Теломеры защищают концы наших хромосом, как пластиковый колпачок на конце шнурка, который предотвращает распускание шнурка. В течение жизни клетки теломеры постепенно укорачиваются с каждым клеточным делением, и поэтому защитный колпачок становится все менее и менее эффективным. Если они становятся слишком короткими, это сигнал для клетки о том, что ее генетический материал нарушен, и клетка перестает делиться. Укорочение теломер и уменьшение деления клеток считаются признаком старения и, вероятно, способствуют процессу старения.
Однако укорочение теломер также является механизмом защиты от рака, потому что высокопролиферативные клетки могут делиться только тогда, когда их теломеры не укорачиваются. Таким образом, укорочение теломер — это палка о двух концах, и ее необходимо тщательно регулировать, чтобы обеспечить баланс между старением и профилактикой рака. Когда теломера случайно обрывается в начале жизни клетки, ее необходимо исправить, чтобы клетка не начала стареть слишком рано.«В жизни клетки вы должны найти какой-то баланс между профилактикой рака и старением.
Теломеры являются связующим звеном между ними, поэтому понимание того, как они поддерживаются, действительно важно», — сказал Брайан Люк, профессор JGU. Институт биологии развития и нейробиологии и адъюнкт-директор IMB.Люк и его лаборатория были заинтересованы в понимании того, как клетка распознает эти укороченные и поврежденные теломеры, которые потеряли свои крышки. Кроме того, они хотели определить, какие факторы важны для восстановления коротких теломер.
Эта информация может помочь понять, почему клетки либо склонны к старению, либо продолжают расти.В своей недавней статье, опубликованной в журнале Cell, Люк и его группа показали, что одним из ключей к пониманию этой проблемы является TERRA.
TERRA — это разновидность РНК, которая накапливается специфически на концах критически коротких теломер, связываясь непосредственно с ДНК и сигнализируя клетке, что эти теломеры должны быть восстановлены, позволяя клетке продолжать деление.«Мы уже знали, что короткие теломеры играют ключевую роль в определении начала клеточного старения, но мы не совсем понимали, какие особенности коротких теломер были важны. С помощью TERRA мы обнаружили сложную регуляторную систему, объясняющую, как короткие теломеры идентифицируются камерой ", — сказал Люк.Эта статья на самом деле является результатом двух различных исследовательских проектов по теломерам в лаборатории Люка.
Диего Бонетти изучал регуляцию TERRA в клеточном цикле и обнаружил, что уровни TERRA различаются на разных стадиях клеточного цикла. Тем временем Арианна Локхарт и Марко Граф исследовали накопление TERRA на коротких теломерах.
Когда они обнаружили, что паттерн циклического накопления TERRA различается между короткими и длинными теломерами, они поняли, что что-то сделали, и объединили усилия для этого проекта.Их совместная работа привела к осознанию того, что TERRA на самом деле накапливается на всех теломерах, но на длинных теломерах она быстро удаляется с помощью белков Rat1 и РНКазы H2. Эти белки связываются преимущественно с длинными теломерами и обеспечивают удаление TERRA, но они не присутствуют на критически коротких теломерах, что означает, что TERRA остается в течение более длительного времени. Этот механизм обеспечивает последующий ремонт короткого теломера, который имеет решающее значение для выживания клетки и продолжения деления.
Лука работал на дрожжах; однако теломеры и TERRA встречаются у всех организмов с линейными хромосомами. Исследователи ожидают, что их работа будет применима и к людям.
Их следующим шагом будет изучение этих процессов в клетках человека и их влияние на старение и рак.