что это «простенькая сказочка для детей».78,79

II. Затем критика была высказана по пунктам в книге «Молекулярная биология» (ссылка 11), изданной впервые в 2003 году.

III. Теперь она усилена и расширена в настоящей книге.

б) Так вот, в этой критике многое совпадает с нынешней позицией А.М. Оловникова в отношении данной теории.

3. Ложная ситуация. Но в глазах всех он так и остаётся автором теломерной теории, по которой большинство образованных, широко мыслящих, современных людей и представляет себе механизм старения.

Оказывается, даже в медицинских вузах в курсе биологии до сих пор (2010 г.!) студентам подробно излагают в качестве последнего достижения научной мысли теломерную теорию.

Автор открещивается – и всё равно остаётся автором! Он опровергает свою старую идею, а никто не хочет слушать и повторяет её, как откровение Божие!

Согласитесь, есть в этом особый драматизм...

78Н.Н. Мушкамбаров, «Давайте поживём лет триста, А ПОТОМ ПОГОВОРИМ О БЕССМЕРТИИ, или трезвый взгляд на теломеразный бум»..//Журнал «Терра инкогнита», 1998, №5.

79Н.Н. Мушкамбаров, «ТАБЛЕТОК ОТ СТАРЕНИЯ НЕ БУДЕТ!»? // Газета «Коммерсантъ», 1998, июнь.

409

3.1.3.2.Новое слово на старый лад

1.Исходные позиции.

а) Впрочем, несмотря на громкий разрыв со старым, скелет этого «старого» А.М.

Оловников бережно перенёс в свои новые воззрения80,81. б) Вновь эксплуатируются те же две вещи:

-реально существующий эффект концевой недорепликации ДНК (гениально предсказанный Оловниковым в 1971 г. и совсем негениально взятый им же за основу для создания теломерной теории)

-и древняя гипотеза «билетиков»: каждое использование полинуклеотида (РНК, ДНК) в матричном процессе (трансляции мРНК, репликации ДНК) ведёт к отщеплению от него очередного «билетика».

в) I. Всё это нам с читателем уже до боли знакомо.

II. Только теперь это спущено на уровень ниже – с уровня хромосом до уровня гипотетических малых молекул ДНК, называемых редумерами, а в комплексе с белка-

ми – редусомами.

2. Новая старая конструкция.

а) Основной теоретический посыл новой теории таков:

-поскольку теломерные участки хромосомной ДНК не выполняют функцию счёта количества делений,

-счётчиком должны быть другие молекулы ДНК – малые, ещё не открытые; короче, редумеры.

б) Каждая редумера, по мысли Оловникова, – это копия неких самых-самых главных регуляторных генов – одного или нескольких.

I. Оригиналы генов находятся там, где полагается, – в хромосоме, – но транскрипционно неактивны.

II. А функционируют копии – редумеры, которые расположены где-то в складках (нишах) породившей их хромосомы.

в) И это именно они, редумеры, укорачиваются надёжно, «без дураков» (в отличие от ненадёжных теломер):

-в митотических клетках – при репликации,

-а в постмитотических клетках – при интенсивной транскрипции.

г) Причём, укорочение редумер уж наверняка (опять же, в отличие от хромосом) ведёт за собой относительно быстрое исчерпание их концов – акромер – и соответственно, быстрое вовлечение в процесс гена редумеры.

д) Таким образом, действительно, – всё то же самое – и лишь с заменой хромосомы и теломеры на редусому (редумеру) и акромеру.

3. Недоумение.

а) По правде говоря, основной посыл вышесказанного оставляет некое недоумение: уж очень незамысловата аргументация. По-существу, она сводится к следующему:

-если теория не работает в рамках хромосом и теломер (причём, теория близкая

илюбимая),

-то в природе должны существовать редумеры и акромеры, соответствующие теории (поскольку она близкая и любимая).

б) До других объяснений А.М.Оловников не опускается. Конечно, может, был ему глас свыше; может, ещё что, – но лично для меня, ничего такого не слышавшего,

80А.М. Оловников, Первопричина старения заключена в укорочении редумер — перихромосомных линейных молекул ДНК, а вовсе не теломер — «линеек» биологического времени. // Журнал «Феномен и ноумен времени». Том 2 (вып. 2), 2005.― С. 294—316.

81Луна, которая нас убивает.// Эксперт, 2007 ( 04.06.), http://subscribe.ru/archive/science.health.gerontology/200706/04193615.html