Читаем Геном полностью

год жизни делает наше тело менее гибким и подвижным. Менее 50 циклов делений хватает для того, чтобы опло­дотворенная клетка превратилась в организм, и еще 100 циклов делений обеспечивают регенерацию кожи и орга­нов у взрослого человека в течение всей его жизни. Есть старая сказка о восточном императоре, который решил одарить ученого математика за услугу всем, что тот поже­лает. Математик попросил положить на первую клеточку шахматной доски одно зернышко риса, на вторую — два, на третью — четыре, на четвертую — восемь и т.д. Императору показалось, что он легко рассчитается с мудрецом, но для заполнения 64 клеток ему понадобилось бы около 20 мил­лионов миллионов миллионов миллионов зернышек риса. Несмотря на все богатства императора, задача оказалась не­выполнимой. Так же и с клетками тела человека. Яйцеклетка делится один раз, затем каждая дочерняя клетка делится опять и т.д. На 47-м цикле деления тело будет состоять бо­лее чем из 100 триллионов клеток. Поскольку многие клет­ки органов скоро прекращают делиться, для наполнения тела необходимым количеством клеток требуется около 50 циклов делений. Однако некоторые клетки продолжают делиться всю жизнь, обеспечивая регенерацию тканей и органов. В течение жизни человека такие клетки проходят более сотни циклов деления, но потом умирают. Сотни опе­раций копирования вымарывают «текст» генома. Но ведь мы только что сказали, что 50 млрд операций копирования за всю историю жизни на Земле не испортили «текст» са­мых первых генов. В чем же разница?

По крайней мере часть ответа на этот вопрос кроется в хромосоме 14 в виде гена ТЕР. Продуктом этого гена явля­ется белок, который входит в состав одной из самых удиви­тельных биохимических машин — теломеразы. Отсутствие теломеразы в клетках ведет к старению. Добавление тело­меразы делает некоторые клетки бессмертными.

История началась в 1972 году с подачи одного из перво­открывателей структуры ДНК — Джеймса Уотсона (James Watson). Уотсон заметил, что белковая машина копирова­ния ДНК, называемая полимеразой, не может начать счи­тывание ДНК с самого начала. Молекуле полимеразы сна­чала нужно прикрепиться к цепи ДНК, в результате какая- та часть нуклеотидов оказывается за активным центром полимеразы и не копируется. Каждый раз скопированный текст становится чуть короче оригинала. Представьте себе копировальную машину, которая обеспечивает иде­альное качество, но всегда начинает копирование текста со второй строки и заканчивает на предпоследней строке. Единственный способ справиться с такой ненормальной машиной — это заполнить первую и последнюю строки бес­смысленными повторами букв, которые не жалко потерять. Именно так и поступают хромосомы. Каждая хромосома представляет собой длинную страницу текста, который ко­пируется полимеразой полностью, за исключением самого начала и самого конца. Поэтому на своих концах хромосо­мы содержат бессмысленный текст более чем из тысячи по­второв «фразы» TTAGGG. Эти повторяющиеся фрагменты ДНК называются теломерами. Благодаря наличию теломер на концах хромосомы неуклюжесть полимеразы не приво­дит к потере жизненно важной информации. Как металли­ческий наконечник на конце шнурка, теломеры предохра­няют хромосому от изнашивания.

Но каждый раз после копирования хромосомы число те­ломер на концах уменьшается. После снятия сотни копий хромосома становится настолько короткой, что под угро­зой оказываются важные гены. В среднем теломерные кон­цы хромосомы уменьшаются на 31 «букву» в год, но в тканях с высокой скоростью деления концы хромосом «сгорают» значительно быстрее. Вот почему клетки стареют и умира­ют к определенному возрасту. Возможно, по этой же причи­не стареет и наше тело, хотя по данному вопросу между уче­ными продолжаются жаркие споры. К восьмидесяти годам на концах хромосом остается в среднем ⁵/₈ от числа тело- мер, которые были при роясдении (Slagboom P. Е., Droog S., Boomsma D. I. 1994. Genetic determination of telomere size in humans: a twin study of three age groups. American Journal of Human Genetics 55: 876-882).