بررسي اجمالي تلومر و تنظيم مکانيسم مولکولي آنزيم تلومراز در سالمندان

تاکنون نظريه هاي زيادي براي توصيف مکانيسم پيري ارائه شده است. تلومراز يک آنزيم ترانس کريپتاز معکوس با ساختمان ريبونوکلئوپروتئيني است. تلومرها، عناصر تکراري DNA هستند که در انتهاي کروموزوم خطي در افزايش طول تلومرها و در پيري پستانداران نقش بسزايي دارند. عدم فعاليت تلومراز در بافتهاي سوماتيک انساني و فرسايش تلومر به صورت همزمان باعث ابتلا به بيماري هاي وابسته به سن ميشود. کاهش زياد طول تلومر منجر به از بين رفتن توانائي عملکرد در انجام وظايف خود شده و درنهايت سلول را به سوي آپوپتوز ميبرد. مشاهدات اخير استفاده از تلومراز و دستکاري طول تلومر در سلولها به عنوان ابزاري براي مهندسي بافت و توصيف موشکافانه از مکانيسم مولکولي بيماريهاي ژنتيکي از جمله سرطان است که براي پژوهشهاي پزشکي احيا کننده است. نتايج به دست آمده نشان ميدهد که بررسي طول تلومرها و عملکرد آنزيم تلومراز به عنوان شاخصي براي اميد به زندگي (ميانگين طول عمر) نسبت به سن واقعي است و در واقع شاخص طول عمر زيستي است. در اين مقاله به بررسي دست آوردهاي نوين اين حوزه ميپردازيم.
پيري يک مکانيسم بسيار پيچيده است. تلومراز واجد هر دو جزء RNA اي و پروتئيني است جزء RNA اي اين آنزيم که به عنوان قالبي براي سنتز رشته TxGy تلومر مورد استفاده قرار ميگيرد. به همين علت تلومراز به عنوان يک آنزيم ترانس کريپتاز معکوس عمل ميکند که از روي RNA خود آنزيم  DNA تلومر ساخته ميشود. آنزيم تلومراز در سلولهاي مريستمي و تمايز نيافته تکسلولي و پرسلولي يوکاريوتيک و سلولهاي سرطاني فعال است. سنتز تلومر نياز به انتهاي 3 يک کروموزوم به عنوان پرايمر داشته و در جهت 5 به 3 پيشرفت ميکند.
اين طرح 20 ساله براي اولين بار طول تلومرها را در تمام طول عمر اعضاي يک جمعيت از حيوانات وحشي اندازه گرفته است. اين دانشمندان به بررسي گونه اي از چکاوک ها در يک جزيره گرمسيري خالي از سکنه پرداختند که در آن حيوانات شکارچي پرندگان وجود نداشت، بنابراين ميتوانستند اين پرندگان را در تمام طول زندگيشان تا پيري دنبال کنند. آنها دو بار در سال نمونه هاي خوني از اين پرندگان گرفتند و طول تلومرها را اندازه گيري کردند. دکتر ريچاردسون، سرپرست اين پژوهش ميگويد: «تلومرها در طول زمان متلاشي و کوتاهتر ميشوند. هنگامي که تلومرها تا حدي بحراني کوتاه شوند، سلول هاي حاوي آنها از کار ميافتند و ميميرند. اين سازوکار براي اين به وجود آمده است که مانع از تکثير خارج از کنترل سلول ها يا سرطاني شدن آنها شود. اما از طرف ديگر تجمع اين سلولهاي مرده در اندام هاي ما باعث تحليلرفتن يا پيرشدن آنها و در نتيجه ايجاد بيماري و نهايتاً مرگ افراد ميشود.»
مشاهدات متعدد نشان داده است که سلول هاي سوماتيک انساني طبيعي، که در سيستم در  محيط کشت (in vitro)کشت داده شده اند، تنها ميتوانند تعداد محدودي تقسيم را انجام دهد و پس از آن رشد آنها متوقف شده و سلول ها دچار سالخوردگي ميشوند. پس از اينکه کاهش طول تلومر به حد بحراني برسد فرکانس بالائي از نوترکيبي هاي کروموزمي مشاهده ميشود همين امر ميتواند عامل سالخوردگي و نهايتاٌ نابودي سلول شود. اين اتفاق در بدن موجودات زنده (in vivo) نيز رخ ميدهد و تحقيقات ارتباط طول عمر موجودات زنده پرسلولي و کاهش طول تلومر را نشان ميدهند. به عنوان مثال در يک بررسي بر روي موش صحرايي مشاهده شد که کاهش طول عمر تلومر در بافته اي سوماتيک اين جانور در جنس نر بيشتر (سريعتر) از جنس ماده است و اين مطلب با طول عمر آنها که در ماده ها بيش از نرهاست مطابقت دارد. همين مسئله باعث شد که بحث هائي پيرامون افزايش مدت عمر بشر و حتي جاودانگي بشر مطرح شود. دانشمندان در تلاش هستند که ابتدا اينکار را با ساختن حيوانات آزمايشگاهي مثلاٌ موش هايي با عمرهاي طولاني تر از حد معمول به مرحله عمل برسانند.
نقش تلومرها: پايداري کروموزوم و حفاظت از آن، از اتصال کروموزوم ها به يکديگر جلوگيري ميکند، سرکوب فرايندهاي رونويسي و تشکيل هتروکروماتين
نتايج به دست آمده بيانگر اين نکات است:
فعال شدن تلومراز حذف يک مانع براي رشد مداوم درپيشرفت سرطان ها و عدم فعاليت تلومراز يک عملکرد سرکوب کننده تومور را فراهم ميکند.
طول تلومر با قدرت تقسيم و پيري سلول رابطه مستقيم دارد. اگر طول تلومر کوتاه باشد در نتيجه قدرت تقسيم سلول کم است و سلول به مرحله پيري رسيده است.
يک فرآيند دروني در رشد سلول که در توقف تقسيم سلولي به اوج ميرسد اتفاق ميافتد. اگر سن سلولي که توسط يک برنامه شمارش ژنتيکي که تعداد تقسيمات سلولي را کنترل ميکند تنظيم شود، براي تعيين و درک مسيرهاي مولکولي و تنظيم اين مکانيزم مؤثر است.
پژوهشگران در دانشگاه ايست انگلياي انگليس در يک بررسي بر روي حيوانات وحشي نشان دادهاند که سن زيستي و طول عمر را ميتوان با اندازه گيري DNA افراد پيشبيني کرد.
تلومرهاي سالم و دست نخورده براي ثبات ژنوم و تماميت کروموزومي ضروري و همچنين براي گسترش طول پروليفراتيو عمر سلول است.
منابع
[1] Bosworth, Lucy A., Lesley-Anne Turner, and Sarah H. Cartmell. “State of the art composites comprising electrospun fibres coupled with hydrogels: a review.” Nanomedicine: Nanotechnology, Biology and Medicine 9.3 (2013): 322-335.
[2] Mycielska, Maria E., and Mustafa BA Djamgoz. “Cellular mechanisms of direct-current electric field effects: galvanotaxis and metastatic disease.” Journal of cell science 117.9 (2004): 1631-1639.
[3] Lundborg, Göran, et al. “Tissue specificity in nerve regeneration.” Scandinavian journal of plastic and reconstructive surgery 20.3 (1986): 279-283.
[4] Ahmad, Christopher S., et al. “Mechanical properties of soft tissue femoral fixation devices for anterior cruciate ligament reconstruction.” The American journal of sports medicine 32.3 (2004): 635-640.
[5] Kotwal, Arundhati, and Christine E. Schmidt. “Electrical stimulation alters protein adsorption and nerve cell interactions with electrically conducting biomaterials.” Biomaterials 22.10 (2001): 1055-1064.