Измерение длины теломер (генетическая диагностика клеточного старения)

Теломеры – это концевые участки хромосом, защищающие ДНК в процессе деления клетки. Теломеры укорачиваются с каждым делением, пока не наступает момент неспособности клетки к делению. С возрастом длина теломер уменьшается, что является причиной клеточного старения. Исследование длины теломер позволяет определить биологический возраст пациента.

Теломеры состоят из тандемных нуклеотидных повторов (TTAGGG), образующих комплекс с белками. Они выполняют несколько функций. Во-первых, препятствуют деградации и слиянию хромосом, поддерживая целостность генома клетки. Во-вторых, участвуют в прикреплении хромосом к компонентам ядерного матрикса, поддерживая структуру клеточного ядра. В-третьих, решают проблему неполной репликации концевых участков ДНК, которая возникает в S-фазе клеточного цикла.

После каждого деления клетки происходит укорочение хромосом, в среднем, на 50-60 нуклеотидов. Но так как это укорочение происходит за счет потерь теломерных повторов, количества которых хватает на несколько десятков делений, не происходит потери важной генетической информации, поэтому теломеры являются критически важными в поддержании и жизнеспособности клетки.

В 1961 году профессор Л. Хейфлик обнаружил, что клетки человека делятся ограниченное число раз и гибнут приблизительно после 50 делений. Порог в 50 делений назвали пределом Хейфлика. Именно теломеры «отмеряли», сколько раз могла делиться клетка. Когда после определенного числа делений теломеры исчезают совсем, клетка запускает программу апоптоза.

Помимо механизма укорочения теломер, в клетке есть и механизм восстановления их длины, который обеспечивается специальным ферментом – теломеразой, постоянная активность которой обнаружена в стволовых недифференцированных клетках и во многих типах раковых клеток. В специализированных клетках теломераза не активна, поэтому после ограниченного числа делений они подвергаются апоптозу.

Известно, что средняя длина теломер снижена при ряде наследственных заболеваний, таких как врожденный дискератоз, прогерия, атаксия-телеангиэктазия и некоторые другие. Эти наследственные синдромы являются редкими, связаны с мутациями компонентов теломеразы, белков shelterin–комплекса или системы репарации ДНК. Они манифестируют рано и поэтому рассматриваются как болезни, связанные с преждевременным старением клеток.

Отклонения длины теломер от нормальной наблюдаются при многих патологических состояниях: возрастных дегенеративных болезнях, сахарном диабете, сердечно-сосудистых заболеваниях. Большое количество исследований посвящено изучению роли теломер в канцерогенезе. Предполагается, что значительное укорочение длины теломер приводит к геномной нестабильности и образованию хромосомных поломок, которые нередко обнаруживаются при различных онкологических заболеваниях.

Теломерам отводится также особое место в патогенезе иммуноопосредованных заболеваний. Основная роль клеток иммунной системы заключается в развитии иммунного ответа с целью удаления причинно-значимого антигена. При аутоиммунных и аллергических заболеваниях иммунный ответ направлен на аутоантигены или аллергены, которые не могут быть элиминированы. Это вызывает постоянную пролиферацию клеток иммунной системы, что приводит к их преждевременному старению, связанному с укорочением теломер. Такие изменения могут сопровождаться снижением антиген-распознающего репертуара Т-лимфоцитов и их повышенным апоптозом.

В многочисленных исследованиях было показано, что укорочение теломер может быть существенно ускорено под воздействием целого ряда факторов, таких как режим питания, стресс, курение, ожирение и др. У женщин теломеры длиннее, чем у мужчин, а у курильщиков короче, чем у тех, кто занимается спортом.

Измерение длины теломер позволяет оценить процесс клеточного старения и определить соответствие или несоответствие размера теломер биологическому возрасту.

Референсные значения: длина теломер (килобаз на одной хромосоме)

• Биологический возраст, соответствующий 25-30 лет: 9,8 - 11
• Биологический возраст, соответствующий 30-35 лет: 9,4 - 9,8
• Биологический возраст, соответствующий 35-40 лет: 9 - 9,4
• Биологический возраст, соответствующий 40-45 лет: 8,7 - 9
• Биологический возраст, соответствующий 45-50 лет: 8,3 - 8,7
• Биологический возраст, соответствующий 50-55 лет: 8 - 8,3
• Биологический возраст, соответствующий 55-60 лет: 7,5 - 8
• Биологический возраст, соответствующий 60-70 лет: 7 - 7,5
• Биологический возраст, соответствующий 70-85 лет: 6,5 - 7
• Биологический возраст, соответствующий более 85 лет: 5 - 6,5

Интерпретация результата:

• Размер теломер соответствует биологическому возрасту

• Размер теломер не соответствует биологическому возрасту