Spānijas zinātnieki ir atklājuši, ka pelēm veicot ģenētisku inženieriju, telomēru garums viņu šūnās palielinās. Tas viņiem ļauj pagarināt mūžu, tomēr ir jāiziet pie dažiem trikiem, lai īsts briesmonis neparādītos uz baltas gaismas. "Lenta.ru" stāsta par riskantu metodi vecu šūnu atjaunošanai.
Telomēri ir hromosomu gali, kas veidojas, atkārtojot DNS sekcijas, kas sastāv no sešiem nukleotīdiem (TTAGGG). Neskatoties uz šķietamo nelietderību, viņi veic ļoti svarīgu funkciju. Fakts ir tāds, ka, šūnām sadaloties, hromosomas sāk kopēt, taču šis process tām neiziet bez pēdām. Jaunās hromosomās gali vienmēr ir nedaudz īsāki nekā vecāku hromosomās. Telomeriem ir aizsargājošu vāciņu loma, jo tiem nav svarīgas ģenētiskās informācijas.
Tomēr ar katru šūnu paaudzi telomēri tiek saīsināti arvien vairāk, līdz iestājas kritisks brīdis, ko sauc par Hayflick robežu. Šūnas, sasniegušas šo robežu, vairs nedalās un nemirst.
Dažas šūnas (cilmes, dzimuma un dažas citas) spēj palielināt savu telomēru garumu. Tas notiek fermenta, ko sauc par endogēno telomerāzi, dēļ. Tas hromosomu beigām pievieno to pašu TTAGGG fragmentu, un, ja jūs palielināsit tā daudzumu šūnās, tad tie var sadalīties uz nenoteiktu laiku, pārsniedzot Hayflick robežu.
Arī cilmes šūnas pieaugušā ķermenī pakāpeniski noveco, jo tajās neražo ļoti daudz telomerāzes. Tomēr pietiek ar to, ka dzīvie organismi eksistē daudzus gadus, atkal un atkal dziedinot viņu brūces.
Bojājot bioloģiskos audus, tiek sākti to reģenerācijas procesi. Cilmes šūnas dalās, lai kļūtu par normālām somatiskām (ķermeņa) šūnām. Šādi “pēcnācēji” ne tikai zaudē pluripotenci, tas ir, spēju pārveidot (diferencēt), bet arī zaudē spēju sintezēt telomerāzi. Tādējādi ķermenis ļauj noteiktām šūnu grupām dalīties bezgalīgi, jo pretējā gadījumā vēža audzēju risks vairākkārt palielināsies.
Embrionālās cilmes šūnas
Reklāmas video:
Foto: Nissim Benvenisty / Wikimedia
Kas cilmes šūnas pārveido par normālām? Lai gan visās ķermeņa šūnās ir sastopami vieni un tie paši gēni, dažus no tiem noteikta veida audos var izslēgt. Piemēram, smadzeņu nervu audos, caur kuriem iziet elektriskie impulsi, darbojas viens gēnu komplekts, bet Langerhans saliņās, kas atrodas aizkuņģa dziedzerī un rada insulīnu, citā. Augstāka līmeņa sistēma, kas sastāv no epiģenētiskiem faktoriem - molekulām, kas piestiprinās DNS un regulē tās funkcijas - ieslēdz un izslēdz gēnus. Viss faktoru kopums, kas pievienots dubultā spirālei, veido epigenomu, un, protams, tas ir atšķirīgs katram audu tipam.
No tā izriet loģisks secinājums: lai šūna atkal pārvērstos par cilmes šūnu, tā jāmaina ar epigenomu, citiem vārdiem sakot, jāpārprogrammē. To var panākt, ieviešot četrus īpašus savienojumus, ko sauc par Yamanaka faktoriem (OSKM - Oct4, Klf4, Sox2 un c-Myc). Viņi ir iesaistīti arī epiģenētiskajā regulācijā, saglabājot šūnu spēju diferencēt. Tos pirmo reizi izmantoja 2006. gadā japāņu pētniece Shinya Yamanaka, kas spēja pārveidot fibroblastus inducētās cilmes šūnās (iPS šūnās). Par to 2012. gadā zinātniekam tika piešķirta Nobela prēmija.
Jamanaka faktiski atjaunoja atsevišķas šūnas, pārprogrammējot tās epiģenētiskā līmenī un uzsākot diferenciācijas procesu. Rodas jautājums: vai ir iespējams darīt to pašu ar visu organismu, vismaz ar peli? Problēma ir tā, ka, šādi rīkojoties, mēs laužam paktu "cilmes šūnu nedrīkst būt daudz", jo, kā jau minēts, palielinās vēža risks. Turklāt nav jēgas pārveidot orgānus un audus viendabīgu iPS šūnu pākumos - ķermenis vienkārši mirs. Vēl viena grūtība slēpjas faktā, ka inducētās cilmes šūnas var spontāni izvērsties par teratomām (no sengrieķu τέρατος - "briesmonis") - audzējiem nepietiekami attīstītu orgānu formā, piemēram, zobiem, acīm vai pat smadzenēm.
Tomēr izrādījās, ka ir pilnīgi iespējams izvairīties no audzējiem. Tātad jūs nevarat pārveidot somatiskās šūnas cilmes šūnās, atņemot tām funkcionalitāti, bet tikai īslaicīgi aktivizējiet Jamanakas faktorus, lai nedaudz atjaunotu audus. Lai to izdarītu, zinātnieki ir izveidojuši transgēnas peles, savā DNS ievietojot kaseti ar secīgu gēnu komplektu, kas kodē OSKM. Kasete, ko sauc par policistronisko kaseti (cistrons ir tāds pats kā gēns), ieslēdzas daļēji sintētiskas antibiotikas doksiciklīna klātbūtnē. Tādējādi tiek iegūti Jamanakas faktori. Bez antibiotikas pārprogrammēšana tiks pārtraukta.
Telomerāze (zaļi punkti) ĢM peļu aizkuņģa dziedzerī
Foto: Marija A. Blasko / CNIO
Spānijas pētnieki, pētot telomēru izmaiņas pārprogrammētām pelēm, nolēma nesarežģīt uzdevumu. Viņu vajadzībām bija pietiekami, lai aktivizētu policistronisko kaseti un izsekotu, kas notiek ar hromosomu galiem. Teratomu un displāziju klātbūtne dzīvnieku audos liecināja, ka pārplānošana bija veiksmīga.
Zinātnieki ir noskaidrojuši, ka tad, kad somatiskās šūnas pārvēršas par cilmes telomeriem, tās pagarinās. Tas ir loģiski, ņemot vērā, ka iPS šūnas var dalīties bezgalīgi. Turklāt pētnieki ir noskaidrojuši, ka telomerāzei šajā ziņā ir liela loma.
Līdz šim ģenētiķiem nebija pierādījumu, ka, izmantojot epiģenētiskos faktorus, pieauguša cilvēka organismā ir iespējams izraisīt endogēno telomerāžu veidošanos. Bet tieši tā notiek. Šķiet, ka Jamanakas faktori pārslēdz gēnu kaskādes, galu galā aktivizējot fermentu, kas pagarina telomēru.
Vēža šūnas HeLa
Foto: Public Domain / Wikimedia
Līdzīgs process pavada ne tikai somatisko šūnu pārprogrammēšanu, bet arī to ļaundabīgumu. Vēža šūnām ir daudz kopīga ar cilmes šūnām. Viņa var dalīties bezgalīgi. Visslavenākais piemērs ir "nemirstīgās" HeLa šūnas. Tos 1951. gadā izolēja no tajā pašā gadā mirušās pacientes Henrietta Lacks dzemdes kakla audzēja, un to joprojām izmanto daudzos eksperimentos.
Arī vēža šūnas ir pārprogrammētas somatiskās šūnas. Pēc zinātnieku domām, līdzīgas izmaiņas notiek ar telomeriem tajos. Tādēļ pētījumos ar iPS šūnām tiks atklāta sīka informācija par molekulārajiem procesiem, kas notiek audzēju veidošanās laikā.
Aleksandrs Enikejevs
