Autor: Cocer Peptides 
1 kuu tagasi
KÕIK SELLEL VEEBISAIDIL ESITATUD ARTIKLID JA TOOTETEAVE ON AINULT TEABE LEVITAMISEKS JA HARIDUSEL.
Sellel veebisaidil pakutavad tooted on mõeldud eranditult in vitro uuringuteks. In vitro uuringud (ladina keeles *klaasis*, mis tähendab klaasnõudes) tehakse väljaspool inimkeha. Need tooted ei ole farmaatsiatooted, neid ei ole heaks kiitnud USA Toidu- ja Ravimiamet (FDA) ning neid ei tohi kasutada mis tahes haigusseisundi, haiguse või vaevuse ennetamiseks, raviks ega ravimiseks. Seadusega on rangelt keelatud viia neid tooteid inim- või loomakehasse mis tahes kujul.
1.Ülevaade
Bioteaduste valdkonnas on vananemine ja autofaagia olulised uurimisvaldkonnad, mis on pälvinud märkimisväärset tähelepanu. Telomeerid kui eristruktuurid kromosoomide otstes mängivad mõlemas protsessis võtmerolli. Teadustöö edenedes muutub telomeeride, vananemise ja autofagia vaheline keerukas seos üha selgemaks.
Joonis 1 Telomeeride hõõrdumine, telomeeride pikkus ja telomeraas.
2.Telomeeride struktuuri ja funktsiooni ülevaade
2.1 Telomeeride struktuur
Telomeerid on väga konserveerunud korduvad nukleotiidjärjestused, mis paiknevad eukarüootsete organismide lineaarsete kromosoomide otstes. Need koosnevad lihtsatest korduvatest järjestustest, mis on rikkad guaniini (G) poolest, kusjuures inimese telomeeri kordusjärjestus on TTAGGG. See struktuur kaitseb kromosoomide otsi nukleaaside poolt põhjustatud lagunemise eest, hoiab ära kromosoomide sulandumise ja säilitab kromosoomide stabiilsuse. Telomeeride struktuur koosneb peamiselt telomeersest DNA-st ja sellega seonduvatest valkudest. Need valgud interakteeruvad telomeerse DNA-ga, moodustades spetsiifilisi kõrgema järgu struktuure, suurendades veelgi telomeeride stabiilsust.
2.2 Telomeeride funktsioonid
Telomeeride üks peamisi funktsioone on lahendada 'lõppreplikatsiooniprobleem'. DNA replikatsiooni omaduste tõttu ei suuda tavalised DNA polümeraasid lineaarsete kromosoomide otste täielikult replitseerida, mis viib telomeeride järkjärgulise lühenemiseni iga raku jagunemisega. Telomeeride olemasolu puhverdab selle otsa lühenemist, tagades kromosoomide terviklikkuse ja stabiilsuse. Telomeerid mängivad samuti otsustavat rolli rakutsükli reguleerimisel. Kui telomeerid teatud määral lühenevad, käivitavad nad rakutsükli kontrollpunktid, põhjustades rakkude vananemist või apoptoosi, piirates seeläbi nende võimet piiramatuks proliferatsiooniks. See mehhanism on oluline kasvaja moodustumise ennetamisel ja on tihedalt seotud organismide vananemisprotsessiga.
3. Telomeeride ja vananemise vaheline seos
3.1 Telomeeride lühenemine kui vananemise marker
Vanuse kasvades lüheneb telomeeride pikkus enamikus normaalsetes somaatilistes rakkudes järk-järgult – seda nähtust on täheldatud erinevates kudedes ja elundites. Inimese perifeerse vere mononukleaarsetes rakkudes väheneb telomeeride pikkus vanusega oluliselt. Uuringud näitavad, et telomeeride lühenemine on tihedalt seotud erinevate vananemisega seotud füsioloogiliste muutustega, nagu rakkude proliferatsioonivõime vähenemine, kudede taastumisvõime nõrgenemine ja erinevate krooniliste haiguste suurenenud risk. Rakutasandil, kui telomeerid lühenevad kriitilise pikkuseni, kaotavad rakud oma proliferatsioonivõime ja lähevad vananevasse olekusse, mida iseloomustab muutunud raku morfoloogia, vähenenud metaboolne aktiivsus ja vananemisega seotud β-galaktosidaasi (SA-β-Gal) suurenenud ekspressioon.
3.2 Mehhanismid, mille abil telomeeride lühenemine käivitab vananemise
Mehhanismid, mille abil telomeeride lühenemine käivitab vananemise, hõlmavad peamiselt DNA kahjustuste reageerimise radu. Kui telomeerid teatud määral lühenevad, muutub nende struktuur ebastabiilseks ja telomeeride otste kaitsefunktsioon kaob, mistõttu rakud tunnevad kromosoomiotsad ära DNA kahjustuskohtadena. See aktiveerib rea DNA kahjustusele reageerimise signaaliradu, näiteks ATM/ATR-p53-p21 rada. Aktiveerimisel fosforüülivad ATM (ataksia-telangiektaasia muteeritud) või ATR (ataksia-telangiektaasia ja Rad3-seotud) valgud allavoolu p53 valke, suurendades nende stabiilsust ja soodustades nende sisenemist raku tuuma. Olulise transkriptsioonifaktorina reguleerib rakutsükli peatamise ja vananemisega seotud geenide, sealhulgas p21 ekspressiooni. p21 inhibeerib tsükliinsõltuvate kinaaside (CDK-de) aktiivsust, takistades seeläbi rakkude edenemist G1-faasist S-faasi, mis viib rakutsükli peatamiseni ja lõpuks raku vananemise. Telomeeride lühenemine võib samuti soodustada vananemist, mõjutades mitokondriaalset funktsiooni. Telomeeride kahjustus põhjustab mitokondriaalse oksüdatiivse stressi suurenemist ja mitokondriaalse membraani potentsiaali vähenemist, mõjutades seeläbi mitokondriaalset energia metabolismi ja rakusisest redoks-tasakaalu, kiirendades vananemisprotsessi.
3.3 Telomeerid ja vanusega seotud haigused
Paljud vanusega seotud haigused, nagu südame-veresoonkonna haigused, neurodegeneratiivsed haigused ja vähk, on tihedalt seotud telomeeride lühenemisega. Kardiovaskulaarsete haiguste korral on telomeeride lühenemine tihedalt seotud endoteelirakkude düsfunktsiooni ja ateroskleroosi tekkega. Perifeerse vere leukotsüütide telomeeride pikkus südame isheemiatõvega patsientidel on oluliselt lühem kui tervetel kontrollidel ja telomeeride pikkus on negatiivses korrelatsioonis haiguse tõsidusega. Neurodegeneratiivsete haiguste, nagu Alzheimeri tõbi ja Parkinsoni tõbi, korral lüheneb oluliselt ka telomeeride pikkus aju neuronites. Telomeeride lühenemine võib põhjustada DNA kahjustuste kuhjumist ja apoptoosi suurenemist neuronites, kiirendades seeläbi neurodegeneratiivsete protsesside progresseerumist. Vähi korral, kuigi vähirakkudel on tavaliselt telomeeride pikkuse säilitamise mehhanismid (nt telomeraasi aktiveerimine), võib telomeeride lühenemine tuumorigeneesi varases staadiumis vallandada genoomse ebastabiilsuse, suurendades geenimutatsioonide tõenäosust ja luues aluse kasvaja arengule.
4. Telomeeride ja autofagia vaheline seos
4.1 Autofagia reguleerimine telomeeride poolt
Autofagia on oluline rakusisene eneselagunemise ja taaskasutusmehhanism, mis eemaldab rakust kahjustatud organellid, valesti volditud valgud ja patogeenid, säilitades rakusisese keskkonna stabiilsuse. Hiljutised uuringud on näidanud, et telomeeride ja autofagia vahel on keeruline regulatiivne seos. Telomeeride lühenemine võib esile kutsuda autofagia. Kui telomeerid lühenevad teatud määral rakkude jagunemise või muude tegurite tõttu, aktiveerivad nad rakusiseseid stressisignalisatsiooniteid, käivitades seeläbi autofagia. Mõnes telomeraasi puudulikkusega rakumudelis suureneb telomeeride järkjärgulise lühenemise tõttu autofagiaga seotud valkude ekspressioonitasemed märkimisväärselt ja autofagosoomide arv suureneb samuti märkimisväärselt. Autofagia võib ka vastastikku mõjutada telomeeride stabiilsust. DNA kahjustustegureid puhastades ja rakukeskkonna stabiilsust säilitades kaitseb autofagia kaudselt telomeere kahjustuste eest ja aeglustab telomeeride lühenemisprotsessi.
Joonis 2 Ebanormaalsete telomeersete struktuuride arvukus PBMC-des suureneb koos doonori vanusega.
4.2 Autofagia telomeeride reguleerimise molekulaarsed mehhanismid
Molekulaarsed mehhanismid, mille abil telomeerid reguleerivad autofagiat, hõlmavad mitut signaaliülekande rada. Nende hulgas on mTOR (rapamütsiini mehhaaniline sihtmärk) signaalirada peamise sillana, mis ühendab telomeere ja autofagiat. mTOR on seriini/treoniini proteiinkinaas, mis tunnetab rakusisest toitainete seisundit, energiataset ja kasvufaktori signaale, reguleerides seeläbi rakuprotsesse, nagu kasv, proliferatsioon ja autofagia. Uuringud on näidanud, et telomeraasi katalüütiline alaühik TERT (telomeraasi pöördtranskriptaas) võib interakteeruda mTOR-iga ja pärssida mTOR kompleksi 1 (mTORC1) kinaasi aktiivsust. Normaalsetes tingimustes on mTORC1 aktiveeritud olekus, mis pärsib autofagia esinemist. Kui telomeerid lühenevad või TERT ekspressioon on ebanormaalne, suureneb TERT inhibeeriv toime mTORC1-le, mis viib mTORC1 aktiivsuse vähenemiseni, tõstes seeläbi autofagia inhibeerimist ja soodustades selle initsiatsiooni.
Lisaks mängib p53 signaalirada olulist rolli ka autofagia telomeeride reguleerimisel. Telomeeride lühendamine aktiveerib p53 signaaliraja ja p53 saab reguleerida autofagiat, moduleerides otseselt autofagiaga seotud geenide ekspressiooni või mõjutades kaudselt mTOR signaalirada. Täpsemalt võib p53 ülesreguleerida autofagiaga seotud geenide, nagu LC3 ja Beclin1, ekspressiooni, soodustades autofagosoomide moodustumist ja indutseerides seeläbi autofagiat.
4.3 Autofagia mõju telomeeride stabiilsusele
Autofagia mõju telomeeride stabiilsusele saavutatakse peamiselt homöostaasi säilitamisega rakusiseses keskkonnas. Autofagia võib eemaldada rakkudes akumuleerunud reaktiivsed hapniku liigid (ROS), vähendades telomeeri DNA oksüdatiivse stressi kahjustusi. ROS on väga reaktiivsed molekulid, mis tekivad raku metabolismi käigus ja liigne ROS võib põhjustada DNA oksüdatiivseid kahjustusi, sealhulgas telomeeri DNA kahjustusi. Autofagia võib lagundada ka kahjustatud mitokondreid rakkudes, vältides mitokondriaalse düsfunktsiooni põhjustatud liigset ROS-i tootmist. Lisaks võib autofagia puhastada valesti kokkuvolditud või agregeeritud vorme DNA kahjustusi parandavatest valkudest ja muudest telomeeride säilitamisega seotud valkudest, tagades nende normaalse funktsiooni ja säilitades seeläbi telomeeride stabiilsuse. Uuringud on näidanud, et autofagia defektidega rakkudel on suurenenud telomeeri DNA kahjustus ja telomeeride kiirenenud lühenemine, samas kui autofagia esilekutsumine võib neid nähtusi parandada.
Telomeeride teooria rakendused vananemisvastastes uuringutes
5.1 Telomeraasi aktiveerimise strateegiad
Kuna telomeeride lühenemine on tihedalt seotud vananemisega, on telomeeride pikkuse säilitamine telomeraasi aktiveerimise kaudu muutunud oluliseks suunaks vananemisvastastes uuringutes. Telomeraas on RNA-st ja valkudest koosnev ribonukleoproteiinikompleks, mis võib kasutada omaenda RNA-d mallina telomeeri DNA sünteesimiseks ja selle lisamiseks kromosoomide otstesse, pikendades seeläbi telomeeride pikkust. Mõned uuringud on telomeraasi aktiveerimiseks kasutanud väikese molekuliga ühendeid. TA-65 on väikese molekuliga ühend, mis on ekstraheeritud Astragalusest, millel on väidetavalt telomeraasi aktiveeriv toime. Loomkatsetes pikendati pärast TA-65 manustamist hiirte telomeeride pikkust teatud määral ning paranesid ka mõned vanusega seotud fenotüübid, nagu naha hõrenemine ja juuste hõrenemine.
5.2 Autofagia reguleerimise strateegiad
Arvestades autofagia olulist rolli raku homöostaasi säilitamisel ja telomeeride kaitsmisel, on autofagia reguleerimine muutunud ka potentsiaalseks vananemisvastaseks strateegiaks. Ühest küljest saab autofagiat esile kutsuda ravimite või toitumisalaste sekkumiste kaudu. Rapamütsiin on klassikaline mTOR-i inhibiitor, mis indutseerib autofagiat, pärssides mTORC1 aktiivsust. Loomkatsetes pikendas rapamütsiinravi hiire eluiga ja parandas vanusega seotud füsioloogilisi funktsioone. Samuti on teatatud, et mõned looduslikud tooted, nagu resveratrool ja kurkumiin, kutsuvad esile autofaagiat. Need looduslikud tooted võivad reguleerida autofagiat, aktiveerides signaaliradu, nagu SIRT1 (vaikne teabe regulaator 1). Kahjustatud autofagia funktsiooniga rakkude või isikute puhul saab autofagia funktsiooni taastada geeniteraapia abil. Autofagiaga seotud geene saab rakkudesse sisestada geenivektorite kaudu, et suurendada raku autofagia võimekust.
5.3 Kombineeritud sekkumisstrateegiad
Arvestades telomeeride, vananemise ja autofagia vahelist keerulist koosmõju, võib kombineeritud sekkumine, mis on suunatud nii telomeeridele kui ka autofagiale, kujutada endast tõhusamat vananemisvastast strateegiat. Telomeraasi aktivaatoreid ja autofagia indutseerijaid saab kasutada samaaegselt: telomeraasi aktivaatorid pikendavad telomeeri pikkust, autofagia indutseerijad aga puhastavad kahjustatud rakukomponente, säilitades raku homöostaasi ja avaldades sünergistlikult vananemisvastast toimet. Loomkatsetes näitas telomeraasi aktivaatorite ja autofagia indutseerijate kombineeritud kasutamine suuremat vananemisvastast toimet kui kumbki aine eraldi, näiteks vanusega seotud füsioloogiliste funktsioonide parem paranemine ja loomade eluea pikenemine.
Järeldus
Telomeerid mängivad vananemise ja autofagia protsessides üliolulist rolli. Telomeeride lühenemine kui vananemise peamine marker käivitab rakkude vananemise ja mitmesugused vananemisega seotud haigused selliste mehhanismide kaudu nagu DNA kahjustusele reageerimise radade aktiveerimine ja mitokondrite funktsiooni mõjutamine. Telomeeride ja autofagia vahel on keeruline interregulatiivne seos. Telomeerid võivad reguleerida autofagiat selliste signaaliradade kaudu nagu mTOR ja p53, samas kui autofagia kaitseb telomeeride stabiilsust, säilitades rakusisese keskkonna homöostaasi. Telomeeride teoorial põhinevad vananemisvastased uuringud, nagu telomeraasi aktiveerimisstrateegiad, autofagia reguleerimise strateegiad ja kombineeritud sekkumisstrateegiad, pakuvad laialdasi väljavaateid vananemise edasilükkamiseks ja vanusega seotud haiguste raviks.
Allikad
[1] Boccardi V, Cari L, Nocentini G jt. Telomeerid arendavad vananevatel inimestel üha enam hälbivaid struktuure[J]. Journals of Gerontology Series a-Biological Sciences and Medical Sciences, 2020, 75(2):230-235.DOI:10.1093/gerona/gly257.
[2] Green PD, Sharma NK, Santos J. H. Telomeraas mõjutab rakulist reaktsiooni oksüdatiivsele stressile mitokondriaalse ROS-i vahendatud autofagia regulatsiooni kaudu[J]. International Journal of Molecular Sciences, 2019, 20.
[3] Zhu Y, Liu X, Ding X jt. Telomeer ja selle roll vananemisradades: telomeeride lühenemine, rakkude vananemine ja mitokondrite düsfunktsioon [J]. Biogerontology, 2019, 20(1):1-16.DOI:10.1007/s10522-018-9769-1.
[4] Ali M, Devkota S, Roh J jt. Telomeraasi pöördtranskriptaas kutsub mTORC1 kaudu esile basaal- ja aminohapete nälgimisest põhjustatud autofagia.[J]. Biochemical and Biophysical Research Communications, 2016, 478 3:1198-1204.
[5] Vaiserman A, Krasnienkov D. Telomeeri pikkus bioloogilise vanuse markerina: tipptasemel, lahtised küsimused ja tulevikuperspektiivid[J]. Piirid geneetikas, 11. köide – 2020.
