Το σύστημα τελομερών/τελομεράσης στις χρόνιες φλεγμονώδεις διαταραχές Βιβλιογραφική Ανασκόπηση Κορδίνας Βασίλειος Μοριακός Βιολόγος και Γενετιστής Ειδικευόμενος Παθολόγος Γενικό Νοσοκομείο Νίκαιας-Πειραιά «Ο Άγιος Παντελεήμων» Γ Παθολογική Κλινική
Τελομερή Πρόκειται για ιδιαίτερες δομές στα άκρα των ευθύγραμμων χρωμοσωμάτων Προσελκύουν μεγάλο αριθμό πρωτεϊνών οι οποίες σχηματίζουν πολύπλοκα σύμπλοκα με το DNA Στον άνθρωπο η τελομερική αλληλούχία είναι (5 -TTAGGG-3 ) Υπάρχει πάντα ένα μονόκλωνο 3 άκρο
Τα άκρα των ευθύγραμμων χρωμοσωμάτων στους ευκαρυωτικούς οργανισμούς http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/nbk21120/figure/a5491/
Το μήκος της αλληλουχίας ποικίλει. Στους ανθρώπους περίπου 5-15 kb. Πολυάριθμες πρωτεΐνες προσδένονται στα άκρα και τα προστατεύουν. Χωρίς τις πρωτεΐνες αυτές εμφανίζονται πολλά προβλήματα: π.χ. αναγνώριση των τελομερών από επιδιορθωτικά ένζυμα
Σύνοψη πρωτεϊνών
Γιατί τόσες πολλές πρωτεΐνες; Ο ρόλος των περισσότερων παραμένει άγνωστος, μέχρι τώρα γίνονται μόνο υποθέσεις. Πιθανές λειτουργίες: Εντοπισμός ή μη της τελομεράσης στην κατάλληλη περιοχή Συγκεκριμένη επιμήκυνση τελομερών Ξετύλιγμα-υπερελίκωση των τελομερών Παύση κυτταρικού κύκλου
Ιδιότητες-λειτουργίες τελομερών Χώρος δράσης της τελομεράσης με σκοπό την πλήρη αντιγραφή των χρωμοσωμάτων Αποφυγή αναγνώρισης των μονόκλωνων άκρων ως σπασμένο DNA από επιδιορθωτικά ένζυμα Αποτελούν εμπόδιο στην ένωση των χρωμοσωμάτων αποτρέποντας πιθανό ανασυνδυασμό. Συμμετέχουν στη γονιδιακή ρύθμιση Χαρακτηρίζονται ως ένα είδος μοριακού ρολογιού
Όριο του Hayflick Είναι ο μέγιστος αριθμός διαιρέσεων που μπορεί να πραγματοποιήσει ένα κύτταρο. Το κύτταρο στη συνέχεια εισέρχεται σε φάση μη διπλασιασμού (replicative senescence). Κάθε κύτταρο δηλαδή έχει εξ ορισμού συγκεκριμένο δυναμικό διαιρέσεων. Στα ανθρώπινα κύτταρα ο μέσος όρος είναι 50 διαιρέσεις.
Μετά από κάθε κυτταρική διαίρεση μειώνεται το μήκος του χρωμοσώματος. Στις ζύμες ελαττώνεται κατά 3-6 bp ενώ στον άνθρωπο παρατηρείται μείωση 150 bp περίπου Το όριο του Hayflick εξαρτάται από το μήκος των τελομερών. «Κοντό» χρωμόσωμα κυτταρικός θάνατος
ΤΟ ΠΡΟΒΛΗΜΑ ΤΗΣ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗΣ ΤΩΝ ΑΚΡΩΝ http://www.tokresource.org/tok_classes/biobiobio/biomenu/dna_replication/index.htm Η ΜΟΡΙΑΚΗ ΕΞΗΓΗΣΗ ΤΟΥ ΟΡΙΟΥ ΤΟΥ HAYFLICK: διαδοχικές διαιρέσεις απώλεια τελομερικών αλληλουχιών γενετική αστάθεια κυτταρικός θάνατος http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/b IOL2060/BIOL2060-19/19_15.jpg
Η λύση στο πρόβλημα της αντιγραφής των άκρων Καταλυτική δράση τελομεράσης Δραστικότητα αντίστροφης μεταγραφάσης Επιμήκυνση τελομερών όταν αυτά βρεθούν σε συγκεκριμένο κρίσιμο μήκος Υπάρχει δυναμική ισορροπία στο μήκος των τελομερών Ως μήτρα για τη σύνθεση του τελομερικού DNA λειτουργεί η RNA υπομονάδα του ενζύμου
Δομή τελομεράσης Ριβονουκλεοπρωτεϊνικό σύμπλοκο Πολύπλοκη διάταξη Απαραίτητα συστατικά: καταλυτική υπομονάδα (htert χρωμόσωμα 5) και δομικό RNA (hterc χρωμόσωμα 3). Πολλές ακόμη πρωτεΐνες http://www.rechargebiomedical.com/blog/wpcontent/uploads/2010/10/telomerase_template.jpg Λειτουργία: αντιγραφή τελομερών
Μοντέλο τελομεράσης εν λειτουργία
Telomere replication Telomere replication
Γενικά γνωρίσματα Ένζυμο που εκφράζεται πιθανότατα μόνο σε ευκαρυωτικούς οργανισμούς Πρόσφατα αναγνωρίστηκαν αντίστροφες μεταγραφάσες και σε βακτήρια Πρωτοανακαλύφθηκε στην Tetrahymena thermophila Μοντέλα μελέτης: ζύμες, ινοβλάστες, ποντίκι
Κατηγοριοποίηση Οι τελομεράσες διαφορετικών ειδών εμφανίζουν πολλά συντηρημένα τμήματα DNA μεταξύ τους ιδιαίτερα σε ενεργές περιοχές του ενζύμου Δομή ενζυμικού RNA Ζύμη/πρωτόζωο Άνθρωπος
Υπάρχουν όμως σημαντικές διαφορές μεταξύ της τελομεράσης και άλλων αντίστροφων μεταγραφασών Τελικά εμπίπτουν σε μία «ειδική» κατηγορία ενζύμων που εντάσσεται στην οικογένεια των αντίστροφων μεταγραφασών
Έκφραση της τελομεράσης Όλοι οι μονοκύτταροι οργανισμοί παρουσιάζουν συνεχή έκφραση του ενζύμου άρα θεωρητικά μπορούν να πραγματοποιήσουν απεριόριστους διπλασιασμούς Στους ανθρώπους άγνωστο γιατί το δομικό RNA εκφράζεται σε όλους τους ιστούς σε μεγάλο ποσοστό. Η καταλυτική υπομονάδα εκφράζεται μόνο νωρίς κατά την εμβρυογένεση Επίσης η έκφραση δεν σταματάει ποτέ σε αρχέγονα σπερματικά κύτταρα, στα λεμφοκύτταρα και γενικά σε αδιαφοροποίητες κυτταρικές μορφές
ΣΥΝΟΠΤΙΚΑ Μετά από κάθε κυτταρική διαίρεση τα τελομερή «μικραίνουν» έως ότου το κύτταρο γίνει ασταθές και επέλθει ο θάνατος του. Ως αποτέλεσμα γήρανση και φυσιολογική φθορά Τα τελομερή επιμηκύνονται από την τελομεράση η οποία είναι απενεργοποιημένη σε όλα τα ώριμα κύτταρα σχεδόν! Παραμένει ενεργή σε κύτταρα του ανοσοποιητικού συστήματος διασφαλίζοντας έτσι την καλή λειτουργία της άμυνας μας
Η ΑΝΕΞΕΛΕΓΚΤΗ ΕΚΦΡΑΣΗ ΤΗΣ ΤΕΛΟΜΕΡΑΣΗΣ ΠΡΟΚΑΛΕΙ ΚΑΡΚΙΝΟ
Ρύθμιση τελομεράσης Υπάρχουν πολλαπλά και πολύπλοκα μονοπάτια ρύθμισης Η δομή της χρωματίνης παίζει πολύ σπουδαίο ρόλο στην πρόσδεση των κατάλληλων πρωτεΐνών Σημαντικότατο ρόλο κατέχουν επίσης οι πρωτεΐνες που σχετίζονται τόσο με το ένζυμο όσο και με το DNA Ο υποκινητής του htert προκαλεί τη μεταγραφή του γονιδίου όταν είναι μεθυλιωμένος γεγονός πρωτοφανές!
Το γονίδιο της καταλυτικής υπομονάδας της τελομεράσης εμφανίζει μία πρωτοφανή ιδιαιτερότητα. Ο υποκινητής του εμφανίζεται μεθυλιωμένος όταν το γονίδιο μεταγράφεται. Συνήθως όμως η υπερμεθυλίωση ενός υποκινητή αντιστοιχεί σε «σβήσιμο» του γονιδίου
Τελομεράση και φλεγμονώδεις ασθένειες Χρόνιες παθήσεις των πνευμόνων χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια ή ιδιοπαθή πνευμονική ίνωση Διαβήτης τυπου Ι και ΙΙ Αυτοάνοσα νοσήματα (ρευματοειδής αρθρίτιδα, συστηματικός ερυθηματώδης λύκος, σκλήρυνση κατά πλάκας κλπ) Νεφρική Ανεπάρκεια Καρδιαγγειακή νόσο (αθηροσκλήρωση, έμφραγμα του μυοκαρδίου, καρδιακή ανεπάρκεια, εγκεφαλικό επεισόδιο) Ψυχιατρικές διαταραχές (κατάθλιψη, σχιζοφρένεια, διαταραχή άγχους, διπολική διαταραχή)
Ο διαβήτης, η χρόνια αποφρακτική πνευμονοπάθεια, η νεφρική ανεπάρκεια και άλλες χρόνιες ασθένειες έχουν ως κοινό χαρακτηριστικό την αυξημένη σύνθεση προφλεγμονωδών κυτοκινών και τη διάσπαση της ισορροπίας μεταξύ προφλεγμονωδών και αντιφλεγμονωδών κυτοκινών.
IL-1, IL-6, IL-12, IL-23, TNF-a CRP, IL-8, TNF, NFκβ, Οξειδωτικο στρες, ROS Γήρανση.
Η χρόνια φλεγμονή έχει μελετηθεί εκτενώς επειδή έχει διαπιστωθεί ότι είναι υπεύθυνη για την πρόοδο της νόσου, την κακή έκβαση της θεραπείας, την κακή ποιότητα ζωής Επιπλέον, πολλές μελέτες κατάφεραν να συνδέσουν τη χρόνια φλεγμονή με δυσλειτουργίες του τελομερούς / τελομεράσης
Το κάπνισμα και η φλεγμονή έχουν αναγνωριστεί ως οι κύριες αιτίες για την εμφάνιση και την εξέλιξη της ΧΑΠ. Πολλοί επιστήμονες πρότειναν ότι η ΧΑΠ είναι ασθένεια επιταχυνόμενης γήρανσης και επομένως η πιθανή σχέση μεταξύ ΧΑΠ και τελομερών / τελομεράσης βρίσκεται υπό έρευνα
Η γήρανση είναι μια φυσική διαδικασία που χαρακτηρίζεται από τελομερική φθορά και χρόνια φλεγμονή Παρόμοια με έναν ηλικιωμένο οργανισμό, πολλές χρόνιες διαταραχές εμφανίζουν επίσης σημάδια επιταχυνόμενης ή πρόωρης γήρανσης Αλλά πια ακριβώς είναι η σύνδεση μεταξύ τελομερών και φλεγμονής; Μήπως τα μικρά τελομερή προκαλούν μια φλεγμονώδη κατάσταση ή το απορυθμισμένο ανοσοποιητικό σύστημα προκαλεί έλλειψη τελομερών / τελομεράσης; Η απάντηση είναι πιθανώς και τα δύο.
Διαφαίνεται πλέον πως το μειωμένο τελομερικό μήκος προκαλεί τη φλεγμονώδη απάντηση ενώ η χρόνια φλεγμονή επιπρόσθετα προκαλεί διαταραχή στην έκφραση της τελομεράσης Εάν όμως η φλεγμονή προκαλεί δυσλειτουργία τελομεράσης / τελομερούς ή αντίστροφα παραμένει να αποσαφηνιστεί
Μελλοντικοί στόχοι Κατανόηση του μηχανισμού γήρανσης ενός κυττάρου και κατ επέκταση ενός οργανισμού Αποσαφήνιση του ρόλου που κατέχει το ένζυμο σε πολλές χρόνιες, φλεγμονώδεις αλλά και γενετικές ασθένειες Απάντηση σε ερωτήματα εξελικτικού χαρακτήρα Θεραπεία; Τιθάσευση της χρόνιας φλεγμονής ή επανενεργοποίηση της τελομεράσης;
ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΕΙΣ
ΕΜΠΟΡΙΟ ΕΛΠΙΔΑΣ