Telomeraas

Telomeraas on ribonukleoproteiinist ensüüm, mis lisab telomeerse järjestuse TTAGGG eukarüootsete kromosoomide DNA 3'-otstesse.

Telomeer (kreeka keeles τέλος telos 'lõpp' + μέρος merοs 'osa') on DNA ahela piirkond, mis asub kromosoomi otstes. Telomeeri ülesandeks on kaitsta kromosoomi otsi kahjustuse eest.

Ajalugu

Telomeraas avastasid Carol W. Greider ja Elizabeth Blackburn aastal 1984 ripsloomas Tetrahymena. Oma avastuse eest said Elizabeth Blackburn, Carol W. Greider ja Jack W. Szostak aastal 2009 Nobeli füsioloogia-meditsiiniauhinna.

Aastal 1981 alustas Blackburn, kes oli selleks ajaks juba iseseisev uurija, koostööd Jack Szostakiga, et demonstreerida, kuidas on võimalik üle kanda telomeeride funktsiooni ühelt organismilt teisele. Uurimuses kasutasid nad Tetrahymena't ja Saccharomyces cerevisiae'd. See uurimus näitas, et osa telomeeride funktsiooni on võimalik üle kanda. Aastal 1985 identifitseerisid Blackburn ja Carol Greider ensümaatilise aktiivsuse, mis võimaldas telomeeride järjestust pikendada. Nimelt kuulus see aktiivsus ribonukleoproteiinile ja nad nimetasid selle telomeraasiks. RNA osa oli komplementaarne telomeeride kordusjärjestusele.

Vaatamata telomeraasi ilmselgele tähtsusele ilmus vaid paar artiklit enne aastat 1995. Põhiliselt tänu inimrakkude telomeraasi väga madalale aktiivsusele. Aastal 1994 töötasid Shay, Wright ja kaastöölised välja lihtsa PCR meetodi (TRAP), mis tugevasti suurendas telomeraasi aktiivsuse leidmist.

Inimese telomeraasi struktuur

Telomeraas koosneb suurest RNA alamühikust (hTR) ja valgulisest katalüütilisest alamühikust hTERT. See, kas telomeraas funktsioneerib monomeeri või dimeerina, pole veel kindlaks tehtud ning pakub palju alust aruteluks. On näidatud, et telomeraas töötab alamühikutega ning seob endale kaks telomeerset DNA substraati. Katalüütiline aktiivsus on võimalik vaid siis kui mõlemad TERT aktiivsaidid on funktsionaalsed. See näitaks teooria järgi, et tegemist on dimeerse funktsionaalsusega.

Alamühik hTR sünteesitakse geenist nimega TERC, seevastu hTERT aga geenist nimega TERT. Komponent hTR võimaldab koostada nukleotiidset järjestust, mida telomeraas lisab kromosoomide otstesse. hTERT komponent lisab seejärel need osad vajalikku kohta.

Funktsioon

Igal rakujagunemisel tuleb igat kromosoomi replikeerida. Iga väike replikatsiooni viga kromosoomi struktuuris jääb püsima ning need vead kantakse edasi järgmistel jagunemistel, mille tõttu on DNA kaotamine üsnagi tõsine probleem. Kui DNA ahela lõpp jääb igal jagunemisel kopeerimata, on tagajärjeks telomeeride lühenemine. Telomeraasi aktiivsus hoiab ära DNA ahela lõpu mittekodeerimise rakutsükli käigus, lisades lõppu vastava järjestuse.

Telomeraasi regulatsioon

Enamikus inimkoes on telomeraasi aktiivsus märkamatu. Mõned uuringud on näidanud, et mitogeense stimulatsiooniga inimese T-lümfotsüüdid aktiveerivad telomeraasi lühiajaliselt, et vähendada telomeeri kadu leviku ajal. Normaalses rakus on see siiski mööduv nähtus, kestes konstantse stimulatsiooniga vaid mõned päevad. Hetkel on täpne regulatsioon normaalses rakus,näiteks T-lümfotsüüdis, teadmata. Samuti on selgusetu, kuidas vähirakud regulatsiooni jäljendavad.

Telomeraas ja tüvirakud

Tüvirakkude funktsioon paistab muutuvat vanuse suurenemisel ja sellel võib olla seos telomeeride lühenemisega. Ka tüvirakkudes toimub telomeeride lühenemine vananedes, samas embrüonaalsetes tüvirakkudes seda ei toimu. See tuleneb kõrgest telomeraasi aktiivsusest embrüonaalsetes tüvirakkudes. Kõikides tüvirakkudes on küll telomeraasne aktiivsus, kuid see pole alati piisavalt kõrge, et säilitada telomeeride pikkus. Väga vähe on teada telomeraassest aktiivsusest proliferatiivsetes tüvirakkudes.

Seos meditsiiniga

Telomeraas ja vähk

Pärast telomeraasi avastamist hakati ensüümi uurima rohkem. Ka inimestel on telomeerid ja need koosnevad järjestusest TTAGGG. Aastal 1989 avastas Gregg Morin telomeraasi aktiivsuse inimrakkudes. Tema avastus oli väga oluline. Nimelt on inimestel palju vähem telomeere kui Tetrahymenal ja telomeraasi aktiivsus palju madalam. Morinil oli hüpotees, et surematul rakkude kultuuril on telomeraasi ekspressiivsus ning lõi meetodeid telomeraasi aktiivsuse eraldamiseks. Nagu Tetrahymeni telomeraas, oli ka inimese telomeraas ribonukleoproteiin. Ensüümi aktiivsust nähti palju ka munasarja kasvajarakkudes. Mitte aga isogeensetes healoomulistes rakkudes, rõhutades, et telomeraasi taasaktivatsioon võib olla seotud vähirakkude kasvamisega.

Telomeraasi inhibiitorid
Vähirakkude üheks omaduseks on lõpmatu jagunemine, mis on soetud telomeraasi taasaktiveerimisega. Kuna enamik vähirakke ekspresseerivad telomeraasi, et telomeeride pikkus ei segaks jagunemist, on kindel, et telomeraasi inhibiitorite uurimine on ülimalt vajalik edasiseks vähi uurimiseks ja ravi väljatöötamiseks.

Telomeraasipõhine teraapia

Kaugele arenenud vähiga inimeste ravi on hetkel kas kasvajate kirurgiline eemaldamine, keemiaravi, kiiritusravi või nende kolme kombinatsioon. Ideaalne vähiravi oleks otsene vähirakkude eemaldamine normaalseid rakke häirimata. Kuna praegu tundub, et normaalsetes rakkudes on telomeraasi aktiivsus madal või olematu ja vähirakkudes seevastu väga kõrge on paljude vähiuuringutega tegelevates laborites eesmärk leida ravi just selline, mis ründaks kõrge telomeraasi aktiivsusega rakke. Telomeraasne aktiivsus põhimõtteliselt puudub somaatilistest rakkudest, mistõttu pakuks telomeraasipõhine teraapia ideaalis väga suurt spetsiifilisust, väiksemat toksilisust ja vähem kõrvalnähte.

Immunoteraapia

Telomeraasi aktiivsuse farmakoloogiliste inhibiitorite otsimine on paljulubav lähenemine töötamaks välja telomeraasi baasil teraapiat vähi vastu. Vaatamata sellele on lootust andev ka immunoteraapia vähi vastu, kasutades telomeraasi pöördtranskriptaasi hTERT-i. Info nii inimeste kui ka teiste organismide rakkudest näitab, et tsütotoksilised T-lümfotsüüdid tunnevad ära TERT toodetud peptiide ning tapavad TERT-positiivse kasvajaraku.

Südamehaigused, diabeet ning elukvaliteet

Mitmed uuringud on näidanud, et krooniline stress on seotud telomeeride lühenemisega ja huvitaval kombel ka telomeraasi aktiivsuse nii vähenemise kui ka suurenemisega. Selle toimemehhanism pole seni teada, kuid on selgeks tehtud, et telomeerid muutuvad aja möödudes ning telomeraasi aktiivsus võib kõikuda.

Hiirtes on märgatud, et telomeraasi puudus võib tekitada diabeeti seoses insuliini tootvate rakkude kaoga.

Elizabeth H. Blackburn avastas veel, et emad, kes hoolitsevad väga haigete laste eest, omavad lühemaid telomeere. Emotsionaalse stressi tipus on telomeraas arterite koes aktiivne, põhjustades tõenäoliselt südamerabandust.

Haruldased haigused

On tõestatud, et mutatsioonid geenis TERT annavad võimaluse aplastilise aneemia välja kujunemiseks. Aplastiline aneemia on haigus, kus luuüdi lõpetab vererakkude tootmise.

Kassikisa sündroom (CdCS) on kompleksne haigus, mis tekib viienda kromosoomi lühikese õla kustumisel. Geen TERT asub kustunud alas ja vastava geeni ühe koopia kaotamine on haiguse põhjustamisel üks faktoreid.

Viited

Ensüümid