Telomerii, telomeraza i sinescena celular

Telomerul reprezint o regiune de ADN repetitiv situat la captul fiecrui cromozom liniar att la eucariote ct i unele procariote. Bacteriile, ale cror cromozomi sunt liniari, au telomeri de natur proteic, fiind diferii de cei ai eucariotelor. Rolul principal al telomerilor este de a mpiedica unirea a doi cromozomi prin recombinare omoloag sau unirea neomoloag a capetelor.Structura telomerului

Telomerii sunt alctuii din cteva mii de secvene repetitive (la om avnd o lungime de 3 pn la 20 kilobaze, plus nc 100-300 kilobaze asociate telomerului care sunt situate ntre telomer i restul cromozomului). Telomerii sunt compui din "monomeri" hexanucleotidici, care se repet de n ori. Structura exact a telomerilor nu este cunoscut, depinznd de secvenele de baze. La vertebrate, inclusiv omul, secvena repetitiv este TTAGGG, la insecte este TTAGG, iar la plante este TTTAGGG. In timpul interfazei, telomerii sunt cele mai ndeprtate zone ale cromozomilor de centrul nucleului. Deoarece ADN-polimeraz este incapabil s copie capetele ADN-ului din cromozomi, are loc o permanent scurtare a telomerilor odat cu fiecare replicare celular, pierzndu-se aproximativ 30-200 baze repetitive din telomer la fiecare ciclu. ns n cele mai multe cazuri realitatea nu confirm aceasta.

Carol Greider i Elizabeth Blackburn au identificat motivul - telomeraza. Enzima ajut ADN polimeraza s produc ADN la nivelul telomerilor pe baza unei matrie de ARN.

Dup formarea complet a corpului, telomeraza este inhibat n multe celule somatice, aa ca telomerii acestora se vor scurta cu fiecare diviziune celulara. Cu excepia celulelor stem si leucocitelor.

Din punct de vedere structural telomeraza este o ribonucleoproteina transcriptoare reversibila. Este alctuit dintr-o component ARN human TElomerase RNA Component (hTERC), care acioneaz drept sediu pentru adiionarea de noi uniti telomerice, i o component catalitic human Telomerase Reverse Transcriptase (hTERT).

Cercetrile indic faptul c ajustarea lungimii telomerilor se realizeaz printr-un mecanism complex, n care sunt implicate fraciuni proteice cu diverse roluri. Astfel, n timpul aciunii telomerazei se formeaz un complex telomer telomeraza. Reglarea lungimii telomerului implic proteine telomerice si alte componente ale complexului telomer telomeraza. Telomerii si proteinele de legare asociate ofer protecie pentru terminaiile cromozomiale. Conform unei teorii propus de Elizabeth Blackburn, prezervarea integritii fizice a telomerului, permind diviziunea celular era definit prin termenul de capping acoperire. Pe acelai princpiu uncapping eliberarea s-ar produce n mod normal n celulele care se divid cu propietatea crucial ca un telomer funcional s treac rapid n forma complexat capped state. Deblocarea telomerilor are loc pentru scurt timp, o eliberare prelungit a telomerilor fiind asociat fie cu oprirea diviziunii celulare, fie cu malignizarea celulei respective. Telomerii pot deveni disfuncionali prin cteva mecanisme, printre care pierderea de proteine de legare telomerice, precum i distrugerea direct a ADN-ului telomeric.

In vitro, hTERC si hTERT sunt suficiente pentru a avea loc aciunea telomerazei. In vivo, aceste subuniti centrale sunt sporite de factori adiionali care cuprind complexul funcional telomer telomeraza, proteinele asociate telomerazei i proteinele de legtur telomerice, care joac un rol n meninerea unui echilibru al lungimii telomerilor, prin influenarea localizrii i activitii enzimei. Proteina 1 asociat telomerazei (TP1) i compusul molecular anex Hsp90 sunt asocieri fizice ale subunitii catalitice a telomerazei hTERT. Aceasta necesit Hsp90 pentru plierea conformaional util pentru maturare i pentru activarea funcional. Proteinele de legtur telomerice includ, dar nu sunt limitate, doar la factorii telomerici 1 & 2 repetitivi de legtur (TRF1 - telomeric repeat binding factor 1 & TRF2 - telomeric repeat binding factor 2): proteina 2 de interacie TRF-1 (TIN2 - TRF-1 interacting protein 2) protecia telomerilor 1 (POT1 protection of telomeres 1) tankyraza (TRF1 inactivata cu ankyrina asociata cu adenozin difosfat (ADP)-riboza polimeraza) un membru al familiei de proteine PARP (poli ADP-riboza polimeraze)

Dyskerina este o protein asociat hTERC care are rol structural. Componentele cheie a recombinrii genetice de tip omolog (recombinarea ntre segmente complementare de ADN) i nonomolog (care au rol n repararea cilor de unire a fiei duble elicoidale de ADN) se gsesc de asemenea n telomeri, incluznd i molecule de tip PARP (poli - AND riboza , polimeraza tankyraza), MRE11, ku70, Ku80, Histona 2AX i Rad50. Cel mai timpuriu eveniment msurabil care urmeaz semnalizrii distrugerii telomerilor asociai ADNului este fosforilarea H2AX (R-H2AX).

Telomerii sunt constituii predominant din uniti repetitive sub form de duble fii, n care punctele terminale conin fsii simple, secvene bogate n G (fii-G). Telomeraza adaug fia simpl TTAGGG, n timp ce fiile duble sunt replicate printr-o convenional polimeraz. Au fost propuse doua structuri a fiei simple de (TTAGGG)n : una sugereaz prezena unei bucle-T, care ar rezulta prin mpturirea unui duplex ADN sub form de bucl, iar cealalt propune formarea de dimeri i tetrameri cu implicarea unui quadruplex-G. Formarea acestui quadruplex este accelerat, se pare c de prezena proteinelor telomerice de legtur, care acioneaz ca nsoitori. Quadruplexul-G a fost recent cristalizat i are conformaie energetic posibil. Totui, ambele structuri de capt terminal la 3 ar putea coexista. Existena unei plieri a captului terminal al fiei simple-G ntr-un quadruplex este mai probabil n celulele umane, pe baza dovezilor experimentale. Cercetrile n acest domeniu sunt nc n desfurare. La ora actual rolul fiecrei fraciuni proteice din complexul telomer telomeraza este nc neclar. Totui rezultatele obinute pn acum sunt promitoare. Deja s-au obinut o serie de compui care inhib activitatea telomerazic la nivelul celulei canceroase, ns se pare c dozele utilizate sunt destul de mari ceea ce ar putea duce la posibile efecte farmacotoxicologice. Rmne un lucru sigur: telomeraza este o enzima care prezinta un rol important n dinamica evolutiei maligne.

Telomerii mai au i rol de protecie a capetelor cromozomiale de aceea scurtarea lor timpurie duce la mbtrnirea celulei i a ntregului organism. n schimb, dac activitatea telomerazei este ridicat, lungimea telomerilor este meninut, senescena celular fiind ntrziat. Este cazul celulelor canceroase, care sunt considerate nemuritoare. Din acest motiv, se evalueaz n prezent vaccinuri orientate mpotriva celulelor cu activitate telomerazic intens. Pe de alt parte, exist boli genetice care au drept caracteristic telomeraz deficitar, care implic sinteza unor celule incapabile de a-i ndeplini funcia.Cei trei savani ce au descoperit funciile i importana acestui complex au fost premiai n 2009 cu Premiul Nobil.