Теломеры и теломераза
В 1971г. А.Оловников [ Оловников ea 1971 , Olovnikov, ea 1973 , Olovnikov, ea 1996 ] сформулировал проблему концевой недорепликации линейных молекул ДНК, поскольку ДНК-полимераза не может реплицировать несколько нуклеотидов на 3'-конце матрицы ДНК. Он же высказал мысль о том, что должен существовать особый биологический механизм, предотвращающий этот эффект. Предполагалось также, что названный механизм действует в половых, а также раковых клетках и в клетках организмов, размножающихся вегетативным путем, и не действует в большинстве других случаев, в частности во многих наших соматических клетках. Впоследствии предсказанный Оловниковым фермент, компенсирующий укорочение ДНК, был действительно обнаружен во всех типах клеток, перечисленных выше, и назван теломеразой [ Greider ea 1985 , Greider ea 1989 ]. Фермент теломераза занимается тем, что наращивает на концах ядерной ДНК многократно повторяемый гексануклеотид ( TTAGGG у человека), образующий так называемую теломеру . В итоге укорочение линейной ДНК лишь сокращает этот нетранскрибируемый текст теломерного участка хромосомы, но не приводит к утрате наследственной информации и не нарушает механизм ее считывания. На определенной стадии развития, приходящейся на ранний эмбриогенез , происходит выключение гена, кодирующего теломеразу в подавляющем большинстве соматических клеток человека. Тем самым геном оказывается беззащитным перед опасностью укорочения. Медленно, но верно теломера укорачивается, что приводит к ухудшению функционирования хромосом. Это ухудшение наступает задолго до того, как исчезнет вся теломера и начнется деградация смысловых участков ДНК. Дело в том, что теломера, помимо защиты от потери генетического материала при репликации, играет также какую-то неясную еще структурную роль в расположении хромосом внутри ядра и в правильном их функционировании [ Куренова ea 1997 , Counter ea 1996 , Макнайт ea 1997 ].
Прослежена четкая корреляция между сокращением длины теломерного участка ДНК и лимитом Хейфлика [ Xeйфлик 1997 , Counter ea 1996 ].
Чтобы преодолеть этот лимит и продолжать размножаться, клетки должны активировать свой теломеразный ген [ Xeйфлик 1997 , Counter ea 1996 ].
Наиболее примечательно в данном контексте то, что выключение теломеразного гена есть этап онтогенеза, совершающийся в определенный момент жизни организма и не во всех типах клеток. Создается впечатление, что это событие несет какую-то функциональную нагрузку и не может рассматриваться как поломка живой системы, как какой-то случайный старческий дефект, хотя и явно провоцирует старение клеток. В данной связи можно упомянуть наблюдение, сделанное на зародышах ячменя . В ходе развития зародыша теломера внезапно уменьшается, на 50 т.п.н. При росте колоса происходит уменьшение еще на 20 т.п.н. [ Макнайт ea 1997 ]. Механизм этого явления остается неизвестным. Если прекращение синтеза теломеразы рассматривать как случайную поломку системы, то укорочение теломеры на фоне уже неработающей теломеразы должно выглядеть с точки зрения организма прямо-таки каким-то вредительством. Альтернатива состоит в том, что и выключение гена теломеразы, и укорочение теломер имеют определенный биологический смысл. Чтобы понять, что это за смысл, давайте вспомним, что теломеразные гены выключаются в соматических клетках только у тех организмов которые размножаются половым, но не вегетитивным путем [ Макнайт ea 1997 ]. Именно в этом случае наиболее вероятно возникновение в следующем поколении нового признака, который может стать результатом комбинации генетических материалов отца и матери. С другой стороны, при вегетативном размножении появление чего-то нового есть результат случайных мутаций в одной и той же клетке. Можно полагать, что данные по теломеразе могли бы найти свое объяснение в рамках гипотезы Вейсмана, с которой я начал свою статью.
