Как я ни пытаюсь дистанцироваться от теломер и теломеразы, обзывая всё связанное с ними простенькой сказочкой для детей, они то и дело норовят попасться на глаза и преподнести что-нибудь новенькое.

Вот и сейчас: в прошлом сообщении я рассказал о своём вИ́дении того, почему при репликации молекул ДНК один из двух концов (теломер) каждой из них укорачивается. – ВИ́дение было свежим, незатасканным, в меру оригинальным.

Но тут же мне пришла весточка из Смоленска от Alexander Fedintsev с кратким и очень категоричным содержанием:

«Теломеры укорачиваются из-за включения в цепь окисленного гуанина, который является терминатором для полимеразы.»

К тексту прилагалась ссылка на англоязычную статью.

Загадочное сообщение меня очень заинтересовало. Я искренне признался, что не вполне его понял; но возникшая переписка с автором весточки лишь увеличило число неведомых мне сведений, которые никак не могли сложиться у меня в единую картину.

Я очень-очень давно не читал по-английски: всё как-то не возникало такой потребности. А тут потребность вдруг обозначилась весьма остро – так это меня заинтриговало. Даже голый землекоп, который занимал меня последнее время, отступил на второй план.

И я стал читать эту статью. Причем, не понадобилась даже помощь электронных переводчиков… да и помощью то, что они производят, обычно никак не назовёшь. Не пришлось лазить и по словарям. Как-то всё более-менее оказалось понятно. Короче говоря, прочёл я эту статью.

И опять попробовал свести всё воедино. Вроде, получилось. Но местами возникшая картина существенно отличалась от тех этюдов, которые присылал мне мой смоленский наставник. А в ряде моментов картина проясняла и смысл экспериментальных фактов, представленных в той статье.

Чуть ниже я изложу свою интерпретацию этих фактов.

Однако предварительно сообщу (или напомню тем, кому это известно), что любая молекула ДНК ядерного происхождения (двуцепочечная, очень длинная, линейная) на каждом своем конце представлена довольно большим участком (включающим у эмбрионов 10.000–15.000 пар нуклеотидов), который ничего не кодирует и состоит из многократных повторов одной и той же коротенькой последовательности из шести нуклеотидных пар: (Г-Ц)–Г-Ц)–(Т-А)–(Т-А)–(А-Т)–(Г-Ц). Эти участки и есть теломеры.

И, как я говорил в предыдущем сообщении, на самом краю, условно говоря, левой теломеры одна из цепей ДНК длинней другой на несколько десятков нукл. пар, а на правой теломере другая цепь настолько же длиннее первой. Выступающий край цепи называется оверхенгом, он образует Т-петлю, которая замыкается на второй цепи, чему способствуют несколько молекул белков шелтеринов. Этот замóк защищает теломеру от назойливого внимания систем, репарирующих двуцепочечные и одноцепочечные разрывы ДНК.

А после репликации ДНК (при подготовке клетки к делению) необходимость воссоздания на концах молекулы оверхенгов приводит к укорочению ДНК – но лишь с одной стороны! – на длину одного оверхенга. Такой я описал главную причину т.н. репликативного укорочения ДНК. И, скорее всего, так и обстоит дело, если клетки развиваются в нормальных условиях.

Ну, а вот теперь мы переходим к условиям ненормальным – а именно они, оказывается, подразумевались и в статье, и в весточке из Смоленска.

В качестве основной «ненормальности» рассматривается окислительный стресс. Его, в частности, вызывают активные формы кислорода, в том числе пероксид водорода. Если растущие в культуре клетки (например, первичные фибробласты человека) инкубировать один час с раствором этого окислителя, то потом в данной культуре наблюдается целый ряд чрезвычайно любопытных изменений.

В основе почти всех их – окисление в молекулах ДНК остатков гуанина до 8-оксигуанина, а также ряд других модификаций оснований. Чем нехорош 8-оксигуанин (8-оГ)? Во-первых, он может отщепляться от дезоксирибозы, а затем в этом месте ДНК появляется одно- или двуцепочечный разрыв. А если состояние без гуанилового основания сохранится до следующей репликации, то с высокой вероятностью здесь произойдет мутация – замена пары (Г-Ц) на (А-Т).

Кроме того, наличие в материнской цепи 8-оГ останавливает продвижение как ДНК-полимеразы, так и теломеразы, отчего комплементарная дочерняя цепь оказывается недостроенной.

После окислительного стресса остатки 8-оГ и прочие повреждения появляются на всем протяжении ДНК – и в теломерных, и в кодирующих областях. Но в последних они довольно быстро (в течение суток) исчезают, а в теломерах сохраняются дольше.

Дело в том, что в области генов эффективно работает система репарации ДНК, тогда как теломерные повреждения не репарируются.

И вот с этого момента пошли разногласия.

Мой смоленский корреспондент утверждал как общеизвестный факт, что сохранение теломерами полученных повреждений имеет приспособительный характер: в ходе репликации они укорачиваются, что служит для клетки индикатором стресса: при коротких теломерах деления клетки приостанавливаются (опасно делиться в условиях стресса), при восстановлении их длины – возобновляются.

Трудно даже сразу указать на все уязвимые места этой концепции. Ну, во-первых, повреждения в теломерах, как только было сказано, обнаруживаются и тогда, когда стрессовая ситуация осталась далеко позади. Во-вторых, забота о благополучии клетки путем сокращения теломерной защиты кажется весьма странной. В-третьих, в статье определённо указано, что в фибробластах человека нет ни теломеразы, ни другого механизма удлинения теломер. То есть клеткам с короткими теломерами ждать нечего.

Однако пойдём по статье дальше.

Её авторы, зарегистрировав долгоживущие повреждения теломер, после вторых суток, действительно, обнаружили и укорочение их длины: в среднем, для всей клеточной популяции на 12–16%. А ещё через сутки средняя длина теломер опять вернулась к норме.

Но, как только что было сказано, ни у одной клетки с укороченными теломерами не было никакой возможности вернуть им прежнюю длину.

Всё прекрасно объясняется, если считать, что в тех условиях окислительного стресса, которые использовались в работе, повреждения и укорочение теломер произошли далеко не во всех клетках. Где-то повреждения были серьёзными и вызвали сокращение длины теломер гораздо больше, чем на 12–16%. А где-то их практически не было вовсе.

За счёт чего же произошло восстановление исходной средней длины теломер? Просто за счёт гибели и удаления из клеточной культуры клеток с укороченными теломерами. А указание на то, что такие клетки есть, тоже содержится в материале статьи.

У определённой части клеток появились резкие морфологические изменения ядра – микроядра, перетяжки между сегментами др. А даже небольшое отклонение формы ядра от сферической означает, что клетка больше делиться не сможет. Поэтому все эти клетки прекращают пролиферацию и затем все меньше влияют на характеристику культуры. Когда в последней остаются только неповреждённые клетки и их потомки, средняя длина теломер поднимается до нормального уровня.

Конечно, в двух-трёх клеточных циклах, проходящих за это время, теломеры неповрежденных клеток тоже укорачиваются – в связи с образованием оверхенгов. Но, по сравнению с возможным неконтролируемым укорочением теломер в связи со стрессом, влияние «цивилизованного» процесса почти незаметно.

Таким образом, с моей точки зрения, при интерпретации результатов, приведённых в обсуждаемой статье, надо различать две группы клеток – с повреждёнными и неповреждёнными теломерами. Клетки первой группы вряд ли способны к пролиферации и через небольшое время погибают. В этом – ключевое отличие между «цивилизованным» и «нецивилизованным» способами укорочения теломер: первое совершается многократно («по чуть-чуть, но много раз»), второе, скорее всего, – однократно («одним махом себя убивахом»).

Но, подчёркиваю: этот вывод – моё личное мнение, призванное инициировать дискуссию среди заинтересовавшихся темой лиц. Авторы статьи подобного вывода не делают; в Смоленске – вообще иные представления. Я надеюсь, наша дискуссия не будет сопровождаться обвинениями друг друга в непрофессионализме. Мы двигаемся к истине с разных сторон, и это даёт надежду, что наше понимание её, в конце концов, окажется не прямолинейным, не плоским, а всё-таки объёмным.