Почему мы умираем: Передовая наука о старении и поиск бессмертия - Венки Рамакришнан

своих опытов в подробнейшей 37-страничной статье и отправили ее в тот же журнал, в котором опубликовал свои первоначальные выводы Каррель. Возможно, потому, что статья противоречила господствующей догме или просто редактор был коллегой Карреля и скорее доверял ему, а не каким-то неизвестным молодым исследователям, в журнале статью отклонили, и в итоге она была опубликована в Experimental Cell Research в 1961 г. Сейчас она считается классической работой[106] в данной области. Максимально возможное число делений для различных видов соматических клеток сегодня называется пределом Хейфлика.

Как мог Каррель допустить такую ошибку? Одно из объяснений, предложенное самим Хейфликом, состоит в том, что французский коллега, возможно непреднамеренно, вводил в культуру новые клетки всякий раз, когда подливал питательный бульон, в котором они росли. Некоторые ученые предполагали даже[107], что новые клетки вносились намеренно, хотя это следовало бы рассматривать как вопиющее нарушение правил научного эксперимента или прямой обман.

У меня закрадывается подозрение, что к тому времени, как Каррель начал работать с клеточными культурами, мысли о славе и могуществе уже вскружили ему голову и он не слишком добросовестно и критически подошел к своим исследованиям. Такое отношение проявлялось у него и в других ситуациях. В 1935 г. он опубликовал книгу под названием «Человек неизвестный» (L'Homme, cet inconnu), в которой рекомендовал стерилизовать «бесполезных людей», а преступников и душевно больных отправлять в газовые камеры, и заодно высказался о превосходстве северных народов над южноевропейскими. В предисловии к немецкому изданию книги (1936) автор одобрительно высказывался о нацистском правительстве Адольфа Гитлера и его евгенической программе. Учитывая авторитет Карреля[108], нельзя исключать, что нацисты использовали его высказывания в качестве одного из оправданий своей деятельности. Недавно Рокфеллеровский университет внес изменения в текст памятной мемориальной таблички в честь Карреля, отразив в ней и эти его взгляды.

Известный биолог Тития де Ланге[109], в настоящее время работающая в том же Рокфеллеровском университете, предложила более простое объяснение выводам Карреля: в соседней лаборатории велись исследования злокачественных опухолей у домашних кур и куриные раковые клетки могли каким-то образом заразить культуры Карреля. Раковые клетки представляют собой исключение из правила Хейфлика: они не перестают размножаться после определенного числа делений, и именно из-за их бесконтрольного роста рак столь разрушителен для организма.

Почему же раковые клетки не прекращают делиться – в отличие от нормальных, которые изучал Хейфлик? И как клетка может сосчитать, сколько раз она уже делилась, и понять, что пора остановиться?

При делении клетки каждая молекула ДНК в наших хромосомах должна быть скопирована. В отличие от генома бактерий, представленного одной кольцевой молекулой ДНК, в каждой из наших 46 хромосом ДНК линейная. Каждая нить двойной спирали ДНК имеет направление, подобно стреле, – и направлены они в противоположные стороны. Сложный механизм, копирующий каждую молекулу ДНК, использует обе нити в качестве инструкций для создания противоположной, или комплементарной, нити, но считывать он умеет только в одном направлении. В начале 1970-х гг. прославленный исследователь ДНК Джеймс Уотсон и русский молекулярный биолог Алексей Оловников приблизительно в одно и то же время обнаружили, что способ, которым клетка копирует ДНК, вероятно, создает определенные проблемы на концах молекулы.

В один прекрасный день в Москве Оловников стоял на железнодорожной платформе, глубоко погруженный в размышления об этой проблеме. Он представил, что поезд, стоящий у перрона, – это молекула ДНК-полимеразы – фермента, копирующего ДНК, а железнодорожные пути – сама ДНК, которую предстоит копировать. Ученый понял, что поезд[110] сможет копировать рельсовый путь, лежащий впереди, но не ту его часть, которая лежит непосредственно под ним. И поскольку поезд может двигаться лишь в одном направлении, то, даже если он начнет движение с самого начала полотна, всегда останется часть пути под ним, которую невозможно скопировать. Из-за невозможности скопировать самый конец нити ДНК каждая новая копия нити будет чуть короче оригинала. С каждым делением клетки хромосомы будут укорачиваться, и настанет момент, когда они растеряют критически важные гены и не смогут больше делиться, достигнув таким образом предела Хейфлика. Проблема репликации конца молекулы ДНК, как ее называют, могла бы объяснить – по крайней мере, в принципе, – почему клетки перестают делиться, однако в реальности ответ на этот вопрос, как мы сейчас увидим, значительно сложнее.

БЕЗ ОТВЕТА ОСТАВАЛАСЬ И ДРУГАЯ ЗАГАДКА. Почему клетка не воспринимает концы хромосом как места разрывов в ДНК и не пытается их сращивать? Почему она не реагирует на них как на повреждение ДНК?

В 1930–1940-е гг., примерно в то же время, когда Герман Мёллер исследовал, как рентгеновские лучи повреждают хромосомы, молодой биолог Барбара Макклинток занималась изучением генетики кукурузы. И в какой-то момент открыла[111] явление «прыгающего гена» – ситуацию, когда ген перескакивает со своего места в ДНК на совершенно другое место в той же хромосоме или даже на совершенно другую хромосому.

Еще в 1930-е гг. и Мёллер, и Макклинток независимо друг от друга обнаружили, что у концов хромосом есть свои особенности. В отличие от концов разорванных хромосом, которые нередко склеивались, у целых концы друг с другом не соединялись. Мёллер назвал концевые участки хромосом теломерами. И он, и Макклинток предположили, что у теломер есть особое свойство, которое не позволяет клетке принимать их за разрывы в ДНК и склеивать между собой. Это дает возможность хромосомам сохраняться как отдельным единицам в клетке и не соединяться в случайном порядке. Так какое же свойство делает теломеры такими особенными?

Элизабет Блэкберн выросла в городке Лонсестон на северном побережье острова Тасмания, в семье, где было восемь детей и целый зверинец из самых разных домашних животных. Элизабет заинтересовалась наукой и поступила в Мельбурнский университет, чтобы изучать биохимию. Там ей посчастливилось лично познакомиться с Фредом Сенгером, знаменитым биохимиком, приехавшим из Англии. В то время женщин-ученых в молекулярной биологии было крайне мало, и Блэкберн, вдохновленная этой встречей, отправилась в Кембридж к Сенгеру, чтобы продолжить работу над диссертацией в его лаборатории. Момент оказался как нельзя более подходящим, так как Сенгер только что разработал метод секвенирования ДНК. В Кембридже в жизни Элизабет произошло еще одно счастливое событие – знакомство с будущим мужем, американцем Джоном Сидетом, вскоре получившим должность в Йельском университете[112]. В итоге Элизабет решила продолжить исследовательскую работу в Йеле, в лаборатории Джозефа Галла.

Галл, известный цитолог, интересовался структурой хромосомы, а Блекберн, работавшая с Сенгером, умела секвенировать геном. Объединив усилия, они применили свои знания и опыт для определения последовательности ДНК, прежде всего – в теломерах хромосом. В каждой клетке человека содержится лишь 92 теломеры: по две на каждую из 46 хромосом. Исследователи сочли, что этого материала недостаточно. Они приняли мудрое решение, выбрав для изучения одноклеточный организм – инфузорию тетрахимену (Tetrahymena), – у которого на одном из этапов жизненного цикла насчитывается до 10 000 небольших хромосом. Блекберн и Галл обнаружили, что последовательность ДНК в теломерах каждой из этих хромосом отличается не только от всей остальной хромосомы, но вообще от всего, что они когда-либо прежде видели. Нуклеотидная последовательность TTGGGG[113] (или комплементарная CCCCAA на второй нити) повторялась в теломерах каждой из хромосом от 20 до 70 раз.

Вскоре после того, как Блэкберн описала эти повторы, она познакомилась с Джеком Шостаком, который работал в Гарвардской медицинской школе и пытался внедрить искусственные хромосомы в клетки дрожжей. Замысел состоял в том, чтобы с помощью этих искусственных хромосом дополнить генотип дрожжей новыми генами, которые затем будут воспроизводиться вместе с собственными хромосомами дрожжей. Однако по какой-то причине новые хромосомы оказывались нестабильными. Клетки дрожжей воспринимали концы этих искусственных молекул ДНК как разрывы в результате повреждений и запускали ответную реакцию. Шостак и Блэкберн решили выяснить, что произойдет, если они поместят на конце искусственной хромосомы последовательность теломер из хромосомы тетрахимены. Это сработало как волшебная палочка[114]: модифицированные искусственные хромосомы теперь оставались стабильными. Затем Шостак взялся за секвенирование теломерной ДНК дрожжей и обнаружил в ней тот же повтор, что и у тетрахимены. Только вместо TTGGGG повторялась комбинация TG, или TGG, или TGGG. Сегодня мы знаем из дальнейших исследований, что у человека и других