Заболевания, связанные с нарушением функции теломер

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ПЕНЗЕНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Общая биология и биохимия»

Реферат по дисциплине «Биохимические основы воспроизведения биологических систем»

на тему: «Заболевания, связанные с нарушением функции теломер»

Выполнил: студент Бибарсова Галия Зуфяровна

Группа 15ФБ2

Руководитель: к.б.н., доцент

Кручинина Анастасия Дмитриевна

Пенза, 2017

Содержание

заболевание теломер теломераза рак

Введение

1. Теломеры и теломераза

2. Заболевания, нарушающие функции теломеразы

3. Ингибирование теломеразы как метод борьбы с раком

4. Активатор теломеразы ТА-65

Заключение

Список литературы

Введение

Современные методы исследования в области высокотехнологичной медицины позволяют открывать ранее неизвестные механизмы развития, течения и исхода заболеваний. К таким высокоинформативным методам относится исследование активности теломеразы и измерение длины теломер при различных патологиях. Заболевания, при которых возникают нарушения структуры теломер и связанных с ними белков и ферментов, включают в себя врожденный дискератоз, апластическую анемию, миелодиспластический синдром, острый миелобластный лейкоз, хронический миелолейкоз, хронический лимфолейкоз, множественную миелому, легочной фиброз, узловатую гиперплазию печени, цирроз, сердечно-сосудистые заболевания, опухоли и другие заболевания. Изменение длины теломер в клетках отражает процессы развития и деградации клетки, а также этапы ее жизненного цикла. Изучение генетических дефектов в теломерах и механизмов восстановления теломер имеют большое практическое значение в подходах к лечению и прогнозе течения заболевания. Измерение длины теломер лейкоцитов периферической крови может служить скрининговым методом исследования для прогноза, мониторинга, генетического консультирования и лечения пациента. Значительное укорочение теломер является серьезным фактором риска развития онкологического заболевания. По состоянию теломер можно оценить также риск развития вторичных злокачественных новообразований, прогноз при онкогематологических заболеванияхи. Определение длины теломер в динамике заболевания позволяет оценить эффективность проводимого лечения.

1. Теломеры и теломераза

На концах линейных хромосом эукариот находятся специализированные ДНК-белковые структуры - теломеры. У большинства организмов теломерная ДНК представлена многочисленными короткими повторами. Их синтез осуществляется необычным РНК-содержащим ферментом теломеразой.

Во многих современных учебниках теломерами называют специализованные концевые районы линейной хромосомной ДНК, состоящие из многократно повторяющихся коротких нуклеотидных последовательностей. Это определение неполное. В состав теломер входят также многие белки, специфически связывающиеся с теломерными ДНК-повторами. Таким образом, теломеры (так же, как и все другие районы хромосомы эукариот) построены из дезоксинуклеопротеидов (ДНП), то есть комплексов ДНК с белками.

Существование специальных структур на концах хромосом было постулировано в 1938 году классиками генетики, лауреатами Нобелевской премии Барбарой Мак-Клинток и Германом МTллером. Независимо друг от друга они обнаружили, что фрагментация хромосом (под действием рентгеновского облучения) и появление у них дополнительных концов ведут к хромосомным перестройкам и деградации хромосом. В сохранности оставались лишь области хромосом, прилегающие к их естественным концам. Лишенные концевых теломер, хромосомы начинают сливаться с большой частотой, что ведет к тяжелым генетическим аномалиям. Следовательно, заключили они, естественные концы линейных хромосом защищены специальными структурами. Г. МTллер предложил называть их теломерами (от греч. телос - конец и мерос - часть).[1]

В последующие годы выяснилось, что теломеры не только предотвращают деградацию и слияние хромосом (и тем самым поддерживают целостность генома хозяйской клетки), но и, по-видимому, ответственны за прикрепление хромосом к специальной внутриядерной структуре (своеобразному скелету клеточного ядра), называемой ядерным матриксом. Таким образом, теломеры играют важную роль в создании специфической архитектуры и внутренней упорядоченности клеточного ядра. Более того, мы покажем, что наличие на концах хромосом специальной теломерной ДНК позволяет решить так называемую проблему концевой недорепликации ДНК

У дрожжей повторяющиеся блоки в теломерной ДНК заметно длиннее, чем у простейших, и зачастую не столь регулярные. Каково же было удивление ученых, когда оказалось, что теломерная ДНК человека построена из TTAGGG-блоков, то есть отличается от простейших всего лишь одной буквой в повторе. Более того, из TTAGGG-блоков построены теломерные ДНК (вернее, их G-богатые цепи) всех млекопитающих, рептилий, амфибий, птиц и рыб. Столь же универсален теломерный ДНК-повтор у растений: не только у всех наземных растений, но даже у их весьма отдаленных родственников - морских водорослей он представлен последовательностью TTTAGGG. Впрочем, удивляться здесь особенно нечему, так как в теломерной ДНК не закодировано никаких белков (она не содержит генов), а у всех организмов теломеры выполняют универсальные функции, речь о которых шла выше. Правда, как это часто бывает в живой природе, из этого общего правила есть редкие, но важные исключения. Наиболее известное из них - теломерная ДНК плодовой мухи дрозофилы. Она представлена не короткими повторами, а ретротранспозонами - подвижными генетическими элементами.Очень важная характеристика теломерных ДНК - их длина. У человека она колеблется от 2 до 20 тыс. пар оснований (т.п.о.), а у некоторых видов мышей может достигать сотен т.п.о.

Структура теломеразы

Структура теломеразы еще не полностью изучена. Дело в том, что содержание фермента в клетке чрезвычайно низкое, имеются большие трудности получения ее компонентов в растворимой форме и в достаточном количестве и др. Но уже точно известны два основных компонента, составляющие коровый комплекс (сердце) теломеразы: это теломеразная обратная транскриптаза - TERT(наиболее важный домен-hTERT каталитическая субъединица) и TER- специальная теломеразная РНК. Предположительно, теломераза содержит и другие структурные комплексы, которые помогают ей работать в клетке: субъединица, отвечающая за поиск и связывание 3'-конца хромосомы (якорная функция), субъединица, ответственная за транслокацию, субъединицы, связывающие продукт реакции (однотяжевую ДНК), белковая субъединица с нуклеазной активностью, которая, по-видимому, отщепляет от 3'-конца теломерной ДНК один за другим несколько нуклеотидов до тех пор, пока на этом конце не окажется последовательность, комплементарная нужному участку матричного сегмента теломеразной РНК и др.[2]

Функции теломеразы

1. Некоторые функции можно условно обозначить как механические.

а) Теломеры участвуют в фиксации хромосом к ядерному матриксу. Это важно для правильной ориентации хромосом в ядре, и данное обстоятельство особенно проявляется в мейозе.

На зиготенной стадии профазы мейоза происходят направленные перемещения концов хромосом на поверхности ядерной мембраны -- так, что концы гомологичных хромосом смыкаются и с них начинается спаривание (конъюгация) этих хромосом строго однородными участками.

б) Кроме того, теломеры сцепляют друг с другом концы сестринских хроматид (образующихся в хромосоме после S-фазы). Возможно, это сцепление происходит за счет гибридизации теломер сестринских ДНК.

В то же время структура теломер такова, что допускает расхождение хроматид в анафазе. Однако возможна мутация (на уровне гена теломеразной РНК; см ниже), которая меняет нуклеотидную последовательность теломер; тогда расхождение хроматид блокируется.

2.Функции стабилизационные

а) Важнейшая из них нам уже знакома: если в клетке нет теломеразы (или ALT), то наличие теломер предохраняет от недорепликации генетически значимыеотделыДНК.

б) Если же в клетке есть теломеразная активность, то появляется еще одна возможность -- стабилизация концов разорванных хромосом.

Так, при случайном разрыве хромосомы образуются фрагменты, на одном или на обоих концах которых нет теломерных повторов. В отсутствие теломеразы эти фрагменты претерпевают слияния и деградацию, что блокирует клеточный цикл и ведет клетку к гибели.

В присутствии же теломеразы к местам разрыва присоединяется теломерная ДНК. Это стабилизирует хромосомные фрагменты и позволяет им функционировать.

3.Влияние на экспрессию генов.

Активность генов, расположенных рядом с теломерами, снижена (репрессирована). Такой эффект часто обозначается как транскрипционное молчание, или сайленсинг.

При значительном же укорочении теломер эффект положения пропадает и прителомерные гены активируются.

а) Сайленсинг может быть результатом действия белков (таких, как Rapl или TFR1), взаимодействующих с теломерами, эти белки снижают доступность теломерной ДНК для целого ряда ферментов.

б) С другой стороны, эффект положения может быть обусловлен близостью к ядерной оболочке.

Эффект положения может коснуться и внутренних генов, если какой-нибудь из таких генов становится транспозоном (геном, способным к перемещению в другой участок ДНК) и встраивается в теломерную область. Или если происходит разрыв хромосомы и образование на концах разрыва теломерных повторов: с помощью последних становится, возможно, связывание теломерных белков и прикрепление к ядерной мембране.

4.«Счетная»функция.

Наконец, теломерные отделы ДНК выступают в качестве часового устройства (репликометра), которое отсчитывает количество делений клетки после исчезновения теломеразной активности. Действительно, как уже отмечалось, каждое деление приводит к укорочению теломеры на 50-65 н. п.

Причем гораздо важней для клетки не то, сколько делений уже прошло, а сколько еще осталось до критического укорочения теломеры. Поэтому можно сказать и так, что теломеры -- устройство, определяющее количество делений, которые способна совершить нормальная клетка в отсутствие теломеразы.

Достигая же критически короткой длины, теломеры теряют возможность выполнять все или многие из вышеперечисленных функций. Нарушается клеточный цикл, и в конечном счете клетка погибает.

Активность теломеразы в нормальных и злокачественных клетках

Все клетки человека в раннем эмбриогенезе обладают теломеразной активностью, которая по мере развития организма выключается во все большей доле клеток. К моменту рождения в подавляющем большинстве клеток человеческого организма происходит очень надежная репрессия теломеразы за счет подавления экспрессии гена ее каталитической субъединицы (обратной транскриптазы). Исключением являются клетки организма, которым суждено много пролиферировать Они сохраняют ограниченную, временно индуцируемую теломеразную активность. Наличие небольшой теломеразной активности дает возможность пролиферирующим клеткам с течением времени не подвергаться большой изменчивости. У здорового человека активность этого фермента можно выявить на сравнительно низком, но детектируемом уровне в стволовых, половых клетках, в слизистых клетках кишечника, в лимфоцитах периферической крови (ПК) и тимуса. Установлено, что экспрессия теломеразы в лимфоцитах строго контролируется в течение их развития, дифференцировки и активации. Предполагается, что активность теломеразы усиливается на короткий срок в период интенсивной пролиферации (например, после встречи предшественника В-лимфоцита с антигеном). В результате стимуляции зрелые лимфоциты становятся способны экспрессировать теломеразу на довольно высоком уровне, причем после любой повторной стимуляции экспрессия теломеразы возрастает, но ее уровень уже не достигает уровня ответа на первичный стимул. Ферментативная активность теломеразы возрастает в основном за счет фосфорилирования TERT, вызывающего изменение локализации белка в клетке.

Несмотря на репрессию hTERT, другие составляющие теломеразы, включая теломеразную РНК, образуются в соматических клетках, хотя и в меньших количествах, чем в их “бессмертных” прародителях, но постоянно. Открытие этого важного факта Дж. Шеем, В. Райтом и их сотрудниками и стало основой для сенсационной работы по преодолению “лимита Хейфлика”. В нормальные соматические клетки были внесены гены теломеразной обратной транскриптазы с помощью специальных векторов, сконструированных из вирусных ДНК. В практике клеточных технологий принято влиять на экспрессию генов через геномы вирусов, с определенными участками ДНК, которые внедряются в клетку-хозяина и быстро там размножаются. Результаты их экспериментов можно суммировать кратко: клетки, в которых теломераза поддерживала длину теломер на уровне, характерном для молодых клеток, продолжали делиться тогда, как контрольные клетки (без теломеразы) умирали.[1]

Известно, что клетки большинства исследованных на сегодня раковых опухолей характеризуются достаточно высокой активностью теломеразы, которая поддерживает длину теломер на постоянном уровне. Этот уровень заметно ниже, чем, например, у эмбриональных клеток, но он достаточен, чтобы обеспечить опухолевым клеткам возможность безграничной пролиферации, что в свою очередь предоставляет им время и, соответственно, возможность изменяться, выживать и захватывать новые ниши в организме. Если бы в процессе канцерогенеза не происходило активации теломеразы, то клетки, в большинстве случаев, не смогли бы дожить до злокачественных стадий, и не было бы абсолютного большинства раковых опухолей. К, сожалению, на сегодняшний день нет объяснения тому факту, что при различных формах рака теломераза может активироваться как на ранних, так и на поздних стадиях. Так, при миелолекозе активность теломеразы определяется на ранних стадиях, а при раке почки или менингеоме активация теломеразы происходит уже в клетках сформировавшейся опухоли.

Существует гипотеза, у которой немало сторонников, предполагающая, что потеря теломеразной активности соматическими клетками современных организмов есть благоприобретенное в процессе эволюции свойство, уберегающее их от злокачественного перерождения. Но этот механизм, по-видимому, не единственный. Было установлено, что в 15% всех опухолей, злокачественные клетки поддерживают длину теломер на должном уровне в отсутствии теломеразы. Таким образом, в этих злокачественных клетках действует другой ALT механизм «альтернативного удлинения теломер». Во всех ALT- индуцированных опухолях высоко содержание APB - ALT-ассоциированных ядерных белков. APB-структуры хорошо видны при флуоресцентной микроскопии клеток, что использовалось для идентификации ALT- опухолей (так как, у нормальных клеток эти структуры отсутствуют). Инн Чанг и Карстен Риппе из Онкологического центра Германии в ходе совместного исследования с Генрихом Леонардом из Мюнхенского университета Людвига- Максимилиана применили новый подход к изучению APB. Им удалось искусственно создать APB-белки в живых клетках, «привязав» к теломерам белки промиелоцитарной лейкемии - PML. Таким образом, ученым удалось впервые доказать, что APB удлиняют теломеры, тем самым продлевая жизнь раковых клеток без теломеразы.

Однако сама по себе активация теломеразы в нормальных клетках не приводит к раковому перерождению.

В опытах Дж. Шеея, В. Райта, Bodnar, White и др. активность теломеразы обычно увеличивалась благодаря сверхэкспрессии hTRT или экспрессии белков, которые являются промежуточными компонентами теломеразы. Их результаты не выявили каких-либо нарушений в регуляции размножения или озлокачествления теломеризованых клеток. Более того, в последнее время появились данные о том, что, просто активации теломеразы недостаточно для иммортализации разных клонов клеток. В работах профессора Кионо с соавторами, введение каталитического компонента теломеразы hTERT или теломеразной активности с помощью онкобелка вируса папилломы человека E7 в кератиноциты или клетки эпителия человека не приводило к их полной иммортализации. Она наступала лишь при дополнительном торможении определенных онкогенов. Причем, для разных типов клеток требуется, по-видимому, инактивация разных супрессоров. Так, в человеческих кератиноцитах и эпителиоцитах молочной железы иммортализация наблюдается при трансдукции TERT и одновременной инактивации белков либо pRb, либо p16INK4a, тогда как элиминация р53 или p19ARF не вызывает такого эффекта.

Эти научные факты еще раз подчеркивают, что экзогенная стимуляция активности теломеразы не вызывает в нормальных клетках ракового перерождения, и что особенно важно изолированная экспрессия гена теломеразы не ведет к иммортализации раковых клеток.

2. Заболевания, нарушающие функции теломеразы

Процесс старения и апоптоза

Одна из основных функций теломер - это защита генетической информации хромосом при делении клеток. Критически короткие теломеры неспособны защитить хромосомы от повреждения при митозе (деление клетки). Их появление является сигналом для выхода клеток из митотического цикла. Критическим укорочением теломеры считается величина 3000-5000 пар нуклеотидов или менее 2 кb. Если этой величины достигает хотя бы одна теломера, то в клетке происходит резкое изменение метаболизма, и в первую очередь нарушение репликации ДНК, которые запускают механизмы клеточного сенесенса (репликативное старение) и апоптоза (гибель, разрушение клетки). Исключением из этого правила являются так называемые «иммортальные» (бессмертные) клетки, к которым относятся половые клетки, стволовые тотипотентные (способные дифференцироваться в любые клетки организма) клетки, а также клетки злокачественных опухолей, способные делиться неограниченное число раз.

В нормальной соматической клетке процесс сенесенса клетки в конечном итоге должен закончиться апоптозом - апофеозом или самоубийством нежизнеспособной клетки. Это генетически запрограммированный процесс, основные моменты которого упрощенно можно представить так: отсутствие теломеры на конце хромосомы останавливает митоз в точках G1 и G2. Остановка митоза в клетках, достигших лимита Хейфлика, по принципу обратной связи вызывает активацию гена р53, ответственного за выработку белка р53, индуцирующего апоптоз. В результате стареющая клетка прекращает свое существование. Старение и апоптоз- два взаимосвязанных процесса, которые служат для человека мощным барьером на пути развития рака. Однако апоптоз может происходить в стареющих клетках не сразу. Период от критического укорочения теломер до гибели клетки может длиться в течение нескольких месяцев и даже лет. Сравнительно небольшая длина теломер у большинства раковых клеток наводит на мысль о том, что они происходят из клеток, достигших предкризисного состояния. Уже известно, что в подавляющем большинстве случаев раковое перерождение происходит тогда, когда клетка не переходит в стадию репликативного старения или в клетке происходит нарушение течения самой стадии репликативного старения.

Профессор Ян Карлседер, и его команда из Инсбрукской лаборатории молекулярной и клеточной биологии считают, что: «Цепь, контролирующая остановку роста в G1-фазе, обычно изменена в раковых клетках, позволяя им делиться, несмотря на укороченные теломеры, что может привести к нестабильности генома, наблюдаемой в злокачественных клетках». Специалисты Института биологических исследований Дж. Солка в Ла-Ойе (Сан-Диего, США) исследовали молекулярный механизм активации гена р53, который обычно защищает генетический материал клетки и подавляет опухоли, как ключевой фактор при реакции на снятие защиты теломер. Когда клетки теряют функцию p53, гена в центре цепи ДНК, нарушается механизм остановки роста клеток в фазе G1, важном моменте в клеточном цикле для ремонта повреждений ДНК или, если повреждение не может быть восстановлено, ген программирует клетки на уничтожение. Чаще всего, p53 исчезает в раковых клетках из-за мутации гена или деактивации функции белка p53 через инфекции от вызывающих рак вирусов. Клетки без функционального р53 способны делиться с незащищёнными теломерами, несмотря на чрезмерное укорачивание теломер, вплоть до их полного исчезновения, что вызывает нестабильность генома. При нестабильности генома высока вероятность возникновения спонтанных хромосомных аберраций, начиная от количественных изменений и заканчивая структурными аномалиями: транслокациями, инсерциями, делециями и ассоциированными с теломерами концевыми слияниями хромосом. Концевые слияния хромосом происходят за счет того, что сверхкороткие теломеры воспринимаются клеткой, как разрывы хромосом. Такие разрывы “чинятся” путем их соединения, т.е. происходят теломерные слияния. В результате образуются хромосомы, имеющие по две центромеры. При прохождении через митоз дицентрик, с большой вероятностью, образует хромосомный мост, который разрешается случайным разрывом хромосомы. Образуются две клетки: одна с нехваткой генов, другая с лишними копиями и с хромосомным разрывом. Клетка с нехваткой генов обычно погибает, а с лишними копиями и хромосомным разрывом продолжает размножаться. Последовательность событий “слияние-мост- разрыв” многократно повторяется, генерируя на каждом этапе новый генотип, состоящий из базового набора генов и некоторого меняющегося довеска. На каком-то этапе хромосомный разрыв может “залечиться” и превратиться в теломеру. Процесс “слияние-мост-разрыв” приводит к многократному увеличению скорости изменчивости клеток и появлению «дефектных» клеток.

Однако не всякая дефектная клетка сразу становится злокачественной. Раковое перерождение клетки в большинстве случаев многоступенчатый процесс, затрагивающий многочисленные хромосомные перестройки. В клетках опухолей человека подчас находят более 10 мутаций.

Необходимо отметить, что большинство дефектных клеток, в конце концов, погибают от апотоза или уничтожаются клетками иммунной системы. В противном случае была бы слишком высока вероятность того, что все человечество погибло бы от рака. Апоптоз охарактеризовал себя как отличный подавитель роста раковых клеток. Однако у части злокачественных клеток в результате случайных мутаций может активироваться постоянная экспрессия генов теломеразы, которая поддерживает длину теломер на уровне, необходимом и достаточном для их функционирования. Это характерный путь для быстрой пролиферации 85% злокачественных опухолей.

Врожденный дискератоз

Нарушение механизмов восстановления теломер может вызываться мутациями, значительно снижающими способность теломеразы удлинять теломеры, что приводит к ускоренному разрушению хромосом. Классической «теломерной болезнью» является врожденный дискератоз - редкое наследственное заболевание, характеризующееся рядом признаков: дистрофия ногтей, пятнистая пигментация кожи, лейкоплакия полости рта. Наследственный дефект в гене DKC1 при Х-сцепленном врожденном дискератозе идентифицировал Индерджит Докал при анализе групп сцепления у большого количества людей с семейной историей заболевания. Ген DKC1 кодирует дискератин - белок, связывающийся с РНК-компонентом теломеразы и стабилизирующий теломеразный комплекс. У представителей некоторых семей с аутосомно-доминантным врожденным дискератозом позже были выявлены гетерозиготные мутации TERC. Тяжелый фенотип Х-сцепленного врожденного дискератоза, по всей видимости, обусловлен гемизиготной утратой DKC1 и значительно сниженной эффективностью функционирования теломеразы. При аутосомно-доминантном врожденном дискератозе, вызываемом дефектами TERC и других генов соматических хромосом, нарушение теломеразной функции обусловлено неполноценностью гена на одной из парных хромосом, что снижает уровень белкового продукта гена.

При врожденном дискератозе легкие и печень также функционируют неполноценно или утрачивают способность к нормальной работе после трансплантации стволовых клеток, проводимой с целью лечения болезни костного мозга.

Апластическая анемия

В основе патогенеза апластической анемии (АА) лежит иммунное повреждение гемопоэтических стволовых клеток. Отличительным признаком болезни является панцитопения, для которой характерно уменьшение количества незрелых гемопоэтических стволовых клеток CD34+ и их колониеобразующей способности. Патологическим процессом при данном заболевании затронута гемопоэтическая стволовая клетка. После успешно проведенного курса иммуносупрессивной терапии восстанавливается гемопоэз, но, тем не менее, у большинства пациентов сохраняется существенный дефицит гемопоэтических стволовых клеток. При восстановлении гемопоэза из относительно малого количества стволовых клеток, возможно, не полностью восстанавливается объем ниши гемопоэтической стволовой клетки.

При исследовании длины теломер у пациентов с АА, установлено, что уменьшение длины теломер прямо пропорционально степени тяжести заболевания. У пациентов, ответивших на иммуносупрессивную терапию, у которых показатели периферической крови становились нормальными, длина теломер восстанавливалась. Пациенты, которым не проводилось лечение и пациенты с тяжелой персистирующей панцитопенией, у которых не удалось получить ответ на лечение, наблюдалось заметное и значительное укорочение длины теломер.[2]

Идиопатический легочный фиброз

Идиопатический легочный фиброз характеризуется диффузным поражением легочной ткани с последующим развитием пневмосклероза и дыхательной недостаточности. Различают очаговый фиброз легких и интерстициальное воспаление. Нормальная ткань чередуется с фиброзом и отложением коллагена. У 20 % больных врожденным дискератозом возникает легочной фиброз. Пациенты, у которых выявлен идиопатический фиброз легких часто имели мутации теломеразы приблизительно в 15 % случаев. Укорочение теломер при идиопатическом легочном фиброзе наблюдается чаще, чем мутации теломеразы, таким образом, можно предположить, что при развитии этого заболевания существуют еще неизвестные генетические аномалии, связанные с повреждениями теломер.

Хронический лимфолейкоз

Xронический лимфолейкоз одно из опухолевых заболеваний кроветворной ткани, при котором наиболее активно изучаются показатели динамики изменения длины теломер. Укорочение длины теломер определяемое у значительного количества больных с ХЛЛ коррелирует со значительными мутациями хромосом, которые, как правило, захватывают теломерные регионы, и в конечном итоге приводят к интенсивной прогрессии ХЛЛ. Повреждения теломер у части больных ХЛЛ обнаруживаются на ранней стадии заболевания и свидетельствуют о плохом прогнозе течения заболевания и ответа на терапию. Среди факторов способных повлиять на динамику длины теломер можно выделить следующие факторы: активность клеточной пролиферации, определение специфичных маркеров, характеризующих наличие врожденной генетической патологии, влияние проводимой терапии, а также наследственный генетический профиль пациента. Изучение этих факторов позволит определить причины вариабельности в длине теломер больных с ХЛЛ и установить их влияние на прогноз течения заболевания.

Опухолевая пролиферация при ХЛЛ возникает под влиянием определенных стимулов как детерминируемых генетически (нестабильность генома) так и формирующихся под влиянием внешней среды (мутации теломеразы, оксидантный стресс, генотоксичный стресс). Постоянно повторяющиеся циклы клеточного деления приводят к критическому укорочению теломер. Критическое укорочение длины теломер должно запустить механизм клеточного сенесенса и апотоза. Нарушение этого механизма при достижении теломер критического укорочения приводит к ускорению клонального роста клетки и прогрессии заболевания.

Хронический миелолейкоз

При хроническом миелолейкозе (ХМЛ) длительное воздействие мутагенных факторов, таких как ионизирующая радиация, химические мутагены, приводит к критическому укорочение длины теломер и, как следствие, к опухолевой пролиферации клетки. Возникающих опухолевый клон отличается нестабильностью генома и ускорением процесса деления клеток, и как следствие, возникновение дальнейших генетических аномалий, имеющих решающее значение в дальнейшем развитии заболевания. Обнаружение критического укорочения теломер у пациентов, относящихся к группе риска развития ХМЛ, может указывать на риск возникновения заболевания и является неблагоприятным признаком для прогноза заболевания.

Множественная миелома

Множественная миелома характеризуется клональной экспансией опухолевых плазматических клеток, что клинически проявляется анемией, почечной недостаточностью и поражением костной ткани. Миеломные плазматические клетки, как правило, обладают повышеной теломеразной активностью, степень повышения которой коррелирует с прогнозом по выживаемости. Согласно ряду научных данных, ингибирование теломеразной активности в плазматических клетках больных миеломой приводит к прогрессивному укорочение теломер и остановку клеточного роста как in vitro, так и in vivo. Следует также отметить, что генетическая нестабильность как отличительный признак множественной миеломы и представлена уже в стадии моноклональной гаммопатии (MGUS), хотя до настоящего времени остается не ясным, является ли MGUS предварительной стадией для всех случаев миеломы. Представляется важным, что обнаружение коротких теломер в миеломных клетках и длинных теломер в здоровых плазматических клетках могут помочь прогнозировать дальнейшее течение моноклональной гаммопатии путем качественного и количественного определения патологического клона.[3]

3. Ингибирование теломеразы как метод борьбы с раком

Выше уже говорилось о том, что активность теломеразы повышена во многих злокачественных клетках и клеточных линиях. Это позволило искать пути борьбы с раковыми клетками через ингибирование теломеразы. Пока большинство работ связано с испытанием ингибиторов обратных транскриптаз (каталитических субъединиц теломераз). Однако проведенные исследования по эффективности и безопасности данного класса препаратов неоднозначны. По мнению профессора Егорова Е.Е., антираковая терапия с помощью подавления теломеразы является малоэффективной, потому, что в большинстве случаев, реактивация теломеразы при канцерогенезе происходит в процессе выхода клеток из состояния кризиса, когда наблюдается многократное повышение генетической изменчивости. Поскольку эти клетки попали в состояние кризиса, то в них разрушены или нейтрализованы механизмы репликативного старения. Поэтому подавление теломеразы в опухолевых клетках человека возвращает их в состояние кризиса, но не вызывает репликативного старения и следующего за ним апоптоза. А это значит, что снова будет происходить чрезмерное увеличение генетической нестабильности. В отличие от кризиса в процессе становления опухоли, этот кризис будет захватывать существенно большее число клеток. Эффект после подавления теломеразы наступает с задержкой, необходимой для укорачивания теломер вследствие недорепликации. Время этой задержки составляет десятки удвоений популяции, что равноценно десяткам дней. Поэтому, несмотря на то, что большинство клеток все же будет погибать, довольно быстро возникнут клетки, устойчивые к предложенной терапии. Кроме того, проблема данного класса препаратов состоит в их выраженной токсичности для нормальных клеток. И потому более перспективными являются работы, в которых описано избирательное подавление теломеразной РНК, так как действие искомого ингибитора должно быть направлено именно на теломеразную ДНК-синтезирующую активность.

Несомненно, что изучение путей ингибирования теломеразы актуально для снижения смертности от рака, однако изучение путей активации теломеразы представляется не менее важным направлением для профилактики рака, особенно у лиц пожилого возраста.[3]

4. Активатор теломеразы ТА-65

В процессе старения человека происходит гибель клеток организма, которая не может быть восполнена регенерацией. Со временем потеря клеток приводит к ослаблению функций органов и тканей, уменьшению их надежности, развитию болезней, связанных со старением, и в итоге к гибели организма. По данным Американского общества рака, 78% всех случаев рака диагностируют у лиц старше пятидесяти семи лет. Риск возникновения рака возникает тогда, когда более выражены признаки клеточного старения, что наиболее характерно для пожилых людей. Современный образ жизни, стресс, злоупотребление лекарствами приводят к недостатку отдельных теломеразных компонентов, и к более раннему фенотипическому старению с потерей функции на клеточном и системном уровне. Этот факт заставил исследователей искать пути продления жизни клетки через активацию теломеразы.

На сегодняшний день единственным биологическим комплексом с доказанным эффектом снижения процента критически коротких теломер в клетке, является ТА-65. Его действие направлено на индукцию активности теломеразы, которая способствует добавлению теломерных повторов, прежде всего, к коротким теломерам, тем самым омолаживая стареющие клетки и наделяя их способностью пролиферировать.

Потенциальный терапевтический эффект ТА-65 направлен на увеличение активности теломеразы, прежде всего, в стволовых клетках, клетках костного мозга, стромальных клетках костного мозга, молодых фибробластах кожи, предшественниках инсулоцитов, нейросферических клетках, адренокортикальных клетках, мышечных, остеопластических, ретинальных пигментированных эпителиалиальных клетках, клетках иммунной системы, включая клетки лимфоидного, миелоидного и эритроидного ростков, таких как В- и Т- лимфоциты, моноциты, циркулирующие и специализированные тканевые макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы, NK-клетки и их соответствующие предшественники. В этой связи основными показаниями для использования ТА-65 могут быть: обусловленные стрессом и возрастом нарушения иммунной системы, включая нарушение обновления тканей, которое происходит при естественном старении, раке, лечении рака, острых или хронических инфекциях или при генетических нарушениях, вызывающих ускоренную гибель клеток, апластических анемиях и других дегенеративных заболеваниях. Использование ТА-65 для профилактики рака выглядит на первый взгляд парадоксально. Каким же образом, активация теломеразы может предотвратить раковое перерождение клеток. Это происходит, во-первых, потому что за счет омоложения снижается вероятность хромосомных перестроек в клетках, а во-вторых, потому что теломераза может увеличить продолжительность жизни иммунных клеток, улучшив их способность находить и уничтожать раковые клетки. Ранее уже указывалось, что активация теломеразы «генетическим способом» в нормальных клетках приводит к их омоложению без признаков озлокачествления. Научная работа исследователей из Испанского Национального центра по изучению рака продемонстрировала, что TA-65 обладает подобным действием у мышей. В результате исследования были доказаны эффекты ТА-65 по удлинению коротких теломер, и улучшению здоровья старых мышей, включая состояния толерантности к глюкозе, остеопороза и дряблости кожи, без увеличения заболеваемости раком. Еще одно исследование на людях, известное под названием «Протокол Патона» показало, что у пациентов, использующих ТА-65 в течение года, как составляющий компонент программы омоложения не выявило не одного нового случая рака.

В одной из научных работ профессора иммунологии калифорнийского университета, занимающегося проблемами старения и ВИЧ-инфекции Риты Эфрос с соавторами проводилось исследование влияния молекулы ТАТ-2 на функции Т- и В-лимфоцитов. ТАТ-2 по химической структуре представляет собой циклоастрогенол. Аналогичная молекула входит в состав ТА-65. Исследование позволило сделать следующее заключение о безопасности ТАТ-2: «Во всех проведенных на сегодняшний день исследованиях в естественных условиях, не было получено никаких доказательств, что TAT2 способствовало потере контроля роста и преобразования. Например, TAT2 не приводит к какому-либо значительному увеличению конститутивной активности теломеразы в линии Jurkat Т клеток опухоли Supplemental. Кроме того, хроническое воздействие TAT2 не изменяет скорость EBV трансформации нормальных В-лимфоцитов в культуре клеток Важно отметить, что наблюдаемые эффекты регулирования теломеразы являются краткосрочными и обратимым. Удаление TAT2 из клеток возвращает уровни теломеразы к исходным в течение нескольких дней без каких-либо последствий для жизнеспособности клеток.»

Заключение

Существует тесная взаимосвязь между существованием коротких теломер в клетке и развитием опухолевого процесса. Свидетельствами тому служат заболевания, при которых отмечаются короткие теломеры: врожденный дискератоз, апластическая анемия, синдром Баретта др.

Наличие критически коротких теломер в клетке - признак ее старения и нестабильности. В этот период велика возможность перехода клетки в кризисное состояние, при котором высок риск возникновения хромосомных мутаций, приводящих к развитию рака.

Теломераза препятствует укорочению теломер, защищает их структуру. Недостаток теломеразы в активно пролиферирующих клетках (стволовых клетках, клетках костного мозга, стромальных клетках костного мозга, молодых фибробластах кожи, предшественниках инсулоцитов, нейросферических клетках, адренокортикальных клетках, мышечных, остеопластических, ретинальных пигментированных эпителиалиальных клетках, клетках иммунной системы, включая клетки лимфоидного, миелоидного и эритроидного ростков, таких как В- и Т- лимфоциты, моноциты, циркулирующие и специализированные тканевые макрофаги, нейтрофилы, эозинофилы, базофилы) ведет к нарушению их функционирования и к быстрому старению.

Малигнизация клетки - сложный многоступенчатый процесс, при котором происходят множественные мутации генетического материала клетки.

Для иммортализации злокачественного клона не достаточно экспрессии (активации) гена теломеразы, необходимо еще «отключение» определенных сигнальных механизмов, которые предохраняют клетку от перерождения.

Сама по себе теломераза не является онкогеном. Изолированная активация теломеразы за счет генетических манипуляций с геном теломеразы, а также за счет фармакологической стимуляции ТА-65 не приводит к малигнизации клетки. Этот факт доказан множеством научных и экспериментальных работ.

ТА-65 способствует профилактике ракового перерождения за счет щадящей активации теломеразы и снижения процента коротких теломер. При этом снижается вероятность хромосомных перестроек в клетках, увеличивается продолжительность жизни иммунных клеток, улучшается их способность находить и уничтожать раковые клетки.

Список литературы

1. Альбертс, Б., Молекулярная биология клетки/Б.Альбертс/ М.: Мир, 1994.

2. Егоров, Е.Е. Роль теломер и теломеразы в процессах клеточного старения и канцерогенеза/Егоров Е.Е./ Москва, 2003. С. 300.

3. Карпова Н.С, Абдулкадыров K.M., Селиванов E.A., Балашова В.A. Современные представления о роли теломер и теломеразы в патогенезе гематологических и онкологических заболеваний,/ Карпова Н.С, Абдулкадыров K.M., Селиванов E.A., Балашова В.A /М, 2012.

4. Теломера, теломераза, рак и старение // Биохимия/ 1997. Т. 62, № 11.

Размещено на Allbest.ru