Клетки и их составные части

Первое, что мы сделаем, – это нанесем небольшой визит ядру клетки. Здесь – сначала в виде аккуратного ряда – находится вся наша генетическая информация, геном. Он состоит из 23 пар хромосом (23-ю пару у мужчин представляют X- и Y-хромосомы); сами хромосомы состоят из молекул ДНК, обернутых в белки (гистоны). Таким образом, каждая клетка хранит одинаковую наследственную информацию. Но как клетка узнает, за что она отвечает – за кожу или все-таки за сердце? Чтобы определить зону ответственности клетки, нужно вернуться к самому началу: примерно через 30 часов после оплодотворения яйцеклетка начинает делиться, при этом количество клеток удваивается с каждым делением. Из стволовых клеток образуется своего рода скопление клеток, и каждая развивается в определенный тип. Нейромедиаторы и место, в котором находится клетка, определяют начальную «специализацию», после чего наступает сложный процесс ее уточнения. Волосковая клетка[2] не возьмет на себя ответственность за поджелудочную железу, и связано это с тем, что в ДНК находится молекулярный переключатель, который может активировать и деактивировать определенные функции.

Это похоже на жесткий диск компьютера – он хранит множество программ, но запускаются только те, на которые мы кликнем. Таким образом, хотя все клетки организма имеют одинаковую ДНК, они выглядят по-разному и выполняют разные функции благодаря эпигеному, который запускает различные химические изменения (отщепление или перенос метильных или ацетильных групп) в ДНК и гистонах. Химические изменения влияют на то, будут считываться фрагменты генов или нет.

Связывание наших генов

В каждой клетке работают тысячи белков, функция которых заключается в создании новых клеток и исправлении ошибок, однако они также участвуют в метаболических процессах и функционировании иммунной системы. Эти белки являются молекулярными строительными материалами и в то же время заводами клеток. Они состоят из различных аминокислот, последовательность которых определяется в генетическом коде. В лабораторных условиях, при которых внешние раздражители деликатно отстраняются от участия, используется своего рода сканер, считывающий генетическую информацию и контролирующий выработку белков. Но в реальной жизни последовательность ДНК клетки может быть нарушена, искажена и даже полностью уничтожена. Происходит это под воздействием факторов окружающей среды, например солнца, радиоактивности, мелкодисперсной пыли, химических веществ и нездорового образа жизни. Иногда нарушения возникают спонтанно, просто потому, что в организме, как и в любой другой системе, случаются сбои, или потому, что свои злодеяния творят свободные радикалы. Эти промежуточные продукты нашего метаболизма (чуть позже рассмотрим эту тему подробнее) вступают в реакцию с ядром клетки и содержащейся в нем наследственной информацией, что наносит серьезный ущерб функции клетки и, следовательно, организму. Вместе с тем ухудшается работа обслуживающего наш геном «ремонтного сервиса», функции детоксикации определенных органов или иммунной системы. Повышается риск развития различных болезней, например болезней сердечно-сосудистой системы, воспалительных заболеваний опорно-двигательного аппарата и рака. Стресс, болезни или недостаток питательных микроэлементов в крови дополняют список факторов, препятствующих бесперебойной работе клеток и ускоряющих процесс старения.

Наши гены влияют на продолжительность жизни только на 30 %, остальное зависит от образа жизни. Мы не властны над той исходной «генной экипировкой», с которой приходим в мир, это уже привет от родителей! Все, что они нам передают, по большей части сформировано даже не их исходным геномом, а их образом жизни. Так что на будущих родителях лежит довольно большая ответственность, особенно на отцах! Сперматозоид как генетический материал оптимален только в том случае, если папа заботится о своем здоровье не ante portas[3], а с раннего возраста. Если же он годами не отказывает себе ни в каких удовольствиях и превращается в аскетичного будущего отца, лишь узнав о беременности, в этом случае, увы, песенка давно спета. Так что будьте внимательны при выборе партнера. От родителей мы можем унаследовать то, что называется эпигенетической модификацией.

В то время как генетика занимается вопросами генетического материала ДНК и передачи генетической информации, эпигенетика предоставляет дополнительную информацию, с помощью которой можно определить активность генов. Как мы уже знаем, небольшие считывающие устройства сканируют генетический код внутри клеток, передают полученные данные и, таким образом, контролируют комбинацию разнообразных белковых структур. Но иногда этот гениальный вид генного распознавания внутри клетки дает сбой, из-за чего определенные фрагменты ДНК не могут быть считаны. Причиной этого могут быть склеивание генов, эпигенетические изменения. Такой информационный беспорядок походит на книгу с рецептами, некоторые страницы которой склеились так плотно, что их невозможно отделить друг от друга и нам никак не узнать рецепт этой изумительной запеканки из макарон!

Конечно, дьявол склеивания генов кроется не только в такой детали, как ограниченная возможность их считывания. Сбой по цепочке происходит и в последующем производстве важных белков, крайне необходимых для построения, восстановления и взаимодействия клеток друг с другом. Кстати, эти эпигенетические изменения готовят неприятности не только нам, но и, возможно, нашим детям. Таким образом, правильный образ жизни хорошо сказывается и на нашем здоровье, и в определенной степени на здоровье будущих поколений.

В течение жизни клетки нашего тела делятся примерно 50–60 раз, после чего их время подходит к концу. И чтобы хромосомы в ядрах клеток всегда были под надежной защитой, их заводская комплектация включает защитные колпачки, которые одеваются на кончики хромосом, как эглеты на кончики шнурков. Эти так называемые теломеры (от греч. télos – «конец» и méros – «часть») считаются биологическими часами клеток организма и при каждом делении клетки укорачиваются на определенное количество пар оснований; они отрываются и используются до тех пор, пока клетка не перестанет делиться и не умрет. Количество делений, на которое способна клетка до отмирания, назван лимитом Хейфлика в честь открывшего этот процесс американского геронтолога Леонарда Хейфлика. В конце жизни клетки начинается запрограммированный процесс ее гибели, именуемый апоптозом. После гибели клетка тщательно упаковывается и поглощается соседними клетками и фагоцитами, «клетками-пожирателями».

Тысячелетиями эволюция работала над тем, чтобы наше тело не оказалось полностью беззащитным перед всеми этими процессами. Так тело получило способность вырабатывать фермент теломеразу, который может частично восстанавливать «поизносившиеся» теломеры. Однако это происходит только в особенно быстро делящихся стволовых клетках, в клетках костного мозга, некоторых иммунных клетках или клетках зародышевой линии, которые задействованы в развитии клеточной популяции. И к сожалению, в раковых клетках тоже.

Стволовые клетки делятся снова и снова на протяжении всей жизни благодаря переполняющей их теломеразе, так что лимит Хейфлика им не страшен. Если бы то же самое было возможно в клетках всего организма, мы бы сделали огромный шаг к мечте (или кошмару) о биологическом бессмертии!