Короткі теломери на кінцях хромосом не дають клітці довго жити, тим самим захищаючи її від злоякісного перетворення.
Хромосомні кінці-хвости називаються теломерами, і про них ми чуємо дуже часто. Теломери - один з індикаторів клітинного старіння: чим клітина старша, тим її теломери коротші. Справа в тому, що коли клітина ділиться, вона подвоює кожну свою хромосому, щоб кожній з двох дочірніх клітин дісталося по копії. Але білки, які займаються реплікацією (подвоєнням ДНК) влаштовані так, що вони не можуть дочитати і докопіювати нитку ДНК до кінця. Тобто на кінці кожної хромосомної ДНК є шматок, який не копіюється в нову ДНК, так що нова ДНК виявляється трохи коротше, ніж стара.
Якби на кінці хромосоми сиділи гени, які кодують білки, або ще якісь важливі ДНК-послідовності, то трапилася б біда: в укороченій хромосомі їх би не було зовсім, або ж вони були б пошкоджені. Але на кінцях ДНК сидять безглузді теломери, які нічого не кодують - вони просто допомагають клітинам ділитися без шкоди для геному. Однак теломери не нескінченні. Коли вони вкорінюються до певного розміру, клітина ділитися вже не може. Іншими словами, стара клітина - це та, яка вичерпала ліміт поділів. Далі їй залишається тільки померти.
Але ж є клітини, які можуть ділитися дуже і дуже довго - стовбурові клітини. У них працює фермент теломеразу, яка подовжує теломери. Стовбурові клітини поступово перетворюються на спеціалізовані клітини (клітини шкіри, клітини м'язів, печінки тощо), і ось у спеціалізованих клітин теломераза вже не працює. Якщо спеціалізована клітина померла, її можна замінити тільки за допомогою стовбурових клітин. Але чому б теломеразі не працювати і в звичайних клітинах, які могли б далі жити і ділитися?
Теломераза працює не тільки в стовбурових клітинах. У нас є ще одні клітини, здатні до нескінченного поділу - ракові. У недавній статті в eLife співробітники Рокфеллерівського університету та Університету Неймегена пишуть, що теломери - це запобіжник від злоякісного переродження. Справа в тому, що поки клітина живе і ділиться, в її ДНК накопичуються різноманітні мутації. У клітці є спеціальні білки, які їх виправляють, але якісь мутації все ж залишаються. І поступово їх накопичується стільки, що вони вже відчутно впливають на те, як клітина виконує свою роботу. Зістарена клітина вже не стільки приносить користь, скільки шкодить. Крім того, серед решти мутацій часто виявляються такі, що роблять клітку злоякісною. Тепер вона вже точно не виконує ніякої корисної роботи і навіть не звертає уваги на навколишні нормальні клітини - тепер вона просто ділиться, формуючи пухлину.
І ось тут дуже до речі виявляються теломери. Нехай у клітини збилися власні внутрішньоклітинні налаштування, нехай тепер її внутрішні сигнали понуждають її безупинно ділитися, але ділитися вона зможе до тих пір, поки теломери не вкоротяться до належної межі. Коли він вкоротиться, в клітці включиться програма самознищення.
Проте злоякісні пухлини все одно з'являються. Однак, як стверджують автори роботи, пухлина може розраховувати на успіх тільки в тому випадку, якщо вона зможе активувати теломеразу. Дійсно, більшість злоякісних утворень, які виявляються при клінічному обстеженні, існують з включеною теломеразою. Щоб її увімкнути, потрібні знову ж мутації. Ймовірність появи мутацій тим більше, чим довше клітина живе. Уявімо, що теломери у клітини спочатку виявилися довшими звичайного. Тоді вона проживе більше, у неї з більшою ймовірністю з'явиться мутація в гені теломерази, яка включиться і почне нарощувати теломери, граючи на користь раку.
Теломераза існує не сама по собі, її активність залежить від інших білків. У своїй статті дослідники говорять про один такий білок під назвою TIN2. Порівняно давно відомо, що мутації в TIN2 ніби знімають запобіжник з теломерази, яка починає активно подовжувати хромосомні хвости. Цього разу вдалося показати, що від TIN2 залежить початкова довжина теломер, з якою клітина входить, так би мовити, у зріле життя.
Автори роботи проаналізували гени кількох сімей, схильних до онкозахворювань. У них вдалося виявити характерні мутації в гені TIN2, що переходять з покоління в покоління. У піддослідних клітин, яким вводили цю мутацію, теломери виявлялися набагато довшими, ніж повинні бути. Притому ніяких інших проблем спочатку з ДНК не виникало, геном був стабільний, теломераза залишалася відключеною. Єдиною аномалією виявлялися занадто довгі теломери, які давали можливість прожити довше.
Виходить наступна послідовність подій: через мутацію в білці TIN2 він перестає належним чином контролювати теломеразу, яка на ранніх етапах розвитку нагороджує хромосоми занадто довгими хвостами. Потім теломераза засипає, а клітини живуть і працюють, час від часу ділячись і накопичуючи мутації (які, до речі кажучи, виникають і при подвоєнні ДНК). Через збільшений термін життя в клітинах з'являється більше мутацій, в тому числі і злоякісних, і у цих мутацій більше шансів остаточно перетворити клітку на ракову (зокрема, вони з більшою ймовірністю розбудять теломеразу і остаточно вирішать проблему з теломерами).
Виходить, що короткі теломери служать запобіжниками від онкозахворювань. Будь хромосомні кінці справжнішими, рак був би набагато більш поширений і, ймовірно, був би ще більш різноманітний. Втім, хоча гіпотеза про теломірний захист від раку обговорюється давно, далеко не всі з нею згодні. Хоча ця робота пропонує додаткові (нехай і непрямі) аргументи на її користь, суперечки серед фахівців про еволюційне значення теломер навряд чи стихнуть так вже скоро.