Новое исследование обнаруживает, что длина теломер подчиняется иной схеме, чем считалось до сих пор
Короткие теломеры вызывают возрастные заболевания, а длинные теломеры предрасполагают к раку; однако механизмы, регулирующие длину теломер, неясны.
Мы полностью зависим от способности наших клеток делиться и размножаться. Хромосомы, которые несут все наши генетические инструкции, должны быть полностью скопированы во время деления клеток. Теломеры, закрывающие концы хромосом, играют решающую роль в процессе обновления клеток, оказывая непосредственное влияние на здоровье.
Фермент теломераза играет ключевую роль в поддержании длины теломер при репликации хромосом во время деления клеток. Профессор Калифорнийского университета в Санта-Крузе Кэрол Грейдер изучает теломеры и теломеразу более 30 лет. Благодаря открытиям, которые она сделала за это время, она вместе с двумя коллегами получила Нобелевскую премию по физиологии и медицине в 2009 году.
Поэтому результаты последнего исследования теломер Кэрол Грейдер не должны были ее удивить. И все же они это сделали.
Новое исследование, опубликованное в журнале Science, показывает, что длина теломер подчиняется иной схеме, чем считалось до сих пор. Вместо того, чтобы длины теломер попадали в один общий диапазон от самых коротких до самых длинных для всех хромосом, новое исследование показывает, что разные хромосомы имеют отдельные распределения длины теломер на концах.
По словам Кэрол Грейдер, это открытие означает, что мы не до конца понимаем молекулярный процесс, регулирующий длину теломер. И это важно, поскольку длина теломер влияет на здоровье человека: «Когда теломеры становятся слишком короткими, возникают возрастные дегенеративные заболевания, такие как легочный фиброз, недостаточность костного мозга (апластическая анемия) и иммуносупрессия», — сказала Грейдер. «С другой стороны, если теломеры слишком длинные, это предрасполагает к определенным типам рака».
Почему длина имеет значение
Без теломеразы теломеры становились бы все короче и короче по мере того, как клетка делилась снова и снова. Исследования подтвердили, что короткие теломеры приводят к дегенеративным заболеваниям, а также показали, что длина теломер находится в определенном диапазоне.
Но новая работа бросает вызов научному консенсусу, показывая, что единый диапазон длин теломер слишком широк. Измерив теломеры 147 человек для этого исследования, ученые обнаружили, что средняя длина теломер по всем хромосомам составляла 4300 оснований ДНК. Затем, когда они выделили определенные хромосомы, они обнаружили, что длина большинства теломер значительно отличается от этого среднего значения. В одном случае длины различались на целых 6000 оснований, что Грейдер описывает как «потрясающее».
Кроме того, они обнаружили, что у всех 147 человек одни и те же теломеры чаще всего были самыми короткими или самыми длинными, а это означает, что теломеры на определенных концах хромосом могут быть первыми, которые вызывают сбой стволовых клеток.
Значение для профилактики заболеваний
Такое точное считывание ДНК позволило команде ученых точно определить последовательности, прилегающие к теломерам, и выдвинуть гипотезу, что именно в этих областях теломераза регулирует длину. И если это правда, эти области и белки, которые с ними связываются, могут служить потенциальными мишенями для новых лекарств для предотвращения заболеваний.
Кроме того, их процесс «профилирования теломер» посредством секвенирования нанопор может послужить моделью для разработки дополнительных анализов на основе MinION для высокопроизводительного скрининга лекарств.
«Этот доступный метод имеет широкий потенциал для использования в исследованиях, диагностике и разработке лекарств», — говорит Кэрол Грейдер. «Эта работа показывает, что существуют еще неоткрытые механизмы регуляции длины теломер; исследование этих механизмов послужит основой для новых подходов к раку и некоторым дегенеративным заболеваниям».