Теломераза: решение проблемы сокращения теломер
Я продолжала размышлять над странным поведением теломер, их способностью увеличиваться в длину. Я решила, что нужно заняться поисками фермента, который, возможно, и создавал новые участки ДНК в теломерах, – фермента, который способен восстанавливать теломеры, после того как те сократились. Настало время закатать рукава и опять приступить к выращиванию колоний тетрахимен. Почему именно их? Потому что из них можно получить изрядное количество теломер для изучения. Я решила, что так смогу обнаружить и формирующий теломеры фермент, если, конечно, он вообще существует.
В 1983 году к этим исследованиям присоединилась аспирантка Кэрол Грейдер, начавшая работать вместе со мной в лаборатории. Мы принялись проводить новые эксперименты и совершенствовать их. В день Рождества 1984 года Кэрол сделала рентгеновский снимок (авторадиограф), на котором впервые были видны отчетливые признаки работы неизвестного фермента. Когда Кэрол вернулась домой, в порыве возбуждения она пустилась в пляс посреди гостиной. Назавтра она с трудом сдерживала ликование, когда протянула мне рентгеновский снимок, ожидая моей реакции. Мы переглянулись. Каждая из нас прекрасно осознавала, что означало полученное нами изображение: теломеры способны удлинять свою ДНК, захватывая впервые обнаруженный фермент, который мы решили назвать теломеразой. Теломераза создает в теломерах новые участки ДНК, используя в качестве образца существующие последовательности нуклеотидов.
Однако науку двигают не только отдельные моменты гениальных озарений. Мы должны были убедиться в достоверности полученных результатов. Недели сменялись месяцами – мы скрупулезно продолжали исследования. Нас то и дело охватывали приступы сомнений, вслед за которыми приходили всплески радостного волнения. Шаг за шагом мы отмели все возможные причины, по которым наблюдение, сделанное нами в конце 1984 года, могло оказаться ошибочным. Наконец родилось более глубокое понимание сущности теломеразы: это фермент, который отвечает за восполнение участков ДНК, потерянных во время деления клеток. Теломераза строит и восстанавливает теломеры.
Вот что мы узнали о работе теломеразы. Фермент состоит из белков и РНК – своего рода копии ДНК. Эта копия содержит шаблон последовательности ДНК, которая затем раз за разом будет повторяться в теломере. Теломераза использует этот шаблон РНК как встроенную биохимическую инструкцию для воссоздания правильной последовательности нуклеотидов в новой ДНК. Благодаря этому удается воспроизвести такую ДНК, которая притягивает к себе защитный слой белка, покрывающий теломеры. Итак, теломераза добавляет новые фрагменты ДНК на концах хромосом, руководствуясь шаблоном последовательности, взятым из РНК, а также присущим ДНК принципом объединения отдельных нуклеотидов в пары. В итоге добавляются точно подобранные последовательности нуклеотидов, которые повторяют уже существующие. За счет этого механизма теломераза достраивает окончания хромосом взамен утраченных участков.
Загадка удлиняющихся теломер была раскрыта. Теломераза восстанавливает теломеры, добавляя к ним участки теломерной ДНК. С каждым делением клетки ее теломеры постепенно укорачиваются, пока их длина не достигнет критического значения: это служит для клетки сигналом, и она прекращает делиться. Теломераза борется с сокращением теломер, достраивая ДНК и восстанавливая утраченные участки на концах хромосом после каждого деления клетки. Благодаря этому хромосомы остаются нетронутыми и новая клетка получает их точную копию. Таким образом, клетка может обновляться и далее. Теломераза способна замедлять, предотвращать и даже обращать вспять сокращение теломер, сопровождающее клеточное деление. В каком-то смысле теломераза умеет обновлять теломеры. Мы нашли способ обойти предел Хейфлика… И все благодаря тине из пруда!
