С самого зарождения человеческого сознания страх смерти и стремление избежать ее или отложить на потом сопровождали человека. Древние люди находили утешение в верованиях о жизни после смерти, а позже алхимики пытались создать эликсиры, дарующие бессмертие. По мере развития науки исследователи начали изучать механизмы нашей смертности на клеточном уровне, стремясь понять, возможно ли существенно продлить жизнь. Теломеры часто упоминаются как некий ключ к долголетию, как волшебный регулятор в ДНК, способный увеличить продолжительность жизни на один-два десятка лет. Действительно ли это так?
Что такое теломеры
ДНК эукариотов, то есть организмов, клетки которых содержат ядро (в отличие от прокариотов, не имеющих ядра), включает как кодирующие, так и некодирующие последовательности. При этом кодирующих участков значительно меньше, чем некодирующих. Это вполне закономерно, поскольку многоклеточный организм представляет собой сложную структуру, функционирование которой требует обширного объема информации. Теломеры играют одну из регуляторных ролей, определяя возраст клетки. Важно отметить, что этот возраст не соответствует продолжительности жизни клетки.
Теломера – структура довольно простая. Это концевые участки хромосом, содержащие повторяющуюся нуклеотидную последовательность. У большинства животных она представлена как TTAGGG (где буквы обозначают нуклеотиды: тимин, аденин и гуанин). Как уже отмечалось ранее, такие последовательности не несут кодирующей информации. Их функцию можно охарактеризовать как защитную. При каждом новом делении клетки генетический материал копируется. Этот процесс обеспечивается целым комплексом ферментов, которые расплетают, стабилизируют и воспроизводят нити ДНК, а также формируют инициаторы-праймеры. Ключевую роль здесь выполняет ДНК-полимераза, которая синтезирует новую цепь нуклеиновой кислоты, используя существующую в качестве матрицы.
ДНК-полимераза обладает характерной особенностью: она не может начать синтез цепи ДНК с самого начала. Это можно рассматривать не как недостаток, а как полезное свойство, поскольку благодаря ему нити ДНК при каждом делении клетки укорачиваются. На первый взгляд, такой процесс может привести к потере важной информации и, как следствие, к образованию неполноценных клеток. Однако, благодаря теломерам, генетическая информация сохраняется: концевые участки ДНК постепенно уменьшаются, позволяя сохранить данные, которые они защищают.
Теломеры можно кратко охарактеризовать как индикатор количества клеточных делений. Примерно через 50 делений защитная функция теломераз истощается, что запускает апоптоз – процесс запрограммированной клеточной гибели. Этот предел делений, известный как «предел Хейфлика», был установлен Леонардом Хейфликом. Вместе с Полом Мурхедом ученый провел простой и понятный эксперимент: фибробласты, полученные от мужчин и женщин, смешали, учитывая, что мужские клетки уже прошли 40 циклов делений, а женские – лишь десять. В качестве контрольной группы были использованы чисто мужские фибробласты.
Прекратив деление клеток в контрольной культуре, Хейфлик и Мурхед заметили, что она перестала быть смешанной: все мужские фибробласты вымерли, сохранились только женские клетки. Именно на этом основании Хейфлик сформулировал свой вывод о конечном сроке жизни клеток человеческого организма.
Открытие теломеразы
В некоторых случаях и не во всех клетках продолжительность их существования определяется теломерами. Однако есть механизм, способный сделать клетку практически бессмертной – теломераза.
В 1974 году было предсказано существование теломеразы, чтобы объяснить, почему некоторые типы клеток – как здоровые (стволовые), так и патологически измененные (например, раковые клетки) – не подвержены старению. Советский ученый Михаил Оловников, которому было 45 лет, предположил наличие такого фермента, назвав его тандем-ДНК-полимеразой. Спустя семь лет, в 1981 году, американская исследовательница Элизабет Блэкберн подтвердила эту теорию, выделив упомянутый фермент.
В сотрудничестве со своей аспиранткой Кэрол Грейдер Блэкберн выделила и очистила фермент, установив, что помимо белков, он содержит РНК. К 1980-м годам ряд исследований продемонстрировал, что у организмов с мутациями в теломеразных РНК наблюдается быстрое укорачивание теломер, а клетки этих организмов растут замедленно и в конечном итоге прекращают развитие. Элизабет Блэкберн подтвердила этот эффект у тетрахимен (пресноводных инфузорий), Кэрол Грейдер – на клетках человека, а Джек Шостак, еще один американский ученый, – в культуре дрожжей. Эти ученые также связаны между собой тем, что в 2009 году они получили Нобелевскую премию «за открытие механизма защиты хромосом теломерами и ферментом теломеразой.
Новые открытия кардинально изменили представления о генетике старения. Многие исследователи утверждали, что теломераза – это решающий фактор для достижения вечной молодости, причем речь идет не только о клетках, но и о целостном организме. Тем не менее, последующие исследования показали, что ситуация гораздо сложнее – универсального решения не существует. Подробнее об этом далее.
Болезни, связанные с теломерами и теломеразой
Нарушение функции теломеразы и теломер связано с развитием различных патологий и заболеваний. Многие из них были задокументированы еще до открытия «фермента бессмертия», в первой половине XX века. Так, при врожденном дискератозе, вызванном генными мутациями и связанными с ними дефектами TERT и TERC, теломеры пациентов значительно укорочены. Это приводит к нарушению нормального клеточного деления у большинства клеток и повышает нестабильность генома. В то же время, клетки, способные поддерживать активность фермента, быстро трансформируются в злокачественные образования. Вследствие этого, три четверти пациентов с дискератозом не доживают до 30 лет.
Детская прогерия, также известная как синдром Хатчинсона–Гилфорда, является одним из наиболее распространенных заболеваний, обусловленных дефектами теломер. Оно возникает вследствие мутации гена LMNA, который отвечает за выработку ламина – белка, составляющего оболочку клеточного ядра. Прогерин, дефектная форма ламина, вызывает сбои в различных генетических процессах, в частности, приводит к существенному укорочению теломер. Детская прогерия демонстрирует, как нарушение механизмов клеточного старения влияет на состояние всего организма. У пациентов уже в возрасте четырех-пяти лет наблюдаются признаки старения: характерное «птичье» лицо, заостренный нос, дистрофические изменения в ногтях, волосах и зубах. Такие дети редко доживают до совершеннолетия.
Некоторые заболевания сопровождаются дисфункцией теломер, что еще больше ослабляет организм. Хорея Хантингтона – пример аутосомно-доминантного генетического заболевания. Причиной его развития является мутация в гене, отвечающем за синтез белка хантингтин, функция которого на данный момент остается неизученной. Тем не менее, в процессе развития хореи Хантингтона наблюдается и сокращение длины теломер. Согласно исследованию, проведенному мексиканскими учеными, у пациентов с выраженными симптомами теломеры были примерно в полтора раза короче, чем у здоровых людей или у людей с болезнью на ранней стадии.
Вероятно, накопление хантингтина в митохондриях способствует повышенной выработке активных форм кислорода, что вызывает окислительный стресс и повреждение теломер. Мутантный белок также подавляет активность ферментов, участвующих в восстановлении ДНК, в результате чего укорочение теломер становится необратимым.
При обсуждении теломеров необходимо учитывать и онкологические заболевания. Здесь речь идет не о чрезмерно коротких, а о слишком длинных теломерах. Следует отметить, что опухоли чаще всего формируются в тканях, характеризующихся высокой теломеразной активностью, что является нормальным для постоянно обновляющихся структур.
Этот факт позволяет предположить, что естественное состояние нашего организма и процесс старения представляют собой оптимальный баланс, позволяющий избежать как ускоренного старения, так и превращения в совокупность бесконтрольно делящихся клеток. Анализ теломеразы в связи с онкологическими заболеваниями неизбежно показывает, что значительная длина теломер сама по себе не обеспечивает ни бессмертие, ни даже существенное продление молодости.
Ярким тому примером служат мыши. Обычно длина теломер у этих грызунов значительно больше, чем у людей, достигая иногда в четыре-пять раз. У отдельных линий лабораторных мышей длина теломерных последовательностей может достигать даже 150 тысяч пар нуклеотидных оснований, в то время как у человека этот показатель редко превышает 15 тысяч пар. Именно поэтому лабораторные мыши часто используются в качестве модельного объекта для исследования процессов, связанных с развитием и лечением опухолей.
Механика «бессмертных кусочков»
Теломераза представляет собой не единую молекулу, а сложный рибонуклеопротеиновый комплекс, состоящий из белков и РНК. Если говорить проще, то это совокупность белков и РНК. Основными компонентами этого комплекса являются теломеразный РНК-компонент TERC и теломеразная обратная транскриптаза TERT. TERC – это последовательность нуклеотидов, включающая специальный участок (ААУЦЦЦ), служащий матрицей для синтеза комплементарной нити ДНК ферментом TERT. Теломераза присоединяется к 3’-концу ДНК, содержащему свободную гидроксильную группу, и последовательно добавляет к нему нуклеотиды.
Матричный участок обрамляется двумя элементами: 5′-матричным ограничивающим и 3′-матричным узнающим. 5′-элемент – это двухцепочечный участок, находящийся непосредственно перед РНК-матрицей. Он контролирует присоединение нуклеотидов во время обратной транскрипции и, вероятно, служит участком связывания с TERT. Эксперименты с мутагенезом выявили, что для нормальной работы теломеразы ключевую роль играет не сама нуклеотидная последовательность, а её вторичная структура.
3’-узнающий элемент представляет собой одноцепочечную структуру, находящуюся за матричным участком. Он обеспечивает связывание конца матрицы с активным центром теломеразы, активирует теломеразную активность и содержит область, где происходит связывание с N-концом субъединицы TERT.
Вторичная структура теломеразной РНК содержит несколько элементов, среди которых псевдоузел, также известный как стабилизирующая шпилька, является наиболее востребованным объектом исследований. Изменение стабильности псевдоузла связано со снижением активности теломеразы, что подчеркивает значимую биологическую роль данного структурного компонента. Недавние исследования олигонуклеотидов, имитирующих элементы структуры псевдоузла TERС, продемонстрировали, что именно изменения в третичной структуре псевдоузла оказывают ключевое влияние на функционирование теломеразы.
Не всем клеткам организма необходимо бессмертие, поэтому теломераза не активна повсеместно. TERC-компонент подвергается транскрипции во многих клетках, однако обратная транскриптаза в большинстве из них отсутствует. Полностью функциональный теломеразный комплекс обнаруживается в половых и стволовых клетках. Кроме того, активность теломеразы отмечается в клетках, непрерывно делящихся, таких как клетки кишечного эпителия и B-лимфоциты).
Как жить дольше и при чем тут «мышь Мафусаила»?
Почти сразу после открытия теломеразы ее окрестили ферментом бессмертия, и начались поиски способов, как с ее помощью не обратить старение вспять, но хотя бы существенно замедлить его. Укорочение теломер в клетке до критически малой длины приводит к активации механизмов клеточного сенесенса и апоптоза – гибели клетки.
Понимание того, что воздействие на функцию теломер может помочь в замедлении процесса старения, привлекло внимание многих исследователей. Разработка методов генной терапии началась сразу после подтверждения в 1980-х годах существования теломеразы и ее роли в старении клеток. Тогда же были идентифицированы отдельные гены, активно создавались экспрессирующие векторы – генетические конструкции для доставки информации в клетку и ее использования – и стали проводиться переносы генов у мышей и других лабораторных животных.
Использование методов генной терапии, ориентированных на теломеры, казалось неизбежным. Однако такой подход вызывал серьезные опасения. ДНК представляет собой сложную структуру, а клетка в целом – еще более сложный механизм. Существует значительный риск непредсказуемых последствий. Почему бы не использовать проверенные фармацевтические препараты? Или рассмотреть такие стратегии, как ограничение калорийности питания?
Использование даже простых приемов может привести к значительным результатам. Например, в 2004 году Стивен Спиндлер из Университета Риверсайда (Калифорния) продемонстрировал, что ограничение потребления калорий у группы мышей позволило увеличить среднюю продолжительность их жизни до 1356 дней, что приблизительно соответствует 3,5 годам. Это весьма впечатляющий показатель, особенно если учесть, что обычно эти животные живут около двух лет.
Спиндлер начал свои исследования с мышей, которые уже не были новорожденными. Для эксперимента он использовал животных в возрасте 19 месяцев, что соответствует примерно 40 годам по человеческим меркам. Это позволило ему изучить процессы старения, как если бы он предоставил человеку в этом возрасте возможность прожить до 90 лет.
Генетическое редактирование обладает значительными преимуществами, делающими его особенно перспективным. Прежде всего, оно позволяет достигать более впечатляющих результатов. Например, Анджей Бартке использовал методы генетической модификации для создания мыши, прожившей 1819 дней, что превышает пять лет. За свою работу Бартке и его подопытное животное были удостоены специального «приза мыши Мафусаила», названного в честь библейского долгожителя.
Второй важный момент заключается в том, что диета или медикаментозное лечение – это постоянный процесс. В то время как редактирование генетической информации предлагает более простое решение: внесли необходимые корректировки один раз, и организм функционирует нормально. Кроме того, генная терапия отличается более точным воздействием по сравнению с лекарственными препаратами, которые могут вызывать множество побочных эффектов.
Ученые обнаружили, что этот не представляющий опасности вирус способен увеличивать продолжительность жизни грызунов
Несмотря на перспективность методов прямого воздействия на гены, важно стремиться к балансу. Действительно, укорочение теломер и неактивность теломеразы способствуют быстрому старению, однако чрезмерная активность теломеразы повышает риск развития раковых опухолей. Поэтому ученые, изучающие омоложение и геронтологию, должны найти способ активировать теломеразный комплекс лишь на определенный период времени?
Испанские ученые из Национального центра изучения рака, руководимые Марией Бласко, достигли определенных результатов в этой области. Для проведения исследования были задействованы две группы мышей, различавшиеся по возрасту (одно- и двухлетнего возраста). Исследователи вводили им посредством инъекций ген обратной теломеразной транскриптазы TERT. В качестве средства доставки этого гена в геном организма использовался аденоассоциированный вирус (AAV).
AAV не является патогеном и не вызывает никаких симптомов заболевания, вызывая лишь незначительную иммунную реакцию. Более того, несмотря на то, что этот вирус интегрирует свои гены в геном клетки-хозяина, он делает это в строго определенном месте, а случайная интеграция происходит крайне редко.
На основании представленного изображения, данная терапия способствовала увеличению продолжительности жизни грызунов: у однолетних мышей на 24%, а у двухлетних – на 13%. Хотя эти результаты не столь существенны, как данные, полученные Бартке и Спиндлером, они все же имеют значение. Кроме того, исследования Бласко показали, что у мышей, которым вводили AAV, не было отмечено увеличение онкогенной активности теломеразы по сравнению с контрольной группой.
В ходе другого многообещающего исследования ученым удалось «модифицировать» теломеры, не вызывая при этом повышенной онкогенной активности у мышей. Испанские исследователи разработали методику, позволяющую удлинять теломеры у грызунов. Авторы исследования отметили, что максимальная активность теломеразы характерна для стволовых клеток на ранних этапах развития, после чего она постепенно уменьшается. Отбирая стволовые клетки из зародышей для культивирования и препятствуя их дифференцировке, биологи добились удлинения теломер в этих клетках в два раза по сравнению с теломерами у обычных здоровых мышей.
Вводимые в зародыши обычных мышей «суперклетки» привели к формированию химерных грызунов. В плаценте и зародышевых оболочках этих животных присутствовали клетки с укороченными теломерами, в то время как остальной организм мыши состоял из клеток с удлиненными за счет хвостовых последовательностей хромосомами. Дальнейшие исследования выявили, что у мышей-химер длина теломер во всех возрастах была как минимум на четверть больше, чем у немодифицированных особей того же возраста. При этом теломераза оставалась неактивной в соматических клетках.
Эти мыши-химеры отличались более стройным телосложением по сравнению с обычными мышами, а в их крови наблюдалось значительно меньшее содержание липопротеинов низкой плотности, часто называемых «плохим» холестерином. Кроме того, продолжительность жизни модифицированных мышей была выше: средний показатель увеличился на 13%, а максимальный – на 8% по сравнению с контрольной группой. Также у них отмечалось более низкое заболеваемость раком по сравнению с животными из контрольной группы!
Важный биохимический маркер – соматомедин
Теломераза – не единственная цель для генетической терапии, направленной на воздействие на процессы старения. В качестве альтернативного варианта рассматривается гормон роста, или соматотропин. Это предположение возникло в связи с обнаружением связи между определенным уровнем данного гормона в организме и максимальной продолжительностью жизни. Отклонение от этого уровня как в большую, так и в меньшую сторону увеличивает вероятность смертельного исхода.
Исследования продемонстрировали, что более эффективно воздействовать не на соматотропин напрямую, а на один из его посредников – инсулиноподобный фактор роста-1, также известный как соматомедин. Данное вещество продуцируется печенью в ответ на активацию соматотропиновых рецепторов этого органа и оказывает влияние на секрецию соматотропина и соматостатина.
Согласно исследованиям, проведенным в 2012 году учеными из Гетеборгского университета, оптимальный уровень соматомедина, который связан с минимальным риском смертности, находится в пределах 105-125 мг/мл. Похожие результаты были получены американскими исследователями в 2014 году. Их работа выявила, что у людей в возрасте 50-65 лет минимальный риск смерти от всех причин наблюдался при аналогичном уровне ИФР-1.
Прямое воздействие на концентрацию медиатора в крови затруднено, поэтому в качестве ключевой цели был выбран ген рецепторов гормона роста. В 2016-2017 годах технология GHRKO (частичный нокаут генов гормона роста) была протестирована на мышах; результаты экспериментов продемонстрировали, что продолжительность жизни GHRKO-мышей приблизительно на треть превышает продолжительность жизни мышей дикого типа. Похожие результаты были получены при изучении грызунов, которым проводилась специальная диета для снижения уровня соматомедина.
Еще один значимый биохимический компонент, способный продлить жизнь, – фактор роста фибробластов FGF-21. Данная молекула способствует усилению поглощения глюкозы клетками жировой ткани, адипоцитами. Синтез FGF-21 активируется при дефиците питательных веществ, что помогает организму адаптироваться к голоданию. Кроме того, FGF-21 подавляет действие гормона роста, уменьшая уровень соматомедина.
Ну а что там у людей?
Действительно, мы постоянно говорим о мышах, но что насчет увеличения продолжительности жизни и отсрочки старения у людей? Неужели не достигнуто никаких результатов? Особенно учитывая, что ведущие мировые организации, занимающиеся изучением борьбы со старением, ежегодно тратят десятки миллионов долларов.
Несмотря на то, что методики, демонстрирующие эффективность у мышей и других организмов с коротким жизненным циклом (например, у червей или мух), оказываются неэффективными при использовании на приматах, существуют значительные исследования, проведенные в США в конце 1980-х годов. В рамках этих работ исследователи изучали воздействие снижения потребления калорий на 30% на продолжительность жизни макак-резусов.
В 2017 году результаты этих двух исследований были обобщены в обзорной статье, опубликованной в журнале Nature. Статья под названием «Ограничение калорий улучшило здоровье и выживаемость макак-резусов» показала, что положительный эффект ограничен всего пятью процентами.
Теломераза также заслуживает внимания. Вероятно, наиболее известным экспериментом, связанным с ней, является опыт, проведенный американкой Элизабет Пэрриш… непосредственно на себе. В 2015 году Пэрриш внедрила в свой организм два вирусных вектора на основе AAV: первый содержал ген теломеразы TERT, а второй – ген фоллистатина, вещества, стимулирующего рост мышц и подавляющего действие миостатина. Ранее фоллистатин уже успешно применяли для лечения людей с мышечной дистрофией. Результаты исследований, проведенных группой Бласко на мышах, послужили вдохновением для подобного эксперимента Пэрриш.
Первые результаты эксперимента были обнародованы всего через год. В то время многие СМИ по всему миру сообщили о сенсационных заголовках, утверждавших о «20-летнем омоложении» женщины. Почему именно 20? Анализ хромосом, проведенный Пэрриш, показал, что теломеры в ее лимфоцитах удлинились в среднем с 6710 пар оснований до 7330 пар. Учитывая, что в клетках иммунной системы теломерные последовательности укорачиваются примерно на 30 пар в год, то и получается эти самые условные 20 лет – хотя подобную экстраполяцию на весь организм в целом, разумеется, не стоит делать.
Удлинение теломер составило лишь 9% в процентном выражении. Следует отметить, что при использовании количественной ПЦР для измерения длины хромосомных последовательностей нормальная погрешность может составлять 8–10%. Это сразу же вызвало сомнения в отношении исследования Пэрриш. Однако исследователь подчеркнула, что результаты измерений были подтверждены в двух независимых лабораториях.
Через год Пэрриш обнародовала пресс-релиз, в котором представила результаты генной терапии. В документе были, в частности, опубликованы снимки МРТ ее бедер. Согласно представленной информации, сопоставление изображений, полученных в 2015 и 2017 годах, указывало на уменьшение мраморности мышц – снижения количества жировых отложений в мышечной ткани. Потенциально, это могло свидетельствовать о положительном воздействии терапии фоллистатином. Тем не менее, и в данном случае у ряда экспертов возникли обоснованные сомнения в достоверности представленных данных.
Сначала между снимками прошло два года, и вполне возможно, что различия в изображениях связаны с использованием более совершенного оборудования у исследовательницы. Кроме того, заметно отличается расстояние между ногами на срезах. Не исключено, что женщина просто изменила положение ног, особенно если вспомнить, как проводилась процедура в прошлый раз.
Хейфлик, Шостак и Оловников не в восторге
Фактически, эксперимент Пэрриш сложно назвать научным: его результаты основаны лишь на личных впечатлениях одного человека и измерениях, которые не соответствуют критериям экспериментальных данных. Такой подход, разумеется, не выдерживает никакой научной стандартизации. Тем не менее, это весьма специфическая тема, и игнорировать подобный случай сложно.
Патриархи генетики высказывают критические оценки в отношении Пэрриш. Джек Шостак, один из основоположников исследований теломеразы и лауреат Нобелевской премии за вклад в понимание механизмов защиты хромосом, назвал ее подход не соответствующим научным принципам и сравнил ее с человеком, стремящимся ввести в заблуждение людей и получить от них финансовую выгоду с помощью непроверенного, потенциально опасного лекарственного средства.
Леонард Хейфлик, чьи исследования стали отправной точкой в изучении клеточного старения и теломер, также не разделяет оптимизма. Этот первопроходец в области изучения предела клеточных делений не делает категоричных заявлений, однако не питает больших надежд на успешное омоложение. «Люди на протяжении всей истории пытаются замедлить старение, но безуспешно, – с сожалением отмечает Хейфлик. – К тому же, у нас нет возможности оценить результаты. Веками люди полагают, что их знаний в области биологии достаточно для борьбы со старением. Однако, поскольку этот процесс обусловлен вторым законом термодинамики, шансы на успешное вмешательство крайне малы. Все во Вселенной подвержено старению».
Алексей Оловников, предложивший идею о существовании теломеразы, выразил свое мнение об американке весьма необычным образом. В интервью для «Кота Шредингера» ученый признался, что восхищен смелостью Элизабет, и выделил два аспекта ее действий: «отвагу и стремление продвинуть свою компанию». Сразу сложно определить, является ли это иронией или искренним восхищением.
Обещания Уильяма Эндрюса
До настоящего момента Элизабет Пэрриш по-прежнему остается единственным клиентом стартапа BioViva, опробовавшим их продукцию. Никаких сведений о клинических испытаниях продукта, будь то позитивных или негативных результатов, а также информации о новых клиентах в открытых источниках не обнаружено. Решившая самостоятельно проводить омоложение, она остается уникальной в своем роде.
Несмотря на это, у BioViva уже появился первый серьезный конкурент – компания Libella Gene Therapeutics. Представители этой компании также планируют вводить пациентам вирусные векторы с геном теломеразы. Первые клиенты фирмы фактически станут участниками первого клинического испытания разработанной продукции. Ранее, осенью 2019 года, представитель компании заявлял о наличии двух потенциальных покупателей, которые должны были получить инъекции в начале текущего года. Для получения терапии от Libella Gene Therapeutics требуется значительный капитал или наличие спонсора, поскольку стоимость лечения составляет миллион долларов. Представитель фирмы, Джефф Матис, утверждал, что 79-летний мужчина и 90-летняя женщина уже оплатили данную процедуру. Однако с декабря прошлого года от компании не поступало никаких обновлений; при этом ее веб-сайт продолжает функционировать, и пока никто не предъявил претензий по поводу оплаты. Возможно, все договоренности остаются в силе, и как только пандемия коронавируса закончится, эксперименты будут продолжены.
Существуют определенные основания для сомнений, и ключевым фактором здесь является основатель компании и ее ведущий научный сотрудник, Уильям Эндрюс. Этот уважаемый мужчина, всегда появляющийся в очках и с галстуком, уже не раз не смог выполнить громкие обещания. Например, в 2017 году Эндрюс заявлял о начале испытаний теломеразы для технологий омоложения (что, как мы уже знаем, не произошло). А годом ранее, работая в другой организации, Уильям говорил о планах по созданию клиники омоложения на Фиджи. Примечательно, что той организацией была BioViva.
Второй причиной является стоимость терапии. Поскольку потенциальные участники клинических исследований рассматриваются как клиенты и обязаны оплачивать процедуры самостоятельно, финансирование разработок компании от спонсоров найти не удалось. Это вполне объяснимо: существенных результатов, как на животных, так и на людях, пока не получено, и вообще не ясно, стоит ли продолжать работу над векторами с геном TERT. Выложить миллион долларов вряд ли по карман многим, поэтому их количество в любом случае окажется недостаточным для получения конкретных и статистически значимых результатов. Снимки МРТ бедер – это, безусловно, интересно, но, к сожалению, они не подтверждают эффективность терапии.
Биопираты и научные Робин Гуды
Если стоимость является основным сдерживающим фактором для препарата, существует ли возможность его удешевления? При этом важно учитывать не только эффективность, но и возможность проведения достаточного объема исследований. Даже если они продемонстрируют отсутствие пользы от разработанного лекарства, в ходе их проведения могут быть определены направления для дальнейшей работы.
Биохакеры, возглавляемые Габриэлем Лисиной, занимаются решением этой задачи. Однако их интересует не омоложение, а генетическая терапия в целом. Так, в прошлом году Лисина и его соратники разработали неофициальную версию лекарственного средства для устранения дефицита протеинлипазы. Это крайне редкое генетическое заболевание, характеризующееся неспособностью организма расщеплять сложные жиры, что приводит к их накоплению в крови, органах и подкожном жире. Лечение дефицита протеинлипазы возможно с помощью строгой диеты и дополнительных ограничений – или путем изменения генетического кода».
В большинстве случаев (хотя это и сложно применимо к редким заболеваниям) дефицит протеинлипазы лечат с помощью Glybera – первого в истории метода генной терапии, получившего одобрение для использования в медицинских учреждениях ЕС и США. Стоимость одной инъекции Glybera сопоставима с ценой препарата от Libella Gene Therapeutics и составляет один миллион долларов. Разработчики из Lysin создали аналогичный препарат под названием Slybera (название включает в себя отсылку к английскому слову «sly», что переводится как «хитрый»). При этом стоимость Slybera составляет всего семь тысяч долларов. Разница между ними почти в 143 раза!
Теоретически, методика, которую Лисина использовала при разработке Slybera, может быть адаптирована и для препарата теломеразы. Slybera был создан с использованием вирусного вектора, что соответствует ранее описанной нами схеме. Последовательность гена – будь то ген протеинлипазы или ген теломеразы – доступна в открытых базах данных. Биохакеры использовали последовательность здорового гена, взятую из научных публикаций, которые были доступны во время разработки Glybera, и заказали ее синтез в коммерческой лаборатории, специализирующейся на создании ДНК на заказ. В результате получилась кольцевая молекула ДНК, содержащая необходимый ген, которую авторы проекта предлагают использовать в качестве альтернативного лекарственного средства.
Мы уже отмечали преимущество данного подхода: стоимость нелицензионной версии лекарственного средства существенно ниже, чем у оригинального продукта. Тем не менее, его недостатки могут оказаться более существенными. В частности, молекула ДНК будет хуже проникать в клетки, а гены, которые она несет, будут демонстрировать меньшую активность. К тому же, более доступный по цене препарат не всегда является выгодным: даже сумма в семь тысяч рублей может быть неподъемной для многих людей, нуждающихся в генной терапии.
Ключевым фактором является не размер, а скорость, применимо и к теломерам
В последнее время появляется всё больше исследований, указывающих на то, что длина теломер не является самостоятельным фактором, определяющим продолжительность жизни. Одна из таких работ была опубликована в августе прошлого года в журнале Aging Cell. Исследователи изучили длину теломерных последовательностей у 379 758 человек, используя данные из UK Biobank. Около 261 000 участников исследования были старше 60 лет на момент завершения работы.
В течение 7,5 лет исследователи изучали взаимосвязь между генетически обусловленной длиной теломер и последствиями для здоровья, связанными со старением. В результате работы было выявлено 13 генетических вариантов, влияющих на большую длину теломер в периферических лейкоцитах. Установлено, что более длинные теломерные последовательности ассоциируются со снижением риска ишемической болезни сердца. Однако, риск развития раковых опухолей при этом значительно увеличивался – что, впрочем, ожидаемо.
Ученые не выявили существенной зависимости между продолжительностью жизни и длиной теломер. Таким образом, более длинные теломеры по сравнению с нормой могут снизить риск развития сердечно-сосудистых заболеваний, но повысить вероятность заболевания раком. Продолжительность жизни, вероятно, определяется другими факторами.
Тем не менее, существует как минимум один значимый параметр – теломеры, который напрямую влияет на продолжительность жизни. Это скорость укорочения концевых участков хромосом. Согласно исследованию испанских ученых, результаты которого были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, данный показатель позволяет точнее прогнозировать продолжительность жизни, чем абсолютная длина теломер, изменения сердечного ритма или масса тела.
В ходе данного исследования ученые оценили скорость укорочения концевых участков хромосом у представителей девяти видов животных: домашней козы, домовой мыши, дельфина-афалины, красного фламинго, суматранского слона, белоголового сипа, чайки Одуэна, северного оленя и человека. Исследователи проанализировали взаимосвязь между скоростью сокращения теломер в одноядерных клетках крови этих видов и продолжительностью их жизни, массой тела, а также интенсивностью метаболизма, которая определялась на основе частоты сердечных сокращений).
В нашем предыдущем исследовании мы также обнаружили, что отклонения длины теломер от средних значений, характерных для данного вида, не влияют на продолжительность жизни животного. Вместе с тем, скорость сокращения теломер достаточно точно предсказывает этот показатель. По мнению авторов, это подтверждает гипотезу о том, что продолжительность жизни определяется моментом, когда теломеры укорачиваются до критического уровня, приводящего к потере важной генетической информации.
Новый объект интереса
В настоящее время фокус внимания геронтологов меняется: от изучения теломеразы и поиска способов продления жизни к другим биологическим процессам и маркерам. Если не удастся достоверно увеличить продолжительность жизни человека до 100, 120 или 150 лет, вероятно, существуют методы для повышения качества жизни в пожилые годы, даже если общая продолжительность жизни составит «всего» 80 лет.
Все чаще последние годы жизни становятся периодом страданий. С возрастом возрастает риск развития сердечно-сосудистых, метаболических, аутоиммунных, онкологических и дегенеративных заболеваний. Безусловно, многие ученые стремились найти способы предотвратить этот процесс. Однако долгое время причины возникновения этого комплекса оставались невыясненными.
Системное хроническое воспаление, которое развивается с возрастом, считается основной причиной развития группы возрастных заболеваний. Среди возможных факторов, вызывающих хроническое воспаление, наибольшее научное обоснование получила теория, связывающая его с сенолитическими (стареющими) клетками. Важным достижением в этой области стало исследование, проведенное в 2011 году командой Джеймса Киркланда и Яна ван Дурсена из Майо-клиники, которое показало, что удаление клеток, экспрессирующих один из маркеров стареющих клеток – белок p16, участвующий в регуляции клеточного цикла, – приводит к частичному омоложению у мышей.
Дальнейшие исследования подтвердили, что сенесцентные клетки играют ключевую роль в процессе старения. Это определило четкое направление в разработке препаратов, направленных на борьбу со старением – «сенолитиков», которые способны избирательно удалять из организма СК, считающиеся источником возрастных изменений».
Более глубокое исследование проблемы «сенолитиков» выявило, что, хотя все СК имеют маркер р16, не все клетки, экспрессирующие этот белок на своей мембране, являются сенесцентными. Значительную часть из них составляют макрофаги – иммунные клетки, выполняющие функцию удаления сенесцентных клеток из организма. Исходя из этого, можно сделать вывод, что с возрастом происходит не только увеличение количества СК, но и снижение эффективности иммунной системы, которая в молодом возрасте способна самостоятельно удалять СК и предотвращать воспаление.
Обнаружение того, что некоторые клетки, ранее идентифицированные как СК, на самом деле являются макрофагами, не опровергает теорию «хронического воспаления» и не снижает значимости полученных ранее результатов. Эти данные позволили уточнить стратегию разработки препаратов против старения, сфокусировавшись на более четко определенной мишени и углубив понимание процессов, протекающих в стареющем организме.
Рассмотрение хронического воспаления как ключевой связи между болезнями, связанными с возрастом, стало важным шагом в разработке лекарств, замедляющих старение. Впервые в истории геронтологии большинство экспертов, представляющих различные области науки о старении, пришли к единому мнению. Эта идея имеет огромное значение, поскольку она позволяет не только определить общую причину возрастных заболеваний, но и выделить потенциальную мишень для терапевтического воздействия – клетки, накапливающиеся с возрастом.
Полезные уроки
Недавно теломеры рассматривались как ключевой фактор увеличения продолжительности жизни. Однако сегодня, похоже, мы наблюдаем замедление интереса к этому направлению: большинство возможностей, которые предлагал «фермент бессмертия», уже реализованы. По всей видимости, теломераза не является ключом к долголетию; она позволяет нам определить пределы наших возможностей и понять, что продолжительность жизни ограничена балансом между преждевременным старением и неконтролируемым ростом опухолей.
В настоящее время исследователи все больше внимания уделяют альтернативным методам борьбы со старением и увеличения продолжительности жизни. Сенесцентные клетки, различные диетические подходы и медицинские препараты – эти пока недостаточно изученные способы могут потенциально добавить человеку значительное количество лет. Что произойдет с теломерами? Возможно, на определенный период времени они утратят статус надежды для человечества и станут объектом для экспериментов ученых: это, безусловно, необычно, но в определенной степени может быть даже полезно.
Сокращение спекуляций позволит ей вновь стать значимым компонентом для биологических, биохимических и генетических исследований. Чтение раздела, посвященного механике работы, оказалось непростым (и, будем честными, не всегда увлекательным) для тех, кто дочитал статью до конца. Области, чрезмерно подогретые всеобщим вниманием, иногда нуждаются в передышке, чтобы из объекта надежд и мошеннических схем вернуться в сферу фундаментальной науки. Разумеется, досадно, если путь к бессмертию окажется бесперспективным. Однако, опыт работы с теломеразой позволяет извлечь ценные уроки. Вероятно, через год или даже через десятилетие, новое открытие в области хромосомной генетики произведет фурор в научном сообществе и возродит интерес к теломерам и их свойствам. Но в настоящий момент, поиск средств от старения представляется более продуктивным в других направлениях.