Ученые биологического и химического факультетов МГУ пролили свет на запутанную взаимосвязь между пролиферацией соматических клеток, метаболизмом и динамикой теломер. Сопоставив механизмы этих процессов в раковых, половых и иммунных клетках, ученые выявили общие закономерности, определяющие способ удлинения теломер в зависимости от особенностей метаболизма. Это исследование, опубликованное недавно в журнале International Journal of Developmental Biology, раскрывает важные аспекты, которые могут иметь глубокие последствия для регенерации тканей, иммунных реакций и лечения рака. Исследования проводились в рамках НОШ МГУ «Молекулярные технологии живых систем и синтетическая биология».
Теломеры представляют собой повторяющиеся последовательности ДНК, которые защищают концы хромосом и не позволяют распознать их как поврежденную ДНК. При каждом делении клетки теломеры укорачиваются, что может привести к клеточному старению — состоянию, когда клетки перестают делиться, что является защитной мерой от возможных сбоев в работе из-за мутаций. Известны две основные стратегии для поддержания длины теломер в клетках: теломераза — фермент, который удлиняет теломеры в стволовых и половых клетках; и альтернативный механизм ALT, основанный на гомологичной рекомбинации, функционирующий в основном в раковых клетках, лишенных теломеразы.
«В период раннего эмбрионального развития млекопитающих происходят масштабные эпигенетические перестройки, которые сопровождаются изменениями метаболизма клеток, — объясняет доцент кафедры эмбриологии биологического факультета МГУ Денис Никишин. — На самых ранних этапах развития клетки эмбриона, как и многие раковые клетки, используют альтернативный механизм удлинения теломер без участия теломеразы».
Анализ современных данных свидетельствуют о том, что клеточный метаболизм является важнейшим фактором, регулирующим механизмы поддержания теломер. Доступность энергии и питательных веществ имеет решающее значение для поддержания длины теломер, особенно во время быстрого деления клеток. Так, теломераза активно включается в периоды высокой клеточной активности, такие как эмбриогенез и иммунные реакции, что требует изменения метаболических путей. Существенные различия в активности теломеразы описаны в ооцитах и сперматозоидах, что также связано с особенностями их метаболизма. При активации иммунных Т-клеток метаболическое перепрограммирование на гликолиз сопровождается реактивацией теломеразы, что также подчеркивает взаимозависимость клеточного метаболизма и поддержания теломер.
«Взаимосвязь метаболизма и поддержания теломер предлагает многообещающий путь для разработки новых подходов к увеличению продолжительности жизни и здоровья. Через репрограммирование метаболизма можно добиться совершенствования протоколов регенерации тканей и разработки новых методов лечения рака», — отмечает профессор кафедры химии природных соединений химического факультета МГУ Мария Рубцова.
Исследование теломер и их связи с метаболизмом не только имеет глубокие последствия для нашего понимания клеточной биологии, но и выходит за рамки фундаментальной биологии. По мере того, как мы раскрываем молекулярные основы регуляции теломер, появляются новые терапевтические стратегии, дающие надежду на решение серьезных проблем со здоровьем, связанных со старением, нарушениями репродукции и раком. В дальнейшем интеграция метаболических подходов в контексте поддержания теломер будет играть важную роль в научных исследованиях и терапии, что в конечном итоге позволит преодолеть разрыв между фундаментальными исследованиями и клиническим применением.