В нашем организме вновь разделенные клетки постоянно пополняют запасы легких, кожи, печени и других органов. Однако большинство человеческих клеток не могут делиться бесконечно — с каждым делением клеточный хронометр на концах хромосом укорачивается. Когда этот хранитель времени, называемый теломерами, становится слишком коротким, клетки больше не могут делиться, вызывая дегенерацию органов и тканей, как это часто бывает в пожилом возрасте. Но есть способ обойти этот обратный отсчет: некоторые клетки вырабатывают фермент под названием теломераза, который восстанавливает теломеры и позволяет клеткам делиться бесконечно.
В новом исследовании, опубликованном 19 сентября в журнале Genes and Development, ученые из Института Солка обнаружили, что теломераза, даже если она присутствует, может быть отключена.«Предыдущие исследования показали, что однажды собранная теломераза доступна всякий раз, когда она необходима», — говорит старший автор Вики Лундблад, профессор и руководитель кафедры Ральфа С. и Бекки О’Коннор. «Мы были удивлены, обнаружив, что вместо этого теломераза имеет то, что по сути является« выключенным »выключателем, посредством которого она разбирается».
Понимание того, как можно манипулировать этим выключателем, тем самым замедляя процесс укорачивания теломер, может привести к лечению болезней старения (например, к регенерации жизненно важных органов в более позднем возрасте).Лундблад и первый автор и аспирант Тимоти Тьюси провели свои исследования на дрожжах Saccharomyces cerevisiae, тех же дрожжах, которые используются для изготовления вина и хлеба.
Ранее группа Лундблада использовала этот простой одноклеточный организм, чтобы раскрыть многочисленные идеи о теломеразе и заложить основу для аналогичных открытий в клетках человека.«Мы хотели изучить каждый компонент комплекса теломеразы, но это оказалось непростой задачей», — сказал Тьюси. Тьюси разработал стратегию, которая позволила ему наблюдать за каждым компонентом во время роста и деления клеток с очень высоким разрешением, что привело к неожиданному набору открытий в отношении того, как и когда эта специализированная машина для теломер собирает себя вместе.
Каждый раз, когда клетка делится, весь ее геном должен дублироваться. В то время как эта дупликация происходит, Тьюси обнаружил, что теломераза представляет собой комплекс «предварительной сборки», в котором отсутствует критическая молекулярная субъединица. Но когда геном полностью дублирован, недостающая субъединица присоединяется к своим компаньонам, образуя полный, полностью активный теломеразный комплекс, после чего теломераза может восполнить концы разрушенных хромосом и обеспечить надежное деление клетки.
Однако удивительно, как Тьюси и Лундблад показали, что сразу после того, как полный комплекс теломеразы был собран, он быстро разбирается, образуя неактивный комплекс «разборки» — по сути, переводя переключатель в положение «выключено». Они предполагают, что этот путь разборки может обеспечить средство удержания теломеразы на исключительно низком уровне внутри клетки.
Хотя разрушение теломер в нормальных клетках может способствовать процессу старения, раковые клетки, напротив, полагаются на повышенные уровни теломеразы, чтобы гарантировать нерегулируемый рост клеток. Переключатель «выключено», обнаруженный Тьюси и Лундбладом, может помочь поддерживать активность теломеразы ниже этого порога.