Стохастическое имитационное моделирование механизмов укорочения теломер клеток в процессах старения и развития патологических отклонений * А. А. Бутов, М. А. Карев, С. А. Хрусталёв Рассматриваются вопросы применения стохастического имитационного моделирования к описанию и исследованию механизмов укорочения концевых структур ДНК -теломер. Целью настоящей работы является исследование на основе стохастического и имитационного моделирования протекающих в клетках явлений, которые приводят к уменьшению длины теломер и, как следствие, к снижению пролиферативного потенциала и возникновению патологий, в том числе онкологических. Математическая модель описывается в семимартингальных терминах. Анализ результатов моделирования основан на сопоставлении со статистическими данными биологических экспериментов. Построенные распределения клеток по длинам их теломер сопоставлялись с экспериментальными данными, полученными на культурах фибробластов человека с использованием метрики Леви-Прохорова. Результаты работы могут найти применение в медико-биологических исследованиях старения и возникновения различных патологий, а также при решении ряда вопросов в области геронтологии. Ключевые слова: стохастическое имитационное моделирование, семимартингал, компенсатор, ДНК, теломера, теломераза, старение, канцерогенез, оксидативный стресс, свободные радикалы. Введение. В последние годы выявлены неизученные ранее механизмы старения и процессов опухолевой трансформации клеток. Этому способствовало развитие современных биотехнологий, а также большой интерес к изучению роли теломер и фермента теломеразы в клеточном цикле. Раскрыты механизмы, связанные с теломерами, которые служат причиной канцерогенеза. Теломеры -участки ДНК на концах хромосом, состоящие из одинаковых нуклеотидных повторов. Главная роль теломер в клетке связана с их участием в процессе клеточного деления. Деление клетки сопровождается потерей части концевых участков ДНК. При этом возникает так называемая проблема «недорепликации» концевых участков ДНК -теломер [1]. Но кроме участия в процессах деления клетки теломеры защищают геном, образуя защитный нуклеопротеидный комплекс на концах хромосом. Этот комплекс стабилизирует хромосомы и предохраняет их от разрушительных воздействий -таких, например, как деградация и слипание концевых участков хромосом, повреждение ДНК на концах хромосом, нарушение рекомбинации [1, 2]. В случае повреждения защитного нуклеопротеидного комплекса, образованного теломерами, хромосомы начинают сливаться с большей частотой, что в результате приводит к тяжелым генетическим аномалиям, к хромосомным перестройкам и деградации хромосом. Кроме того, изменения или нарушения в структуре теломер могут затрагивать не только их собственные функции, но и экспрессию жизненно важных генов, находящихся в других районах хромосом [3].Восстановление теломерных участков хромосом осуществляет фермент теломераза. Благодаря этому механизму хромосомная ДНК и связанные с ней гены защищены от повреждения во время деления клетки. Теломераза -специфический клеточный рибонуклеоп...
