O njima se sve više priča: Zašto telomere porede sa vrhovima pertli ali i fitiljem bombe

Telomere se upoređuju sa plastičnim vrhovima pertli, jer sprečavaju da se krajevi hromozoma raspadaju i lepe jedni za druge, što bi uništilo ili poremetilo genetske informacije organizma. Ipak, svaki put kada se ćelija podeli, telomere se skraćuju. Kada postanu prekratke, ćelija se više ne može deliti; postaje neaktivna ili „stara“ ili umire. Ovaj proces skraćivanja povezan je sa starenjem, rakom i većim rizikom od smrti. Zato su telomere upoređene i sa fitiljem bombe.

Kao i ostatak hromozoma, uključujući njegove gene, telomere su sekvence DNK – lanci hemijskog koda. Kao i sva DNK, sastoje se od četiri baze nukleinskih kiselina: guanin (G), adenin (A), timin (T) i citozin (C).

Telomere su napravljene od ponavljajućih sekvenci TTAGGG na jednom lancu uparenih sa AATCCC na drugom lancu. Dakle, jedan deo telomera je „ponavljanje“ sastavljeno od šest „baznih parova“.

Kod belih krvnih zrnaca, dužina telomera se kreće od 8.000 baznih parova kod novorođenčadi do 3.000 baznih parova kod odraslih i čak 1.500 kod starijih osoba. Čitav hromozom ima oko 150 miliona baznih parova. Svaki put kada se podeli, prosečna ćelija gubi 30 do 200 baznih parova sa krajeva svojih telomera.

Ćelije se normalno mogu deliti samo oko 50 do 70 puta, pri čemu telomere postaju progresivno kraće dok ćelije ne postanu stare ili umru. Ipak, telomere se ne skraćuju u tkivima gde se ćelije ne dele kontinuirano, kao što je srčani mišić.

Značaj deobe ćelija

Bez telomera, glavni deo hromozoma, deo sa genima neophodnim za život, skraćivao bi se svaki put kada se ćelija podeli. Dakle, telomere omogućavaju ćelijama da se dele bez gubitka gena, a deljenje ćelija je neophodno za rast nove kože, krvi, kostiju i drugih ćelija.

Bez telomera, krajevi hromozoma bi se mogli spojiti i oštetiti genetski plan ćelije, što može izazvati poremećaj u funkcionisanju, rak ili ćelijsku smrt. Pošto je oštećena DNK opasna, ćelija ima sposobnost da to „oseti” i popravi oštećenja hromozoma. Bez telomera, krajevi hromozoma bi izgledali kao oštećena DNK, a ćelija bi pokušala da popravi nešto što nije oštećeno. To bi takođe dovelo do toga da prestanu da se dele i na kraju umru. Oštećenje genetskog materijala može da dovede do mutacija koje uzrokuju nekontrolisanu deobu ćelija, odnosno do pojave raka. Ćelije izbegavaju da postanu kancerogene kada im telomere postanu prekratke, jer su se previše puta podele, i da ne bi potencijalno nanele štetu, ulaze u stanje nalik „zombiju“ koje sprečava dalju deobu, što se naziva proces ćelijskog starenja.

Pre nego što ćelija postaje sposobna da se podeli, ona pravi kopije svojih hromozoma tako da obe nove ćelije imaju identičan genetski materijal. Da bi se kopirali, dva lanca DNK hromozoma moraju se odmotati i razdvojiti. Enzim (DNK polimeraza) zatim čita postojeće lance da bi izgradio dva nova lanca. Proces započinje uz pomoć kratkih delova RNK. Kada je svaki novi lanac koji se podudara završen, on je malo kraći od originalnog lanca zbog prostora potrebnog na kraju za ovaj mali deo RNK.

Enzim nazvan telomeraza dodaje baze na krajeve telomera. U mladim ćelijama, telomeraza sprečava da se telomere previše troše. Ali kako se ćelije više puta dele, nema dovoljno telomeraze, pa telomere postaju kraći i ćelije stare.

Telomeraza ostaje aktivna u spermatozoidima i jajnim ćelijama, koje se prenose sa generacije na generaciju. Kada reproduktivne ćelije ne bi imale telomerazu za održavanje dužine svojih telomera, svaki organizam sa takvim ćelijama bi brzo bio mrtav.

Merenje telomera u funkciji otkrivanja raka

Kako ćelija počinje da postaje kancerogena, ona se češće deli, a njene telomere postaju veoma kratke. Ako joj telomere postanu prekratke, ćelija može da umre. Često ove ćelije izbegavaju smrt tako što proizvode više enzima telomeraze, što sprečava da telomere postanu još skraćenije.

Mnogi karcinomi obeleženi su skraćenim telomerama, uključujući karcinome pankreasa, kostiju, prostate, bešike, pluća, bubrega, glave i vrata.

Merenje telomeraze može biti način za otkrivanje raka. A ako naučnici mogu da nauče kako da zaustave telomerazu, mogli bi da se bore protiv raka tako što će uzrokovati da ćelije raka stare i umiru.

U jednom eksperimentu, istraživači su blokirali aktivnost telomeraze u ćelijama raka dojke i prostate kod ljudi koje su rasle u laboratoriji, što je dovelo do smrti ćelija tumora. Ali postoje rizici. Blokiranje telomeraze može da umanji plodnost, zarastanje rana i proizvodnju krvnih zrnaca i ćelija imunog sistema.

Povezanost sa dužinom života

Genetičar Ričard Koton i kolege sa Univerziteta u Juti otkrili su da su kraće telomere povezane sa kraćim životnim vekom. Među ljudima starijim od 60 godina, oni sa kraćim telomerama imali su tri puta veću verovatnoću da umru od srčanih oboljenja i osam puta veću verovatnoću da umru od zaraznih bolesti.

Iako je skraćivanje telomera povezano sa procesom starenja, još nije poznato da li su kraće telomere samo znak starenja – poput sede kose, ili zapravo doprinose starenju.

Ako telomeraza čini ćelije raka besmrtnim, da li bi mogla da spreči starenje normalnih ćelija? Da li bismo mogli da produžimo životni vek očuvanjem ili obnavljanjem dužine telomera pomoću telomeraze? Ako je tako, da li bi to povećalo rizik od obolevanja od raka? Sve su to pitanja koja intrigiraju naučnike i koji na njih nemaju definitivne odgovore.

Istraživači su ipak uspeli da koriste telomerazu u laboratoriji kako bi održali deobu ljudskih ćelija daleko iznad njihovih normalnih granica, a da ćelije ne postanu kancerogene.

Ako bismo koristili telomerazu za „ovekovečavanje“ ljudskih ćelija, mogli bismo biti u mogućnosti da masovno proizvodimo ćelije za transplantaciju, uključujući ćelije koje proizvode insulin za lečenje dijabetesa, mišićne ćelije za lečenje mišićne distrofije, ćelije hrskavice za određene vrste artritisa i ćelije kože za zarastanje teških opekotina i rana.

Neograničena zaliha normalnih ljudskih ćelija uzgajanih u laboratoriji takođe bi pomogla naporima u testiranju novih lekova i genskih terapija.

Neke dugovečne vrste poput ljudi imaju telomere koje su mnogo kraće od vrsta poput miševa, koji žive samo nekoliko godina. Niko ne zna zašto. Ali to je dokaz da same telomere ne diktiraju životni vek.

Kotonova studija je otkrila da kada se ljudi podele u dve grupe na osnovu dužine telomera, polovina sa dužim telomerima živi u proseku pet godina više od onih sa kraćim telomerima. Ova studija sugeriše da bi se životni vek mogao povećati za pet godina povećanjem dužine telomera kod ljudi sa kraćim.

Kombinacija faktora starenja

Ljudi sa dužim telomerima i dalje doživljavaju skraćivanje telomera kako stare. Koliko godina bi se moglo produžiti našem životnom veku potpunim zaustavljanjem skraćivanja telomera? Koton smatra da je to 10 godina, a možda i 30 godina.

Posle 60. godine, rizik od smrti se udvostručuje svakih osam godina. Dakle, osoba od 68 godina ima dvostruko veći rizik da umre u roku od godinu dana u poređenju sa osobom od 60 godina. Kotonova studija je otkrila da razlike u dužini telomera čine samo 4 % te razlike. I dok nam intuicija govori da stariji ljudi imaju veći rizik od smrti, samo šest odsto je isključivo posledica hronološke starosti. Kada se dužina telomera, hronološka starost i pol kombinuju (žene žive duže od muškaraca), ti faktori čine 37% varijacije u riziku od umiranja preko 60 godina. Pa šta onda uzrokuje preostalih 63% – pitaju se istraživači.

Glavni uzrok starenja je „oksidativni stres“. To je oštećenje DNK, proteina i lipida (masti) izazvano oksidansima, koji su visoko reaktivne supstance koje sadrže kiseonik. Ovi oksidansi se normalno proizvode kada dišemo, a takođe su rezultat upale, infekcije i konzumiranja alkohola i cigareta. U jednoj studiji, naučnici su izložili crve dvema supstancama koje neutrališu oksidanse, a životni vek crva se povećao u proseku za 44%.

Još jedan faktor starenja je „glikacija“. Do nje dolazi kada se glukoza, glavni šećer koji koristimo kao energiju, veže za deo naše DNK, proteina i lipida, ostavljajući ih nesposobnim da obavljaju svoje funkcije. Problem se pogoršava kako starimo, uzrokujući poremećaj rada telesnih tkiva, što rezultira bolestima i smrću. Glikacija može objasniti zašto studije na laboratorijskim životinjama pokazuju da ograničavanje unosa kalorija produžava životni vek.

Najverovatnije oksidativni stres, glikacija, skraćivanje telomera i hronološka starost – zajedno sa genetičkim predispozicijama, svi zajedno deluju i uzrokuju određene načine starenja.

Skraćenje telomera i bolesti

Ljudi sa bolešću koja se zove diskeratoza kongenita imaju telomere koji se skraćuju mnogo brže nego uobičajeno. Ovi ljudi zato prerano stare i beleže raniju smrt. Suočavaju se sa većim rizikom od infekcija opasnih po život, leukemije i drugih karcinoma krvi, crevnih poremećaja, ciroze jetre i plućne fibroze, smrtonosnog ukrućivanja plućnog tkiva. Takođe brže osede, ćelave, podložni su sporijem zarastanju rana, flekama na koži, crevnim poremećajima, omekšavanju kostiju i teškoćama u učenju.

Implikacija je dakle da telomere mogu igrati ulogu u svim tim stanjima, jer sva ona uključuju tkiva u kojima se ćelije često dele. Takođe, postoje neki dokazi koji povezuju skraćene telomere sa Alchajmerovom bolešću, otvrdnjavanjem arterija, visokim krvnim pritiskom i dijabetesom tipa 2.

Ljudski životni vek se znatno povećao od 17. veka, kada je prosečan životni vek bio 30 godina. Do 2012. godine, prosečan životni vek u SAD je bio skoro 79 godina. Razlozi za povećanje uključuju kanalizaciju i druge sanitarne mere, antibiotike, čistu vodu, pravilnije skladištenje životnih namirnica, vakcine i druge medicinske napore za sprečavanje umiranja dece i beba, poboljšanu ishranu i bolju zdravstvenu zaštitu.

Neki naučnici predviđaju da će prosečan životni vek nastaviti da raste, mada mnogi sumnjaju da će prosek u jednom trenutku biti mnogo veći od 90 godina. Ali nekolicina kaže da su znatno duži životni vekovi mogući.

Koton kaže da, ako bi se svi procesi starenja mogli eliminisati i oštećenja od oksidativnog stresa mogla popraviti, „jedna od procena je ta da bi ljudi mogli živeti 1.000 godina“.