ОНТОГЕНЕЗ, 2011, том 42, № 1, с. 62-66
== ХРОНИКА
УДК 576.312.6
ПОГОНЯ ЗА КЛЕТОЧНЫМ БЕССМЕРТИЕМ, ТЕЛОМЕРЫ, ТЕЛОМЕРАЗА И МЕРА ЗДОРОВЬЯ (размышления в связи с присуждением Алексею Матвеевичу Оловникову Демидовской премии в области биологии за 2009 год)
© 2011 г. Е. Е. Егоров, А. В. Зеленин
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН, 119991 Москва, ул. Вавилова, д. 32
E-mail: azel@eimb.ru Поступила в редакцию 15.07.10 г.
Присуждение А.М.Оловникову Демидовской премии — важное событие для отечественной биологической науки в целом и для журнала "Онтогенез", в частности.
Значение этого события для российской науки обусловлено широким признанием работы А.М. Оловникова мировым научным сообществом, значение для нашего журнала — тем, что он — многолетний член его Редакционной коллегии, своей активной работой способствующий успехам журнала.
Незаурядность разбираемого события связана также с тем, что оно в некоторой степени явилось "российским ответом" на присуждение Нобелевской премии группе американских ученых за достижения в исследовании теломер и теломеразы.
Это решение Нобелевского комитета широко обсуждалось в России в научных и совсем ненаучных кругах. Многие ученые высказывали недоумение по поводу того, что Оловников не оказался в числе лауреатов этой сверхпрестижной премии. В ненаучных или околонаучных кругах по этому поводу шутили, причем не всегда доброжелательно.
Вряд ли имеет смысл обсуждать мотивы и обоснованность решений Нобелевского комитета, хотя к этому вопросу мы еще вернемся. Следует рассмотреть суть работы Оловникова.
Согласно решению Демидовского комитета, премия Оловникову присуждена за цикл теоретических работ, в которых впервые в мире было предсказано укорочение хромосом при старении, описан эффект концевой недорепликации линейных молекул ДНК и, кроме того, предсказано существование теломеразы как фермента, компенсирующего укорочение теломер (концевых участков хромосом).
Если бросить ретроспективный взгляд на проведение этих исследований то, безусловно, можно выделить двух человек, вклад которых явно недооценен мировым научным сообществом. Это Леонард Хейфлик и Алексей Оловников.
Работа Хейфлика 1961 года (Hayflick, Moorhead, 1961) до сих пор одна из самых цитируемых в биологии. Она не только выявила до того неизвестный факт, но пробудила творческую энергию многих ученых в попытках объяснения, того, каким образом клетки подсчитывают свои деления. Хэйфлик, в результате многолетней работы, показал, что клетки человека делятся в культуре лишь ограниченное число раз, после чего сначала перестают делиться, а потом погибают. Хейфлику с большим трудом удалось опубликовать свои результаты. Рассказывая об истории своего открытия на совещании, посвященном теломерам и теломеразе ("Telomeres and telom-erase: implications for cell immortality, cancer and related diseases", Redwood City, CA, June 1—3, 1998) в Редвуд Сити в июне 1998 года Хейфлик упомянул о том, что когда его статья попала на рецензию к будущему Нобелевскому лауреату Пейтону Раусу (открывателю саркомы Рауса), тот отверг ее. В общественном мнении того времени господствовало убеждение, что в руках умелого исследователя клетки бессмертны, т.е. число их делений не ограничено. Оно было основано на непререкаемом авторитете Нобелевского лауреата Алексиса Карреля, который в начале двадцатого века убедил широкие массы исследователей в том, что клетки можно перевивать десятилетиями (Carrel, 1912).
Статья Хэйфлика получила большой общественный резонанс. Возникло и вошло в словари понятие "предел Хейфлика". Основную роль в процессе "заинтересовывания" широких масс сыграла не сама статья, а ее бесчисленные комментарии, упростившие предел числа репликативных событий до пресловутых 50-ти делений, будто бы свойственных клеткам человека, хотя непосредственно в статье были приведены многочисленные данные о количестве удвоений популяции клеток человека варьирующие от 30 до 70. Возникли теории старения, связанные с ограниченной способностью клеток делиться (Comfort, 1964). Было показано, что коли-
ПОГОНЯ ЗА КЛЕТОЧНЫМ БЕССМЕРТИЕМ, ТЕЛОМЕРЫ, ТЕЛОМЕРАЗА
63
чество делений клеток в культуре обратно коррелирует с возрастом донора клеток; клетки короткожи-вущих видов делятся в культуре меньшее число раз, чем долгоживущих и т.п.
После появления работ Хейфлика все клеточные культуры оказалось возможным разделить на две группы: с ограниченным пролиферативным потенциалом (смертные или мортальные) и бессмертные (иммортальные). К первой группе можно отнести клетки первичных культур человека, в вторую группу в основном составляют клетки перевиваемых опухолей. Однако оставался открытым вопрос, насколько такая классификация зависит от условий культивирования. Всегда можно было предположить, что какое-либо новое усовершенствование техники культивирования снимет ограничения про-лиферативного потенциала, и клетки мортальные станут иммортальными. Для окончательного подтверждения этой классификации требовался фактический материал, объясняющий механизмы ограничения пролиферативного потенциала.
Помимо установления факта ограничения про-лиферативного потенциала, опыты Хейфлика показали, что в ряде клеток (например, взятых из организма человека) существует некий счетчик, определяющий общее количество делений, отпущенных данной клетке. Однако природа этого счетчика оставалась непонятной.
Чрезвычайно важным этапом в процессе изучения закономерностей размножения клеток стала работа Оловникова, в кратком виде опубликованная на русском языке в 1971 года в Докладах Академии наук СССР (Оловников, 1971), а двумя годами позже в развернутом виде на английском языке в международном журнале теоретической биологии (Olovnikov, 1973), которую можно расценить как попытку молекулярного объяснения эффекта Хэй-флика. Оловников предложил принцип работы счетчика делений. Его поистине провидческая гипотеза основывалась на том обстоятельстве, что при матричном синтезе любого линейного полинуклео-тида (в частности хромосомы) каждая возникшая копия должна быть короче предыдущей, и что с этим связано ограничение количества клеточных делений, возможность которых исчерпывается тогда, когда достигается критическое укорочение молекулы ДНК. Почти одновременно с Оловниковым на феномен концевой недореплекации ДНК при ее удвоении обратил внимание Джеймс Уотсон (Watson, 1972), однако он не связал это явление с регуляцией пролиферации клеток. Вторым выдающимся предвидением Оловникова было предсказание существования специального фермента, удлиняющего концы хромосом в "бессмертных" (неограниченно пролиферирующих) клетках.
Исследования Блекборн, Грейдер и Шостака, которые удостоились Нобелевской премии, поначалу были разнонаправленными и объясняли различные феномены. Блекборн, изучая нуклеотидные последовательности на концах хромосом (в теломерах), предполагала, что эти странные теломерные последовательности, возможно, имеют какой-то особый механизм репликации, который и был открыт (при участии ее аспирантки Грейдер) в 1984 г. (Greider, Blackburn, 1985). Независимо от это Блекборн и Шо-стак нашли молекулярные подтверждения идей Меллера и МакКлинток 1938 г. (McClintock, 1938; Muller, 1938) о необходимости теломер для стабилизации хромосом (Szostak, Blackburn, 1982).
Но только в 1988 г., когда идея Оловникова соединилась с находками Блекборн-Грейдер, начался стремительный рывок в этом направлении науки. Сами Нобелевские лауреаты Блекборн и Грейдер так описывают эти события: "Мы не знали об идеях Оловникова до 1988 года, когда Кальвин Харли рассказал о них Грейдер. Заинтригованные, Грейдер, Харли и их коллеги решили выяснить, не происходит ли со временем укорочение хромосом в клетках человека" ("We were unaware of Olovnikov's ideas until 1988, when Calvin B. Harley, then at McMaster University, brought them to Greider's attention. Intrigued, Greider, Harley and their collaborators decided to see if chromosomes do get shorter in human cells over time") (Gre-ider, Blackburn, 1996).
Схематически хронология этих событий представлена на схеме (рис. 1).
Уже в следующем 1989 году теломераза была обнаружена в клетках человека (Morin, 1989) и было обнаружено изменение длины теломер человека в процессе развития (Cross et al., 1989). Через год было выявлено укорочение теломер при старении клеток (Harley et al., 1990) и в США, прежде всего, для изучения теломеразы, была создана корпорация Герон (Geron), объединившая многих первоклассных ученых. В 1994 г в корпорации был разработан чувствительный метод для детекции теломеразной активности (Kim et al., 1994) и, наконец, в 1998 г. было доказано, что индуцированная путем введения гена экспрессия теломеразы ведет к иммортализации клеток (Bodnar et al., 1998; Vaziri, Benchimol, 1998).
Необходимо отметить, что соматические клетки человека, в подавляющем большинстве лишены теломеразной активности. В результате генно-инженерного внедрения активного фермента теломеры клеток начинают удлиняться, и клетки обретают способность делиться в культуре неопределенно долго, многократно превосходя предел Хейфлика. Такие клетки получили название теломеризован-ных. Они имеют большой потенциал применения в
1961 Хейфлик
I
1971 Оловников
В пику всем (прежде всего Каррелю) показал, что в его руках клетки растут "плохо". Доказал существование счетчика делений
1938 Меллер + МакКлинток
Под влиянием Хейфлика придумал механизм работы счетчика ( маргинотомия) + специальный фермент
И
1972 Уотсон
Постановка проблемы недорепликации
1982 Шостак
1984
Блекборн
+ асп. Грейдер
\
Под влиянием Уотсона обнаружили странную активность
(терминальной (экзо) дезоксинуклеоти " дилтрансферазы) в клетках странного объекта (Тетрахимена)
1988 Харли
Под влиянием Блекборн доказал на молекулярном уровне идею Меллера и МакКлинток о том, что теломеры необходимы для стабилизации хромосом
Соединил идею Оловникова и открытие Блекборн + Грейдер
началась большая гонка за бессмертием, завершившаяся присуждением Нобелевской премии
Взаимосвязь открытий в области теломер и теломеразы.
биотехнологи
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.