О њима се све више прича: Зашто теломере пореде са врховима пертли али и фитиљем бомбе

Теломере се упоређују са пластичним врховима пертли, јер спречавају да се крајеви хромозома распадају и лепе једни за друге, што би уништило или пореметило генетске информације организма. Ипак, сваки пут када се ћелија подели, теломере се скраћују. Када постану прекратке, ћелија се више не може делити; постаје неактивна или „стара“ или умире. Овај процес скраћивања повезан је са старењем, раком и већим ризиком од смрти. Зато су теломере упоређене и са фитиљем бомбе.

Као и остатак хромозома, укључујући његове гене, теломере су секвенце ДНК – ланци хемијског кода. Као и сва ДНК, састоје се од четири базе нуклеинских киселина: гуанин (G), аденин (A), тимин (T) и цитозин (C).

Теломере су направљене од понављајућих секвенци TTAGGG на једном ланцу упарених са AATCCC на другом ланцу. Дакле, један део теломера је „понављање“ састављено од шест „базних парова“.

Код белих крвних зрнаца, дужина теломера се креће од 8.000 базних парова код новорођенчади до 3.000 базних парова код одраслих и чак 1.500 код старијих особа. Читав хромозом има око 150 милиона базних парова. Сваки пут када се подели, просечна ћелија губи 30 до 200 базних парова са крајева својих теломера.

Ћелије се нормално могу делити само око 50 до 70 пута, при чему теломере постају прогресивно краће док ћелије не постану старе или умру. Ипак, теломере се не скраћују у ткивима где се ћелије не деле континуирано, као што је срчани мишић.

Значај деобе ћелија

Без теломера, главни део хромозома, део са генима неопходним за живот, скраћивао би се сваки пут када се ћелија подели. Дакле, теломере омогућавају ћелијама да се деле без губитка гена, а дељење ћелија је неопходно за раст нове коже, крви, костију и других ћелија.

Без теломера, крајеви хромозома би се могли спојити и оштетити генетски план ћелије, што може изазвати поремећај у функционисању, рак или ћелијску смрт. Пошто је оштећена ДНК опасна, ћелија има способност да то „осети” и поправи оштећења хромозома. Без теломера, крајеви хромозома би изгледали као оштећена ДНК, а ћелија би покушала да поправи нешто што није оштећено. То би такође довело до тога да престану да се деле и на крају умру. Оштећење генетског материјала може да доведе до мутација које узрокују неконтролисану деобу ћелија, односно до појаве рака. Ћелије избегавају да постану канцерогене када им теломере постану прекратке, јер су се превише пута поделе, и да не би потенцијално нанеле штету, улазе у стање налик „зомбију“ које спречава даљу деобу, што се назива процес ћелијског старења.

Пре него што ћелија постаје способна да се подели, она прави копије својих хромозома тако да обе нове ћелије имају идентичан генетски материјал. Да би се копирали, два ланца ДНК хромозома морају се одмотати и раздвојити. Ензим (ДНК полимераза) затим чита постојеће ланце да би изградио два нова ланца. Процес започиње уз помоћ кратких делова РНК. Када је сваки нови ланац који се подудара завршен, он је мало краћи од оригиналног ланца због простора потребног на крају за овај мали део РНК.

Ензим назван теломераза додаје базе на крајеве теломера. У младим ћелијама, теломераза спречава да се теломере превише троше. Али како се ћелије више пута деле, нема довољно теломеразе, па теломере постају краћи и ћелије старе.

Теломераза остаје активна у сперматозоидима и јајним ћелијама, које се преносе са генерације на генерацију. Када репродуктивне ћелије не би имале теломеразу за одржавање дужине својих теломера, сваки организам са таквим ћелијама би брзо био мртав.

Мерење теломера у функцији откривања рака

Како ћелија почиње да постаје канцерогена, она се чешће дели, а њене теломере постају веома кратке. Ако јој теломере постану прекратке, ћелија може да умре. Често ове ћелије избегавају смрт тако што производе више ензима теломеразе, што спречава да теломере постану још скраћеније.

Многи карциноми обележени су скраћеним теломерама, укључујући карциноме панкреаса, костију, простате, бешике, плућа, бубрега, главе и врата.

Мерење теломеразе може бити начин за откривање рака. А ако научници могу да науче како да зауставе теломеразу, могли би да се боре против рака тако што ће узроковати да ћелије рака старе и умиру.

У једном експерименту, истраживачи су блокирали активност теломеразе у ћелијама рака дојке и простате код људи које су расле у лабораторији, што је довело до смрти ћелија тумора. Али постоје ризици. Блокирање теломеразе може да умањи плодност, зарастање рана и производњу крвних зрнаца и ћелија имуног система.

Повезаност са дужином живота

Генетичар Ричард Котон и колеге са Универзитета у Јути открили су да су краће теломере повезане са краћим животним веком. Међу људима старијим од 60 година, они са краћим теломерама имали су три пута већу вероватноћу да умру од срчаних обољења и осам пута већу вероватноћу да умру од заразних болести.

Иако је скраћивање теломера повезано са процесом старења, још није познато да ли су краће теломере само знак старења – попут седе косе, или заправо доприносе старењу.

Ако теломераза чини ћелије рака бесмртним, да ли би могла да спречи старење нормалних ћелија? Да ли бисмо могли да продужимо животни век очувањем или обнављањем дужине теломера помоћу теломеразе? Ако је тако, да ли би то повећало ризик од оболевања од рака? Све су то питања која интригирају научнике и који на њих немају дефинитивне одговоре.

Истраживачи су ипак успели да користе теломеразу у лабораторији како би одржали деобу људских ћелија далеко изнад њихових нормалних граница, а да ћелије не постану канцерогене.

Ако бисмо користили теломеразу за „овековечавање“ људских ћелија, могли бисмо бити у могућности да масовно производимо ћелије за трансплантацију, укључујући ћелије које производе инсулин за лечење дијабетеса, мишићне ћелије за лечење мишићне дистрофије, ћелије хрскавице за одређене врсте артритиса и ћелије коже за зарастање тешких опекотина и рана.

Неограничена залиха нормалних људских ћелија узгајаних у лабораторији такође би помогла напорима у тестирању нових лекова и генских терапија.

Неке дуговечне врсте попут људи имају теломере које су много краће од врста попут мишева, који живе само неколико година. Нико не зна зашто. Али то је доказ да саме теломере не диктирају животни век.

Котонова студија је открила да када се људи поделе у две групе на основу дужине теломера, половина са дужим теломерима живи у просеку пет година више од оних са краћим теломерима. Ова студија сугерише да би се животни век могао повећати за пет година повећањем дужине теломера код људи са краћим.

Комбинација фактора старења

Људи са дужим теломерима и даље доживљавају скраћивање теломера како старе. Колико година би се могло продужити нашем животном веку потпуним заустављањем скраћивања теломера? Котон сматра да је то 10 година, а можда и 30 година.

После 60. године, ризик од смрти се удвостручује сваких осам година. Дакле, особа од 68 година има двоструко већи ризик да умре у року од годину дана у поређењу са особом од 60 година. Котонова студија је открила да разлике у дужини теломера чине само 4 % те разлике. И док нам интуиција говори да старији људи имају већи ризик од смрти, само шест одсто је искључиво последица хронолошке старости. Када се дужина теломера, хронолошка старост и пол комбинују (жене живе дуже од мушкараца), ти фактори чине 37% варијације у ризику од умирања преко 60 година. Па шта онда узрокује преосталих 63% – питају се истраживачи.

Главни узрок старења је „оксидативни стрес“. То је оштећење ДНК, протеина и липида (масти) изазвано оксидансима, који су високо реактивне супстанце које садрже кисеоник. Ови оксиданси се нормално производе када дишемо, а такође су резултат упале, инфекције и конзумирања алкохола и цигарета. У једној студији, научници су изложили црве двема супстанцама које неутралишу оксидансе, а животни век црва се повећао у просеку за 44%.

Још један фактор старења је „гликација“. До ње долази када се глукоза, главни шећер који користимо као енергију, веже за део наше ДНК, протеина и липида, остављајући их неспособним да обављају своје функције. Проблем се погоршава како старимо, узрокујући поремећај рада телесних ткива, што резултира болестима и смрћу. Гликација може објаснити зашто студије на лабораторијским животињама показују да ограничавање уноса калорија продужава животни век.

Највероватније оксидативни стрес, гликација, скраћивање теломера и хронолошка старост – заједно са генетичким предиспозицијама, сви заједно делују и узрокују одређене начине старења.

Скраћење теломера и болести

Људи са болешћу која се зове дискератоза конгенита имају теломере који се скраћују много брже него уобичајено. Ови људи зато прерано старе и бележе ранију смрт. Суочавају се са већим ризиком од инфекција опасних по живот, леукемије и других карцинома крви, цревних поремећаја, цирозе јетре и плућне фиброзе, смртоносног укрућивања плућног ткива. Такође брже оседе, ћелаве, подложни су споријем зарастању рана, флекама на кожи, цревним поремећајима, омекшавању костију и тешкоћама у учењу.

Импликација је дакле да теломере могу играти улогу у свим тим стањима, јер сва она укључују ткива у којима се ћелије често деле. Такође, постоје неки докази који повезују скраћене теломере са Алцхајмеровом болешћу, отврдњавањем артерија, високим крвним притиском и дијабетесом типа 2.

Људски животни век се знатно повећао од 17. века, када је просечан животни век био 30 година. До 2012. године, просечан животни век у САД је био скоро 79 година. Разлози за повећање укључују канализацију и друге санитарне мере, антибиотике, чисту воду, правилније складиштење животних намирница, вакцине и друге медицинске напоре за спречавање умирања деце и беба, побољшану исхрану и бољу здравствену заштиту.

Неки научници предвиђају да ће просечан животни век наставити да расте, мада многи сумњају да ће просек у једном тренутку бити много већи од 90 година. Али неколицина каже да су знатно дужи животни векови могући.

Котон каже да, ако би се сви процеси старења могли елиминисати и оштећења од оксидативног стреса могла поправити, „једна од процена је та да би људи могли живети 1.000 година“.