6.4.11. Теломераза: трансгенные и нокаутные мыши

Теломеры - повторяющиеся последовательности ДНК на концах линейных хромосом. При каждом делении клетки теломеры укорачиваются, что приводит к необратимой остановке роста, называемой репликативным старением. Полагают, что поддержание длины теломер существенно для процесса старения клеток. Перед тем, как малигнизироватъся, клетки проходят этап "клеточного", или "репликативного", старения. Поддержание длины теломер необходимо для предупреждения репликативного старения клеток и непрекращающейся пролиферации (иммортализации). Активность фермента теломеразы - клеточной обратной транскриптазы - реактивирована в клетках большинства злокачественных опухолей человека, что обеспечивает стабильную длину теломер добавлением повторов TTAGGG к теломерам (Ishikawa, 2000). Однако связь между процессами старения организма in vivo и укорочением теломер еще твердо не установлена.

Экспрессия каталитического компонента теломеразы человека - обратной транскриптазы теломеразы (hTERT), введенного в клетку, приводит к увеличению продолжительности жизни (репликативного потенциала) человеческих фибробластов в культуре клеток эпителия пигмента сетчатки, кератиноцитов, эндотелиальных клеток капилляров и больших кровеносных сосудов без признаков репликативного старения и неопластической трансформации (Bodnar et al., 1998; Jiang et al., 1999; Morales et al., 1999; Yang et al.,I999; Dickson et al., 2000). Однако следует заметить, что эктопической экспрессии hTERT недостаточно для иммортализации нормальных человеческих кератиноцитов и эпителиальных клеток молочной железы (Kiyono et al., 1998). При эктопической экспрессии hTERT наблюдается иммортализация клеток нормального мезотелия и дефицитной по белку р16 (INK4a) предопухолевой линии кератиноцитов (Dickson et al., 2000). Таким образом, одной стабилизации длины теломер недостаточно для предотвращения клеточного старения кератиноцитов, но последующий медленный непрекращающийся рост, обусловленный экспрессией теломеразы, приводит к возникновению иммортализированных вариантов. Культура эпителиальных клеток молочной железы человека (НМЕС) с нормальным релликативным потенциалом в 55-60 удвоений, при инфицировании на 40-м пассаже ретровирусом, содержащим hTERT, сохраняет способность к удвоению популяции до 250-го пассажа (Wang et al., 1997). Увеличение экспрессии протоонкогена с-mус в клетках HMEC-hTERT наблюдали с 107-го до 135-го удвоения популяции (Wang et al., 2000). Авторы делают вывод, что, хотя активация теломераз и увеличивает продолжительность жизни клеток НМЕС, это также обусловлено экспрессией с-mус и, таким образом, не является генопротекторным механизмом. Увеличение продолжительности жизни может быть связано с активацией TERT протоонкогена с-mус, и иммортализация клеток лишь частично обусловлена экспрессией TERT. Эти наблюдения свидетельствуют о том, что к использованию hTERT для продления жизни клеток человека в терапевтических целях нужно подходить с осторожностью (Wang et al., 2000).

Хотя было продемонстрировано, что иммортализированные трансфекцией hTERT клетки могут сохранять нормальный рост и механизм контроля дифференцировки, возможно, что утрата обусловленной белком р16 остановки роста (потеря RB/p16^INK4a) и неограниченный репликативный потенциал предрасполагают такие клетки к последующим изменениям, которые могут привести к опухолевой трансформации. Было показано, что экспрессия hTERT совместно с большим Т-онкопротеином вируса SV40 и онкогеном ras приводит фибробласты и эпителиальные клетки почек человека к опухолевой трансформации (Hahn et al., 1999). Эти наблюдения несомненно доказывают то, что ограничение пролиферативного потенциала клеток человека контролируется функцией многих "часов" (Wynfoitl-Thomas, 1999).

Нокаутные по теломеразе мыши являются удобной моделью для выяснения роли укорочения теломер на уровне организма (Kipling, Farager, 1999). Были получены мутанты C57B6mTR^-/-, у которых теломеры были короче, чем у мышей дикого типа со смешанным генотипом (C57BL6/129Sv) (Herrera et al., 1999). Эти мыши размножались только в течение четырех последовательных поколений, и выживаемость мышей mTR^-/- последнего поколения была существенно сниженной по сравнению с мышами дикого типа. Половина нокаутных мышей 4-го поколения умерла в возрасте до 5 месяцев. Это уменьшение выживаемости с возрастом в последнем поколении сопровождалось укорочением теломер, стерильностью, атрофией селезенки, уменьшением пролиферативной способности В- и Т-клеток, анормальной гематологией и атрофией тонкой кишки. Потеря теломерной функции у мышей mTR^-/- не приводила к развитию полного спектра классических патофизиологических симптомов старения {Lee et al., 1998; Rudolph et al., 1999). Однако связанное с возрастом укорочение длины теломер и сопутствующая ему генетическая нестабильность ассоциировались с сокращенной продолжительностью жизни, уменьшением способности реагировать на стрессы, например при заживлении ран и кровопотере. Следует отметить, что у мышей mTR^-/- наблюдалось увеличение случаев возникновения злокачественных опухолей (в основном лимфом и тератокарцином) (Rudolph et al.,1999). Возникновение этих опухолей, как полагают, обусловлено хромосомной нестабильностью у этих мышей (Blasco et al., 1997; Greenberg et al., 1999). Недавно было показано, что поздние поколения мышей TERT^-/-, которые имели короткие тсломеры и дефицит теломеразы, резистентны к двухстадийпому канцерогенезу кожи (Gonzales-Suarez et al., 2000).

Опыты с нокаутными по теломеразе мышами свидетельствуют о том, что зависящая от теломеразы хромосомная нестабильность генома способствует канцерогенезу (Artandi, DePinho, 2000; DePinho, 2000). Различия в длине теломер существенным образом сказываются на спектре и цитогенетике опухолей (Artandi et al., 2000). У старых мышей с дефицитом теломеразы и гетерозиготных по р53 существенно изменяется спектр опухолей в сторону преимущественного развития эпителиальных опухолей, включая злокачественные новообразования молочной железы, толстой кишки и кожи. R. A. DePinho (2000) полагает, что эти наблюдения весьма существенны для понимания роли теломер и связанной с ними нестабильности генома в механизмах развития эпителиальных карцином у человека.

Дизайн сайта разработан KN Graphics