Элитная защита наших генов

Анна Сталь однажды заметила: «Во всякой стране молодое поколение — всегда иностранцы». Эта мысль о переменах и обновлении неожиданно перекликается с тем, что происходит внутри нас самих. Наши клетки непрерывно делятся, старые отмирают, а на их место приходят новые. Казалось бы, при делении клетки должны получаться две абсолютно одинаковые дочерние копии, но процесс образования новой молекулы ДНК настолько сложен, что ошибки в нём неизбежны. Именно эти ошибки и вызывают «неполадки» в организме, значительно сокращая продолжительность жизни.

Природа, впрочем, предусмотрела механизмы коррекции таких ошибок. И, как выяснилось, действуют они не везде одинаково. Существуют «элитные» участки ДНК, где защита работает на полную мощность, тогда как на других участках — лишь частично. Группа учёных из Рочестерского университета (США) обнаружила механизм, регулирующий степень этой защищённости, и результаты их работы были опубликованы в Journal of Biological Chemistry.

Два режима для одной ДНК

Ещё раньше исследователи заметили, что в ходе эволюции у человека сформировалось два режима контроля сохранности ДНК при клеточном делении. Первый — стандартный, где и скорость репликации (удвоения ДНК), и уровень исправления ошибок держатся на среднем уровне. Второй — элитный, с высокой точностью коррекции. Такое разделение объясняется простой экономией энергии.

Дело в том, что точное копирование требует больших энергетических затрат. Поэтому организм бережёт ресурсы: участки, кодирующие жизненно важные белки — например, белки клеток печени, крови или сердечной мышцы, — получают усиленную защиту. А вот большинство других участков, отвечающих за менее критичные белки, обходятся стандартным вниманием. Это позволяет значительно снизить общие энергозатраты, но одновременно делает нас уязвимее к накоплению генетических ошибок.

До недавнего времени оставалось загадкой, как именно регулируется степень защиты разных участков ДНК. Ответ нашёлся в процессе ацетилирования — присоединении к органическим веществам остатка уксусной кислоты. Оказалось, именно ацетилирование определяет, насколько бережно будет скопирован тот или иной фрагмент.

Молекулярная хирургия ошибок

Как же это работает? При дублировании ДНК молекула разбивается на небольшие фрагменты, которые затем скрепляются в целую цепь. При этом один фрагмент несёт больше ошибок, а другой — меньше. Для участков со стандартной коррекцией примерно пятая часть сегмента, где ошибок больше всего, помечается и удаляется. Образовавшаяся пустота перекрывается соседним сегментом — и чем больше такое перекрытие, тем качественнее итоговая копия.

У «элитных» генов степень этого перекрытия почти вдвое выше, чем у обычных. Но даже такой механизм не способен избавить от всех ошибок. Для этого существует дополнительный процесс, который целенаправленно ищет и исправляет оставшиеся неточности. Учёные полагают, что если удастся найти способ искусственно повышать защищённость ДНК, это может снизить риск онкологических заболеваний и увеличить продолжительность жизни. «Если удастся найти способ повысить защищенность ДНК, то это поможет нам жить дольше», — выразили надежду авторы исследования. Исследования на животных уже показывают, что три аминокислоты продлили жизнь мышам на 12%, укрепляя мышцы и подпитывая клетки энергией.

Пока же мы остаёмся заложниками собственной биохимии: наши клетки, подобно иностранцам в новой стране, несут в себе следы постоянных перемен — и не все из них безобидны.