Теломеры укорачиваются при размножении клеток
Харли и др. [ Harley, ea 1990 ] обнаружили, что средняя длина теломеры снижается на 2-3 тыс. пар оснований в ходе пассирований некоторых клонов нормальных диплоидных фибробластов человека. Это снижение прогрессировало и достигало в среднем 50 пар оснований на каждое удвоение популяции [ Levy, ea 1992 ]. Укорочение теломер, наблюдаемое при старении нормальных фибробластов человека, также происходит in vivo в клетках эпидермиса кожи [ Lindsey, ea 1991 ], лейкоцитах периферической крови и эпителии слизистой оболочки толстой кишки [ Allsopp, ea 1992 ]. Как указывал Голдстейн [ Goldsterin, ea 1990 ], открытие укорочения теломер в клетках при старении in vitro чрезвычайно интересно потому, что мутантные клетки дрожжей EST-1 дефектны по элонгации теломер , что также приводит к появлению фенотипа старения. Для этих клеток не характерна немедленная утрата жизнеспособности; их медленно приближающаяся смерть наступает так же, как в нормальных стареющих фибробластах [ Lundblad, ea 1989 ]. Леви и др. [ Levy, ea 1992 ] моделировали и анализировали открытие укорочения теломер у нормальных клеток человека и пришли к следующим выводам.
Во-первых, средняя длина теломеры снижается.
Во-вторых, если клетки стареют после 80 удвоений популяции, средняя длина у них уже укорочена на ~ 4000 пар оснований, но в одной или нескольких теломерах в каждой клетке теряется гораздо большее количество теломерной ДНК.
В-третьих, вариации длин теломер, предсказанные по этой модели, соответствуют их резкому снижению в делящихся клетках при старении.
Наконец, вариации длин фрагментов терминальной рестрикции нельзя полностью объяснить неполной репликацией, что свидетельствует о значительной внутрихромосомной вариабельности длин теломерных или субтеломерных повторов. Леви и др. [ Levy, ea 1992 ] заключили, что потеря теломер может объяснить возрастные изменения и потерю способности к репликации у стареющих нормальных клеток в культуре. Оллсопп и др. [ Allsopp, ea 1992 ] проанализировали культуры нормальных фибробластов человека (от 31 донора в возрасте 0-93 лет) и выявили сильную корреляцию между пролиферативной способностью клеток и начальной длиной теломер во всем диапазоне возрастов. Так, клеточные штаммы с более короткими теломерами выполняли гораздо меньше удвоений по сравнению с имевшими более длинные теломеры. Авторы считают, что длина теломеры является биологическим маркером старения соматической клетки человека и что это соответствует причинной роли потери теломер в процессе старения. Авторы также сообщили, что фибробласты больных прогерией Гетчинсона-Джил-форда имели короткие теломеры, что соответствовало их сниженному потенциалу делений in vitro. Теломеры ДНК сперматозоидов не укорачивались в соответствии с возрастом донора, что свидетельствовало о том, что механизм поддержания длины теломер, например экспрессия теломер, может быть активен в линии половых клеток. В статье Вазири и др. [ Vaziri, ea 1993 ] сообщается о попытке определить, связана ли быстрая потеря теломер с преждевременным иммунным старением лимфоцитов у больных синдромом Дауна и теряется ли теломерная ДНК при старении лимфоцитов in vitro. Геномную ДНК изолировали из лимфоцитов периферической крови 140 пациентов в возрасте 0-107 лет, в том числе у 21 с синдромом Дауна. У этих больных обнаружена гораздо более высокая скорость потери теломер с возрастом (133 + 15 пар оснований в год), чем у контрольной группы того же возраста (41 + 7,7 пар оснований в год). Эти данные показывают, что потеря теломер является биологическим маркером преждевременного старения иммунной системы у больных с синдромом Дауна, что может играть роль в развитии данного заболевания. Кроме того, потеря теломер во время старения in vitro была рассчитана для лимфоцитов четырех здоровых испытуемых. Клетки были выращены в культуре в течение 30 удвоений популяции. Скорость потери теломер составляет ~120 пар оснований за удвоение популяции, что сравнимо с аналогичным параметром других соматических клеток. Длины теломер лимфоцитов, изолированных у лиц в возрасте 100 лет и старше, а также у старшей группы больных синдромом Дауна, были одинаковы с длинами теломер у стареющих лимфоцитов в культуре. Это согласуется с предположением, что пролиферативное старение может быть одним из факторов возрастных изменений иммунной системы у больных синдромом Дауна и пожилых людей.
Укорочение теломер, происходящее у некоторых типов нормальных делящихся соматических клеток, может служить репликометром, который определяет количество делений, которые способна совершить нормальная клетка. После достижения критического или порогового числа теломерных последовательностей TTAGGG клетки теряют способность к делению.
Другое объяснение роли укорочения теломер как датчика биологических часов предложено Райтом и Шеем [ Wright, ea 1992 ]. Их объяснение роли теломерного эффекта положения в старении клетки основано на новойдвухстадийной модели.
