Telomeráz

A telomeráz  egy olyan enzim , amely specifikus ismétlődő DNS -nukleotid szekvenciákat ( gerincesekben TTAGGG ) ad a DNS-lánc 3'-végéhez az eukarióta sejtekben a kromoszómák végén található telomerrégiókban . Az enzimet K. Greider tudós fedezte fel 1984-ben [1] A telomerek tömörített DNS-t tartalmaznak és stabilizálják a kromoszómákat. Minden sejtosztódáskor a telomerek lerövidülnek. A telomerek rövidülését (telomeráz) kompenzáló mechanizmus létezését 1973-ban A. M. Olovnikov [2] jósolta meg .

A telomeráz egy reverz transzkriptáz , és egy speciális RNS -molekula kapcsolódik hozzá , amelyet templátként használnak a reverz transzkripcióhoz a telomerek megnyúlása során.

A kromoszómák terminális alulreplikációval szembeni védőmechanizmusainak felfedezéséért telomerek és telomeráz segítségével 2009-ben a fiziológiai és orvosi Nobel-díjat egy USA-ban dolgozó ausztrál, Elizabeth Blackburn , az amerikai Carol Greider és honfitársa, Jack Szostak kapta [3]. .

Általános információk

A telomeráz aktivitása következtében a sejt kromoszómái telomer régióinak hossza megnő, vagy állandó szinten marad, így kompenzálja a terminális alulreplikációt, és lehetővé teszi a sejt korlátlan osztódását. Ennek az enzimnek (amely az alábbiakban leírtak szerint egy RNS-komponensből és egy fehérjekomponensből áll) vizsgálata során kiderült, hogy az RNS-komponens szinte minden sejtben állandó szinten expresszálódik, és a telomeráz aktivitás indukálásához szükséges. egy fehérjekomponens expressziója, ezért a telomeráz katalitikus komponensének nevezik. A telomeráz katalitikus komponensének génjének mesterségesen indukált expressziója (a gén géntechnológiai módszerekkel történő bejuttatásával) halhatatlanná teszi a sejttenyészetet, azaz korlátlan ideig képes osztódni, ezáltal törli a tenyészet Hayflick-határát . A telomeráz ős- , csíra- és más típusú testsejtekben fejeződik ki, amelyeknek bizonyos szövetek működéséhez folyamatosan osztódniuk kell (például a bélhámsejtekben). A test közönséges szomatikus sejtjeiből hiányzik a telomeráz aktivitás. A rákos daganatok 85%-ának sejtjei telomeráz aktivitással rendelkeznek, ezért úgy gondolják, hogy a telomeráz aktiváció az egyik esemény a sejt rosszindulatú átalakulása felé vezető úton.

Épület

Az emberi telomeráz szerkezetét Scott Cohen és kutatócsoportja tisztázta az Ausztrál Gyermekgyógyászati ​​Kutatóintézetben. A telomeráz telomeráz reverz transzkriptázból (TERT), telomeráz RNS - ből (hTR vagy TERC) és diszkerinből (mindegyik anyag két molekulájából) áll [4] . Az enzim két alegységét két különböző gén kódolja. A TERT kódoló régiója 3396 pár hosszú, így a TERT 1132 aminosavat tartalmaz. Ez a fehérje összehajtja és befogja a TERC-t (amely 451 nukleotid hosszú ), amely nem transzlálódik, és megmarad az RNS. A TERT ujjatlan alakú, ami lehetővé teszi, hogy a kromoszómához kapcsolódjon, és egyszálú telomer régiókat adjon hozzá.

A TERT egy reverz transzkriptáz , azaz egy olyan enzim, amely egyszálú DNS-t hoz létre templát egyszálú RNS-ből. Az ilyen enzimeket (nevezetesen a vírusokból nyert mintákat ) a kutatók a reverz transzkripciós polimeráz láncreakció (RT-PCR) laboratóriumi folyamatában használják, amely DNS másolatokat hoz létre egy adott RNS-templát alapján. A TERT viszont megtartja saját sablonját, a TERC-et.

Skordalakes professzor és munkatársai voltak az elsők, akik felfedték a telomeráz molekulában található kritikus fehérjék teljes készletét és szerkezetét [5] .

Időpont

A TERC segítségével a TERT hat nukleotidból álló ismétlődő szekvenciát ad hozzá 5'-TTAGGG a kromoszómák 3' szálához. Ezt a sorrendet gerinceseknél használják; más élőlényosztályok szekvenciái eltérőek. Ezeket az ismétlődő TTAGGG szekvenciákat a párosított fehérjéikkel együtt telomereknek nevezzük.

A TERC templát régió a 3'-AAUCCC-5' szekvenciát tartalmazza. A telomeráz összekapcsolja a templát első néhány nukleotidját a kromoszóma utolsó telomer szekvenciájával, új ismétlődő régiót ad hozzá (5'-TTAGGG-3'), leválik, összekapcsolja a telomer új 3' végét a templáttal, és ismétlődik. újra az egész folyamatot.

A telomerek meghosszabbításának szükségességére vonatkozó magyarázatért lásd a telomerekről szóló fő cikket .

Klinikai prezentációk

Öregedés

A telomerázt a sejthalhatatlanság kulcsának, a „fiatalság forrásának” tartják. Ez az enzim lehetővé teszi a sejtek gyors szaporodását öregedés nélkül . Az embrionális őssejtek például telomerázt expresszálnak, ami lehetővé teszi számukra, hogy folyamatosan osztódjanak, szöveteket és szerveket képezve. Felnőtteknél a telomeráz olyan sejtekben expresszálódik, amelyeknek gyakran kell osztódniuk, de a legtöbb szomatikus sejt nem termeli.

Az öregség egyik legszembetűnőbb jele a bőrsejtek aktivitásának csökkenése. Feltételezhető, hogy a telomeráz-kezelés segíthet megszabadulni legalább ezektől a problémáktól.

Kiderült, hogy a β-catenin , amely elkerülte a Wnt jel miatti lebomlást , aktiválja a telomeráz enzimatikus alegység (TERT) szintézisét az ős- és rákos sejtekben. Ebben segíti a pluripotencia egyik transzkripciós faktora, a Klf4, amely a Tert gén promoteréhez irányítja [6] . Egyes cégek telomeráz alapú kozmetikai termékeket gyártanak. Szerintük egy gramm telomeráz előállítása 4 millió amerikai dollárba kerül a cégnek. A kozmetikai készítményekben nincs aktív telomeráz, és nem is lehet, mivel a telomerázban lévő RNS-t a természetben nagyon gyakori ribonukleáz A nagyon gyorsan levágja. Ráadásul maga az enzim nem túl stabil. Az aktív telomerázt laboratóriumokban steril körülmények között izolálják, és fagyasztva tárolják (lehetőleg alacsony hőmérsékletű hűtőszekrényben).

A korai öregedés számos jelének megjelenése a telomerek csökkenésének tulajdonítható [7] . Ilyenek például a progéria , ataxia-telangiectasia , Bloom -szindróma , Fanconi-vérszegénység , Nijmegen-szindróma és egyéb telangiectasias rendellenességek. Azok a gének, amelyek mutációja ezekhez a betegségekhez vezet, részt vesznek a DNS-javításban . A telomerhossz szabályozásában való részvételüket aktívan vizsgálják. Mivel jelenleg nem ismert, hogy a telomerek pusztulása milyen mértékben befolyásolja az öregedési folyamatot, a fő kutatás a DNS, és különösen a telomer régióinak integritásának megőrzésének folyamataira irányul. Michael Fossel egy interjúban azt javasolta, hogy a telomeráz-kezelés nem csak a rák elleni küzdelemben használható , hanem még az emberi öregedés elleni küzdelemben is, és ezáltal növelheti a várható élettartamot. Úgy véli, hogy a következő évtizedben elvégzik a telomeráz módszerek első tesztjeit a várható élettartam növelésére. Ez nagyon megnyugtató, hiszen nagyjából ugyanekkor az Egyesült Államokban és Nyugat-Európában a baby boom korosztály tömeges nyugdíjba vonulása várható.

Rák

Ahogy a tenyészetben lévő sejtek megközelítik a Hayflick-határt , az öregedés lelassulhat a tumorelnyomó fehérjéket kódoló gének deaktiválásával. Ezek különösen a p53 nevű fehérje és a retinoblasztóma fehérje (pRb). Az így módosított sejtek előbb-utóbb elérik a "válságnak" nevezett állapotot, amikor a sejttenyészet nagy része elpusztul. Néha azonban a sejt nem hagyja abba az osztódást, amikor válságba kerül. Általában ebben az időben a telomerek teljesen elpusztulnak, és a kromoszóma állapota minden osztódással romlik.

A kromoszómák csupasz végeit a DNS mindkét szálában törésként ismerik fel. Az ilyen jellegű sérüléseket általában a törött végek összeillesztésével javítják. Ebben az esetben azonban a különböző kromoszómák végei összekapcsolódhatnak, mivel azokat már nem védik a telomerek. Ez átmenetileg megoldja a telomerek hiányának problémáját, azonban a sejtosztódás anafázisában a kapcsolódó kromoszómák véletlenszerűen szétesnek, ami nagyszámú mutációhoz és kromoszóma-rendellenességhez vezet.

Ahogy ez a folyamat folytatódik, a sejt genomja egyre jobban sérül. Végül eljön az a pillanat, amikor vagy a sérült genetikai anyag mennyisége elegendő a sejthalálhoz (programozott sejthalál – apoptózis révén ), vagy egy további mutáció következik be, amely aktiválja a telomerázt.

A telomeráz aktiválása után egyes sejttípusok halhatatlanná válnak: kromoszómáik a sejtosztódások számától függetlenül nem válnak kevésbé stabillá, és nem indul be a sejthalál folyamata. Sok rákos sejtet halhatatlannak tekintenek, mert a bennük lévő telomeráz gének aktivitása lehetővé teszi, hogy szinte korlátlan ideig osztódjanak, ami a daganatok kialakulásának oka.

A rákos sejtek halhatatlanságának jó példája a HeLa sejtek , amelyeket eredetileg Henrietta Lacks (Henrietta Lacks, innen a HeLa kultúra elnevezése) méhnyak daganatából nyertek 1951-ben. Ezt a tenyészetet a mai napig használják laboratóriumi kutatásokban. A Hela sejtek valóban halhatatlanok: a becslések szerint naponta több tonna ilyen sejtet termelnek, amelyek mindegyike több, G. Lex daganatából kivont sejt leszármazottja.

Annak ellenére, hogy a sejtkultúrában a rák modellezésének leírt módszere hatékony és sok éve használatos, nagyon pontatlan. Az eleinte tisztázatlan volt, hogy a módszer keretein belül milyen hatás okozza a daganatképző sejtek születését. Később azonban sikerült válaszolni erre a kérdésre. Különféle mutációkat indukáltak a modellsejtekben, amelyek különböző típusú humán rákos sejtekben találhatók. Ez lehetővé tette a mutációk több olyan kombinációjának azonosítását, amelyek elegendőek a tumorsejtek különböző típusaiból történő kialakulásához.

Valójában a mutációk kombinációja a sejtek típusától függően eltérő. A legtöbb azonban a következő változtatásokat tartalmazza:

• telomeráz aktiválás;
• a p53 fehérje ciklus megszakadása ;
• Ras , Myc vagy más proto-onkogén aktiválása ;
• a PP2A foszfatáz fehérje képződésének megsértése.

Ezek a változások a sejthalál mechanizmusának leállásához vezetnek kromoszómapusztulás vagy apoptózis következtében . Ezenkívül a sejt folyamatosan osztódni kezd.

Ez a rák sejttenyésztési modellje rávilágít a telomeráz szerepére az emberi daganatképződésben. Telomeráz aktivációt az összes daganat 90%-ában figyeltek meg. Ez arra utal, hogy az általa nyújtott halhatatlanság kulcsfontosságú tényező a rák kialakulásában.

Azok a daganatok, amelyekben a TERT nem aktiválódott, főként egy másik telomer-megőrző mechanizmust, az ALT-t (a telomerek alternatív meghosszabbítását) alkalmazták. Ennek a mechanizmusnak a részletei nem ismertek.

Amint azt Elizabeth Blackburn és munkatársai kimutatták, a telomeráz 70 olyan gén aktivitásának szabályozásában is részt vesz, amelyek részt vesznek vagy feltételezhetően részt vesznek a rákos daganatok kialakulásában és fejlődésében. Ezenkívül aktiválja a glikolízist, amely lehetővé teszi a rákos sejtek számára, hogy cukrokat használjanak egy adott növekedési és osztódási sebesség fenntartására (ezek az arányok az embrióban lévő sejtek növekedési üteméhez hasonlíthatók).

E. Blackburn és két másik kutató 2006-ban megkapta a Lasker-díjat a telomeráz felfedezéséért és az azt követő kutatásokért. Ugyanezen teljesítményért E. Blackburn 2006-ban megkapta a genetikai Gruber-díjat is.

A telomeráz szerepe más emberi betegségekben

Úgy gondolják, hogy a TERT fehérje mutációi hajlamosítják a betegeket aplasztikus anémiára , amely a csontvelő  vérképzési zavara [8] .

A Crit's-Cry szindróma (CdCS) egy összetett rendellenesség, amely az 5-ös kromoszóma rövidebb végének disztális részének elvesztésével jár. A TERT fehérje génje az elveszett fragmensben található. Feltételezik, hogy a gén ezen másolatának elvesztése, ha nem is az oka, de az egyik feltétele a betegség kialakulásának [9] .

A dyskeratosis congenita (CD) a csontvelő betegsége , amelyet a telomeráz TERC alegységének mutációja okozhat. Ez a mutáció csak az esetek 5%-ában okozza a betegséget, de ezekben az esetekben a betegség domináns autoszomális rendellenességként öröklődik. A dyskerin gén ( DKC1) mutációi felelősek az összes VD eset körülbelül 35%-áért; ezek a mutációk recesszív X-hez kötöttek.

A VD-s betegek súlyos csontvelő-működési zavarban szenvednek, ami kóros bőrpigmentációban, leukoplakiában (fehér plakkok a szájnyálkahártyán), köröm dystrophiában és egyéb tünetekben nyilvánul meg. A TERC- vagy DKC1-mutációt hordozók telomerjei is rövidebbek, valamint in vitro telomeráz-aktivitásuk nem megfelelő , mint az azonos korú, mutációmentes egyedekkel [10] .

Egy egész családot találtak [11] , amelynek tagjai autoszomális domináns VD-t mutattak egyidejűleg egy heterozigóta TERT mutációval. Ezeknél az embereknél a telomerösszehúzódás mértéke magasabb volt a normálisnál. Ezenkívül a VD fenotípus minden generációval romlott.

A kutatások egy része azt mutatja, hogy a telomeráz aktiválása nem vezet rákhoz, hanem inkább küzd ellene.

1. A szervezet fő védelme a rák ellen az immunrendszer. Az életkor előrehaladtával a telomerek rövidülése miatt csökken az immunrendszer sejtjeit termelő hematopoietikus őssejtek aktivitása. A telomeráz megfiatalítja az immunrendszert, és így segíti a szervezetet a rák elleni küzdelemben.
2. Amikor a telomerhossz eléri a kritikus értéket, a sejt a fiziológiás öregedés fázisába lép, és megkezdi a hormonok (vagy citokinek) felszabadulását, amelyek növelik az egész szervezet gyulladásos állapotát, és károsítják a környező sejteket. A telomeráz ezt megakadályozza.
3. Ha a sejttelomerek túl rövidekké válnak, a kromoszómák töredezetté válhatnak, ami rosszindulatú daganathoz vezethet. A telomeráz ezt is megakadályozza.

Így néz ki az állatkísérletek során, és úgy tűnik, hogy a telomeráz miatti aggodalom elméleti okai egy megbízhatatlan elméleten alapulnak.

Megjelent egy cikk dán tudósok tanulmányának eredményeiről, amelyben először elemezték a telomerhossz és a halálozás közötti összefüggést egy nagyon nagy populáció tagjainál. A populáció méretéből adódóan ez a munka nagyon erős érvvel szolgált arra vonatkozóan, hogy a hosszabb telomerek a hosszú élettartam előrejelzői [12] .

Telomeráz, mint gyógyszercélpont

Nagyon nehéz leküzdeni a rákos daganatokat, mivel a szervezet immunrendszere nem ismeri fel őket idegenként. Ezenkívül a rákos sejtek halhatatlanok, és bármilyen körülmények között tovább osztódnak. Mivel a legtöbb daganattípusban a sejthalhatatlanság a telomeráz jelenléte miatt érhető el, ez a rákellenes gyógyszerek célpontja lehet. Ha bármely gyógyszer képes kikapcsolni a telomerázt a rákos sejtekben, akkor a telomer rövidülési folyamat újraindul, a sejtek osztódásával, a telomerek elpusztulnak, mutációk lépnek fel és a sejtek elpusztulnak.

Az aktív telomerázt célzó kísérleti gyógyszereket egereken tesztelik, és néhányukat már klinikai vizsgálatokba kezdték. A Geron Corporation jelenleg olyan gyógyszereket tesztel embereken, amelyek két különböző módon alkalmazzák a telomeráz gátlást. Az egyik egy vakcina (GRNVAC1), a másik egy lipidkészítmény (GRN163L). Valójában sok tenyészetben termesztett rákos sejtben a telomeráz elnyomása a sejtpopuláció gyors halálához vezet. Mindeközben az ilyen gyógyszerek kifejlesztésének bizonyos akadályai vannak, például a telomerek meghosszabbításának alternatív mechanizmusa [13] . Bizonyítékok vannak arra vonatkozóan, hogy a rákos őssejtekben alternatív módszereket alkalmaznak a telomerhossz és a DNS tárolására. A Geron Corp. azonban azt állítja, hogy a rákos őssejteket is megölte a GRN163L telomeráz gátlójával. Ez az inhibitor közvetlenül a telomeráz templát RNS-hez kapcsolódik. A templát egyetlen mutációja is teljesen megfoszthatja a telomerázt attól a képességétől, hogy meghosszabbítsa a telomereket, és így a sejtet a végtelenségig megfosztja az osztódás képességétől. Ebben az esetben a glikolízis nem kezdődhet meg, és 70 Blackburn-rákgén (Blackburn et al) expressziója nem kezdődhet meg.

Mivel a Blackburn kimutatta, hogy a telomeráz negatív hatásainak nagy része eltűnik, ha az RNS-templát megsérül, ez a templát meglehetősen hatékony célpont. Azonban még ha a rákos sejtek egy része alternatív módszert is használ a telomerek meghosszabbítására, nem pusztulnak el, ha a telomeráz RNS-templát blokkolja. Blackburn szerint téves azt feltételezni, hogy csak a telomeráz felelős a telomerek meghosszabbodásáért. A rákos sejtek glikolízisének megakadályozása, valamint 70 "rossz" gén expressziójának megakadályozása valószínűleg elpusztíthatja a telomerázt nem használó rákos sejteket.

Lásd még

• DNS javítás
• Karcinóma
• Öregedés
• DNS-metiláció
• Hayflick limit
• RG7834
• TERC
• TERT

Jegyzetek

1. ↑ Greider, CW és Blackburn, EH (1985) "Egy specifikus telomer terminális transzferáz aktivitás azonosítása Tetrahymena kivonatokban." Cell v.43, (2 Pt. 1) pp. 405-413.
2. ↑ Olovnikov A.M. A marginotómia elmélete. A templátmargó nem teljes másolása a polinukleotidok enzimes szintézisében és a jelenség biológiai jelentősége. J Theor Biol. 1973. szeptember 14., 41(1):181-90
3. ↑ Nobel-díj honlapja. . Letöltve: 2009. október 7. Az eredetiből archiválva : 2018. december 26.. (határozatlan)
4. ↑ Cohen S., Graham M., Lovrecz G., Bache N., Robinson P., Reddel R. A katalitikusan aktív humán telomeráz fehérjeösszetétele halhatatlan sejtekből  //  Science : Journal. - 2007. - Vol. 315. sz . 5820 . - P. 1850-1853 . — PMID 17395830 .
5. ↑ A tudósok rájöttek a sejthalhatatlanság mechanizmusának mélyére (hozzáférhetetlen link) . Letöltve: 2008. szeptember 3. Az eredetiből archiválva : 2008. szeptember 5.. (határozatlan) 
6. ↑ Hoffmeyer K., A. Raggioli, S. Rudloff, R. Anton, A. Hierholzer, I. Del Valle, K. Hein, R. Vogt, R. Kemler. A Wnt/β-catenin jelzés szabályozza a telomerázt az őssejtekben és a rákos sejtekben. Tudomány, 2012; 336 (6088): 1549-1554 doi : 10.1126/science.1218370
7. ↑ Blasco M.A. Telomerek és emberi betegségek: öregedés, rák és azon túl. Nat Rev Genet 2005 Aug;6(8):611-22. PMID 16136653
8. ↑ Yamaguchi H, Calado RT, Ly H, Kajigaya S, Baerlocher GM, Chanock SJ, Lansdorp PM, Young NS. A TERT, a telomeráz reverz transzkriptáz génjének mutációi aplasztikus anémiában. N Engl J Med. 2005. április 7., 352(14):1413-24. PMID 15814878 Szabad szöveg regisztráció után Archiválva : 2008. október 5. a Wayback Machine -nél
9. ↑ Zhang A, Zheng C, Hou M, Lindvall C, Li KJ, Erlandsson F, Bjorkholm M, Gruber A, Blennow E, Xu D. A telomerase reverse transcriptase gén törlése és a telomerek fenntartásának haploinsufficiency in Cri du chat syndroma. Am J Hum Genet. 2003 Apr;72(4):940-8. Epub 2003. március 10. PMID 12629597
10. ↑ Marrone A, Walne A, Dokal I. Dyskeratosis congenita: telomerase, telomeres and anticipation. Curr Opin Genet Dev. 2005 június;15(3):249-57. PMID 15917199
11. ↑ Armanios M, Chen JL, Chang YP, Brodsky RA, Hawkins A, Griffin CA, Eshleman JR, Cohen AR, Chakravarti A, Hamosh A, Greider CW. A telomeráz reverz transzkriptáz haploinsufficienciája autoszomális domináns dyskeratosis congenita előrejelzéséhez vezet. Proc. Natl. Acad. Sci. US A. , 2005. november 1., 102(44):15960-4. PMID 16247010
12. ↑ A telomeráz nem okoz rákot . www.vechnayamolodost.ru. Letöltve: 2016. május 13. Az eredetiből archiválva : 2016. május 28.. (határozatlan)
13. ↑ Bryan TM, Englezou A, Gupta J, Bacchetti S, Reddel RR. Telomer megnyúlás halhatatlan emberi sejtekben kimutatható telomeráz aktivitás nélkül. EMBO J. 1995 Sep 1;14(17):4240-8. PMID 7556065

Linkek

• The Telomerase Database – A telomeráz-kutatás webalapú eszköze.
• Telomerase.org – A telomeráz és az öregedésgátló terápiák blogszerű megbeszélése.
• A telomeráz háromdimenziós modellje  (lefelé irányuló kapcsolat 2013. 05. 13. óta [3451 nap] - történelem ) a Memorial University of Newfoundlandban

Szótárak és enciklopédiák	Nagy dán Nagy katalán Nagy orosz Britannica (online) Brockhaus Universalis
Bibliográfiai katalógusokban	NKC : ph1020464