Теломери - новий холестерин: як вчені вивчають процеси старіння організму та їх зв'язок із реальним віком

Конспект матеріалу Джеральда Марзораті для Wired про те, як обчислити, чи відповідає вік людини стану її організму, і чи варто знати все про свій процес старіння.

У 2013 році генетики з Університету Юти опублікували результати невеликого дослідження: для людей віком понад шістдесят років, чиї теломери (Дільниці хромосом, що виконують захисну функцію, - vc.ru) коротше норми, ймовірність померти від хвороби серця втричі вища, а від інфекційної — у вісім разів вища, ніж у тих, чиї тіломіри в нормі.

Що ж є теломери і чому вони такі важливі? Теломери – це кінцеві ділянки хромосом, схожі на шапочки. Вони виконують захисну функцію організму, стримуючи погіршення здоров'я з настанням старості. Короткі теломери ускладнюють поділ клітин, що може призвести до ураження тканин і цілої низки недуг.

Але деякі вчені не впевнені, чи є теломери головним індикатором старіння. На їхню думку, необхідні ширші дослідження. Проте в сучасній медицині, методів якої дотримується лікар автора матеріалу Джозеф Раффаеле, теломери стали головним біомаркером, який розповідає про якість нашого старіння. І ці ділянки хромосом Марзораті, якому мало виповнитися 65, викликали в лікаря занепокоєння.

Раффаеле, зрозуміло, не бачив теломери на власні очі — про їх стан він судив за результатами аналізів крові, виконаних Repeat Diagnostics — лідируючою лабораторією в сфері діагностики теломерів, що швидко розвивається. Розвивається, пояснив Раффаеле, тому що «теломери — новий холестерин». Це означає таке:

• Теломери є щось, що піддається вимірам, з допомогою можна пояснити процеси, які у нашому організмі.
• Саме на теломери можуть зробити ставку великі фармацевтичні компанії, сподіваючись створити препарат, що зміцнює ділянки хромосом.

До досліджень старіння Раффаеле підштовхнули батьки, які страждали на хворобу Альцгеймера. Лікар був вражений, як мало він міг для них зробити, і тому запитав, чи існують заходи щодо профілактики старіння.

Якщо традиційна медицина вже давно виробила цілий набір індикаторів стану здоров'я (на кшталт кров'яного тиску), то у випадку зі старінням фахівцям ще належить це зробити. Так, Раффаеле розробив власну антивікову терапію, але звідки він знав, що вона ефективна? Які біологічні орієнтири він використав? Так лікар і почав шукати біомаркери старіння, ставши згодом одним із найвідоміших дослідників у цій галузі.

Насправді біомаркери не є нічого нового в медицині. Якщо, скажімо, аналізи показують наявність в організмі простат-специфічних антигенів, можна впевнено сказати про розвиток у чоловіка раку простати.

Раффаеле припускає, що різні системи організму старіють нерівномірно. Тобто якщо вам 60 років, стан вашої серцево-судинної системи може бути як у сімдесятирічної людини, а суглобів — як у п'ятдесятирічної.

Лікар Марзораті - прихильник так званої медицини управління віком, у діагностиці він користується десятками біомаркерів, вимірюючи не тільки довжину теломерів, але і, скажімо, артеріальну ригідність, а потім на основі зібраних даних визначає вік різних систем організму та дає рекомендації.Крім того, у розпорядженні лікаря є не лише дані власних пацієнтів, а й інших лікарень, які проводять аналізи крові.

Раффаеле також стежить за динамікою зміни довжини теломерів — якщо протягом тривалого часу їхня довжина не змінюється, то особливо турбуватися не варто.

Методи Раффаеле поки що не отримали наукового обґрунтування. Так, фахівцям Національного інституту старіння протягом десятирічних досліджень не вдалося виробити чіткий набір біомаркерів, які відповідають за старіння.

Довжина певних теломерів, пояснив Раффаеле, корелює не лише зі станом певної системи організму, а й показує, на що пацієнт хворів у минулому. Укорочення теломерів, додає лікар, часто відбувається в результаті хронічних або запальних процесів, що розвиваються. Тут, втім, також не все ясно.

Запальних процесів у організмі Марзораті був. Рівень стресу теж був ні до чого. Але, за даними лікаря, імунітет журналіста був на рівні 71 року. Виходить, всі його спроби харчуватися правильно і активне життя не принесли результату.

Проте у світі налічується кілька тисяч лікарів, які практикують медицину управління віком. Вони такі ж експериментатори, як і їхні заможні пацієнти — річний курс може коштувати понад $5 тисяч. Раффаеле, варто зазначити, не обіцяє пацієнтам продовжити їхнє життя, його терапія націлена на те, щоб полегшити старість і зробити її активнішою.

Марзораті цього хотів, але також йому хотілося зрозуміти, як саме він старіє — не лише у психологічному плані, а й у фізичному. Ось тут і став у нагоді досвід Раффаеле в молекулярній діагностиці, діагностичної візуалізації, аналізі даних.

Прийом у його клініці видався журналісту вельми незвичайним. Ще вдома Марзораті пройшов тест на когнітивну активність. Сам лікар на час візиту автора був у від'їзді, і його за допомогою різних апаратів, що сканують артерії або вимірювали жирову масу, оглядав помічник Раффаеле. Журналіст обговорив результати з лікарем через місяць.

Що ж теломери розповіли про здоров'я Марзораті? Загалом він був у гарній формі, про себе дали знати теніс та інтервальні тренування. Його серцево-судинна система була порівнянна станом з 43-річною, результати тесту на когнітивну активність показали, що його мозок також досить молодий.

Старіння — один із найскладніших біологічних процесів, і чим більше ми його вивчаємо, тим загадковішим він стає.

Теломери будь-якої людини з часом коротшають. І хоча більшість теломерів Марзораті була в порядку, теломери в гранулоцитах (підгрупі лейкоцитів) виявилися дуже короткими, їхня довжина склала лише 10% від норми. Як результат — стан дихальної системи Марзораті був таким самим, як у вісімдесятирічного старого. Несподівано, адже тести на витривалість показали пристойні результати.

Вся справа в маленькій грудній клітці, пояснив Раффаеле, порадивши не кидати інтервальних тренувань. Загальний результат показав: організм Марзораті відповідає 61-річному віці, тоді як насправді журналісту було майже 65 років. Проте залишався простір поліпшень.

Для підтримки імунітету лікар порекомендував Марзораті приймати вітамін D3. Також Раффаеле розповів про терапію гормоном росту. Оптимізація гормонального фону, за словами лікаря, дуже важлива в управлінні віком.

Сам Раффаеле вже 20 років приймає гормони росту, тестостерон та тиреоїдні гормони, що підвищують загальну активність. Так, у гормональної терапії можуть бути побічні ефекти - від болю в суглобах до загострення серцево-судинних захворювань, але докази її шкоди (як і користі) у довгостроковій перспективі поки непереконливі.

Отже, чи є якась різниця між фактичним віком та станом твого організму? Не схоже. Проте фізична сторона є дуже важливою для нашої ідентичності. У міру того, як підходи до вивчення організму стають все більш точними, варто подумати, скільки ми хочемо знати про себе.

Чи хочемо ми знати про своїх укорочених тіломірів? Або про генетичні мутації, через які ми схильні до невиліковних хвороб? Старіти ніколи не було легко, і це знання зовсім не полегшить ношу, вважає Марзораті. Скоріше навпаки.

XII Міжнародна студентська наукова конференція Студентський науковий форум – 2020

Клітини можуть ділитися лише кілька разів, оскільки є межа Хейфліка, що одна із причин старіння. Гени захищаються тіломірами, які з кожним розподілом стають меншими. Виявляється, можна зупинити скорочення хромосом дією ферменту теломерази, яку для цього потрібно активувати. Далі про все це я розповім вам докладніше.

Теломери займають кінцеві ділянки хромосом. Вони запобігають злипанню цих ділянок і самих хромосом між собою. При злипанні вони починають перетворюватися на ракові клітини або гинуть. Після кожного поділу клітини теломери стають коротшими, досягнувши межі, клітини зупиняють процес поділу.Такі зміни є генетичними та епігенетичними, тобто вони залежать від спадкової схильності та впливу факторів навколишнього середовища.

Рис 1. Зв'язок довжини теломер зі старінням

У людини є такі клітини, у складі яких є постійно активний фермент – теломераза. Він постійно подовжує теломери. Таке властиво тільки для ракових та стовбурових клітин.

Відновлення теломерів залежить від активності теломерази. Тільки цей фермент може запобігти їх укорочення. Під теломерами знаходяться такі гени, що викликають апоптоз, тобто програмовану клітинну загибель. Було встановлено, що у якогось відсотка людства вкорочування теломерів є прискореним, що є причиною хвороб і передчасного старіння (рис.1).

Це свідчить про те, що можливо існує відчутна різниця між фізіологічним віком і віком, написаним у паспорті. Чим інтенсивніше коротшають теломери, тим швидше людина старіє [1].

Про методи захисту тіломір

Синтез ферменту теломерази, здатного подовжувати теломери, набагато знижується з віком, але нині існують фармакологічні засоби, які можуть збільшити синтез цього ферменту. Кінці хромосом можна зберегти поліпшенням способу життя. За результатами наукових досліджень можна зробити висновок, що люди, які часто займаються медитацією, менше піддаються стресу та запальним процесам, і тому у них кінці хромосом довші, ніж у звичайних людей [2].

Варто звернути увагу, що запальні процеси тривалої дії можуть знизити активність теломерази і прискорити скорочення кінців теломерів, через порушення РН.

Щоб зупинити старіння, потрібно негайно розпочинати лікування хронічних запалень в організмі. Для цього потрібно своєчасно усувати пульпіт зубів, простатит, пародонтит та будь-які інші запалення.

Способи подовження теломер

Теломераза може «включитися» під впливом природних чинників. Активується фермент за допомогою естрогену. Рівень цього гормону зростає під час вагітності, тому у багатодітних жінок спостерігається велика довжина теломерів. Це є однією з причин того, що жінки виглядають молодшими і живуть довше за чоловіків, оскільки в останніх рівень цього гормону набагато нижчий.

Іншим механізмом, що сприяє подовженню теломерів, вважається зниження калорійності їжі. Виявляється, зниження калорій, що вживаються, лише на 15 % може сприяти збільшенню тривалості життя на цілих 5 років. Навпаки гіперкалорійність їжі та ожиріння знижуватиме довжину теломерів.

Сон із тривалістю щонайменше 7 годин при мінімумі світла у кімнаті також підвищують довжину теломер.

Найбільш значущим методом подовження теломерів є щоденні прогулянки в сонячну погоду. Вони повинні тривати щонайменше 45 хвилин. Це тим,що підвищення рівня вітаміну D в організмі активує синтез теломерази. Досліджено, що кількість цієї речовини на рівні 100 мг/л підвищує довжину теломерів на 19 %. Синтез теломерази активізують убіхінол, ресвератрол. За це можуть відповідати омега-3 жирні кислоти, вітамін групи С та інші антиоксиданти.

Мал. 2. Зв'язок між довжиною теломерної ДНК та числом клітинних поділів. Зміна довжини теломірної ДНК за наявності тіломеразної активності.

Відновлює короткі теломери (рис.2)

Ліквідує укорочення тіломір

Дозволяє клітині повернутися до молодого фенотипу, тобто. функціонувати як молода клітка.

При вживанні продуктів з омега-3 жирними кислотами синтезуються теломерази у здорових клітинах. При цьому з інтезом цього ферменту в патологічних клітинах навпаки знижується.

Збільшення вироблення ферменту та довжини теломер пов'язане з помірним фізичним навантаженням. Також цьому сприяють вітаміни та поліненасичені жирні кислоти.

Довжина теломерів більша у тих, хто веде здоровий спосіб життя. Прямо протилежна ситуація у тих, хто вживає часто у великій кількості алкогольні напої, тютюнові вироби, не стежить за своєю вагою та веде малоактивне життя. Швидке зменшення довжини теломерів відбувається через стресу та вірусні інфекції [3].

Альтернативний активатор теломерази

Декілька років тому велика компанія, що знаходиться в США, знайшла молекулу TA-65, яка стала першим активатором теломерази. Вона була синтезована із кореневища астрагалу.

Як ця молекула діє?

З того моменту, коли молекула проникне у клітину, вона активізує функції гена, який відповідає за тимчасову активізацію теломерази. Завдяки цьому фермент формує кінцеві ділянки хромосом, тобто. додає нуклеотиди. За рахунок цього клітка отримує нове життя. Найцікавіше, що здається неможливим, старі клітини перетворюються на молоді та активні. Це відбивається по всьому організмі.

Теломери і теломераза – найважливіші елементи, яких безпосередньо залежать вікові зміни у організмі.

Насамкінець хочеться сказати, що ми зможемо запустити процес клітинного омолодження в тому випадку, якщо активуємо теломеразу [4].

Список литературы :

1. Блекберн Е.Е. Ефект теломер: революційний підхід до молодшого, здорового і довгого життя / Блекберн Е.Е., Епель Е.; [Пер. з англ. Івана Чорного]. М. : Ексмо, 2018. – 384 c. 2. Boccardi M., Boccardi V

3. Shay J.W., Wright W.E. Telomeres and telomerase:three decades of progress.-2019.-V-20 (5).-P. 299-309.

4 . Tsoukalas D., Fragkiadaki P., Docea A.O., Alegakis A.K., Sarandi E., Thanasoula M., Spandidos D.A., Tatsatsakis A., Razgonova M.P. / Molecular Medicine Reports.-2019.-V.20(4).- P.3701-3708.