1. TELOMERE

Telomere so nukleoproteinske strukture, ki pokrivajo konce evkariotskih kromosomov. Poleg proteinov jih sestavljajo ponavljajoča se zaporedja deoksiribonukleotidov, ki jih pri vretenčarjih predstavlja zaporedje TTAGGG, pri drugih vrstah organizmov pa so zaporedja lahko tudi drugačna (TTGGGG, TAGGG, TTTTAGGG …). Njihova naloga je preprečevanje razgradnje in zlepljanja kromosomov ter njihovo stabiliziranje. Igrajo tudi pomembno vlogo pri premikanju kromosomov znotraj celičnega jedra in pritrjevanju na jedrno ovojnico, s tem pa posredno tudi na izražanje genov. Njihova dolžina je pri različnih vrstah organizmov različna, pri človeku pa vsako sestavlja od 2000 do 20000 baznih parov.
Poleg nukleotidov so v telomerah prisotni tudi proteini (telomerni vezavni faktorji), ki skupaj z njimi tvorijo nukleoproteinske komplekse. Povezani enojni DNA vijačnici, ki skupaj s proteini sestavljata kromosom, običajno nista enako dolgi, zato lahko obstaja na koncu telomerne regije odsek, ki ga sestavlja ena sama DNA vijačnica. Proteinske faktorje lahko potemtakem razdelimo na dve skupini: eni so takšni, ki se vežejo na enojno, drugi pa na dvojno DNA vijačnico. Nekatere izmed njih so znanstveniki že izolirali, nekatere pa tudi že analizirali.
Analize so pokazale, da se zaradi interakcij na telomernih regijah lahko spremeni kromatinska struktura, kar se lahko odrazi na okolišnjih genetskih elementih. Opažanja nakazujejo tudi na to, da so kromosomi na teh odsekih organizirani v nukleosome, poleg tega pa so znanstveniki zasledili tudi t.i. »G4-DNA« konformacijo (tetraplex conformation), ki in vitro v fizioloških pogojih nastaja zelo počasi, tvori pa jo daljša enojna DNA vijačnica (ki vsebuje veliko gvanina).


2. PODVAJANJE TELOMER

Pri podvajanju DNA poteka tvorba verige v smeri od 5 proti 3 koncu, kar se odraža v dveh neenakovrednih koncih dvojne vijačnice. Na eni strani poteka sinteza verige neprekinjeno (vodilna stran), saj je smer tvorbe nove vijačnice enaka smeri odpiranja stare, na drugi strani (sledilna stran) pa mora zato sinteza potekati v več delih, kar se odraža v nastanku Okazakijevih fragmentov. Za začetek sinteze verige potrebuje DNA polimeraza RNA primer, ki se kasneje odstrani, isti encim pa lahko zatem verigo dopolni, pri čemer primerja ne potrebuje več, saj začetek verige že obstaja (naslednji Okazakijev fragment). Težava nastane na koncu linearne dvojne DNA vijačnice, in sicer po odstranitvi RNA primerja, kjer DNA polimeraza ne more dokončati zaporedja (nima začetka verige). Kot posledica so kromosomi po vsaki delitvi malenkost krajši (pri človeških somatskih celicah se po vsaki delitvi skrajšajo za približno 48 baznih parov). Celično podvajanje lahko torej teče, dokler so telomere še funkcionalne, vendar pa se z vsako delitvijo celice »starajo«. Ko doseže celica svojo zadnjo delitev, lahko nastopi celična smrt, kar se odrazi v propadanju tkiva, ali pa celica vstopi v stanje »starosti«, pri čemer ostane metabolno aktivna, vendar se ne deli.


3. TELOMERAZA

Telomeraza je encim, ki je sposoben podaljševanja telomer kromosomov na 3 koncu stare vijačnice. Po aktivnosti je ta encim reverzna transkriptaza – DNA polimeraza, ki podaljšuje DNA verigo na osnovi RNA šablone. Sestavljen je iz proteinskega in ribonukleinskega dela. Ribonukleinski del človeške telomeraze je dolg približno 450 baznih parov in je 65 identičen z enakim delom mišje telomeraze. Znanstveniki so na njem odkrili področje, ki bi lahko opravljalo funkcijo šablone. Dolgo je 11 nukleotidov, ki sestavljajo komplementarno zaporedje telomernih ponovitev (5-CUAACCCUAAC-3). Obstaja še drugo področje v RNA delu encima, ki pa opravlja funkcijo hibridizacije z DNA verigo. Proteinska komponenta zaenkrat še ni bila izolirana iz človeške telomeraze, pač pa so znanstveniki proučevali telomeraze drugih evkariotov, pri čemer so ugotovili, da je proteinski del sestavljen iz dveh proteinov, od katerih je eden večji (95 kDa), drugi manjši (80 kDa). Manjša podenota se veže z ribonukleinskim delom, večja pa se veže na DNA verigo in dodatno opravlja funkcijo, ki jo ima že področje na RNA delu. Kot »primer« lahko encim uporabi različna DNA zaporedja, lahko tudi RNA. Verigo lahko podaljšuje z deoksiribonukleotidi (dNTP), kadar pa je koncentracija teh nizka ter koncentracija ribonukleotidov (rNTP) visoka, pa lahko uporablja tudi slednje. Energija, ki se pri tem porablja, izhaja le iz pirofosfatne cepitve v dNTP (rNTP) molekulah ob njihovi vezavi.
Podaljševanje DNA verige poteka v več fazah: najprej se encim veže na DNA primer, zatem poteče faza podaljševanja 3-konca DNA verige, v naslednji fazi pa nastopi prestavitev (translokacija) encima za nekaj mest proti koncu DNA vijačnice in nato zopet podaljševanje. Telomeraza ima tudi zmožnost odcepitve končnega nukleotida.



4. CELIČNO STARANJE IN BOLEZNI

V večceličnih evkariotskih organizmih imajo praspolne celice neomejeno zmožnost delitve (telomerazna aktivnost), medtem ko je število delitev somatskih celic omejeno. Sposobnost podvojitve takšnih celic je omejena z njihovo starostjo, ki igra pomembno vlogo v mnogih boleznih, značilnih za obdobje staranja organizma. Za tumorske celice je značilno, da obidejo celično starost in postanejo nesmrtne. Iz tega lahko sklepamo, da je celično staranje mehanizem, ki do neke mere preprečuje nastanek tumorjev (tumor-supresorski mehanizem). To se odraža tudi v celičnih kulturah nekaterih glodalcev, kjer je frekvenca pojava spontane nesmrtnosti celic večja, prav tako pa so pogostejši tudi tumorji. Raziskave kažejo tudi, da velika večina tumorskih tkiv odraža telomerazno aktivnost, ki pa ni edini način za doseganje nesmrtnosti celic. In vitro so bile namreč odkrite tudi celične kulture sesalcev z zelo dolgimi telomerami, pri katerih pa telomerazne aktivnosti ni bilo mogoče zaslediti. To nakazuje drugačen mehanizem za ohranjanje dolžin kromosomov, ki pa zaenkrat še ni raziskan.
Očitna odsotnost telomeraze v večini somatskih tkiv in prisotnost v večini tumorskih celicah nakazuje možnost zdravljenja raka z vplivanjem na aktivnost tega encima. Z inhibicijo bi lahko dosegli postopno krajšanje telomer tumorskih celic (pod pogojem, da se celice delijo) in v končni fazi propad tumorja, kar so raziskave dejansko tudi potrdile. Kljub temu bi bila takšna metoda uporabna le za začetne faze rakavih obolenj, saj v nasprotnem primeru prej nastopi smrt bolnika. Druga možnost je uporaba telomeraze za diagnosticiranje takšnih obolenj, vendar pa je aktivacija tega encima v tumorskih celicah eden izmed poznih dogodkov, ko inaktivacija proto-onkogenov in tumor supresorskih genov že poteče.
Možnosti zdravljenja mnogih drugih bolezni ostajajo še nejasna. Z aktivacijo telomeraze bi bilo mogoče obiti staranje celic in s tem tudi mnoge bolezni, ki sledijo: slabše celjenje kožnih ran, razjede (kožni fibroblasti), kardiovaskularne bolezni (endotelijske celice), osteoporoza (osteoblasti) in oslabitev imunskega sistema (limfociti).

J.K.
M2, 2001/2002