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Warum Telomerverkürzung Krebs verlangsamen?

Warum Telomerverkürzung Krebs verlangsamen?


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Ich lese Alternative Verlängerung von Telomeren in Säugetierzellen, über die Verbindung von Telomeren mit menschlichem Krebs.

Aufgrund des Endreplikationsproblems5,6 verkürzen sich die Enden der linearen Chromosomen mit jeder DNA-Replikationsrunde.7 In menschlichen Körperzellen führt die fortschreitende Verkürzung der Telomere, die bei fortgesetzter Proliferation auftritt, schließlich zum Auslösen eines Replikations-Checkpoints. Die Verkürzung der Telomere und die vermutlich verursachten strukturellen Veränderungen führen zu einer Checkpoint-Reaktion auf DNA-Schäden am Telomer und Induktion eines permanenten p53- und Rb-abhängigen Wachstumsarrests (dh replikativer Seneszenz).8-10 Weil dies die proliferative Kapazität von somatischen Zellen, einschließlich solcher, die onkogene Mutationen angesammelt haben, Telomerverkürzung und replikative Seneszenz sind ein potenter Tumorsuppressor-Mechanismus.

Der Absatz besagt, dass ein kürzeres Telomer ein potenzieller Suppressor für Krebs ist. Warum ist das so? Warum genau proliferiert eine Körperzelle mit einer kürzeren Telomer-DNA-Sequenz langsamer?

Warum führt umgekehrt eine längere Minderheit zu Krebs beim Menschen?


Denken Sie an die 24 verschiedenen linearen Chromosomen in einer diploiden menschlichen XY-Zelle. In Abwesenheit von aktivem Telomerase-Enzym, um die Chromosomenenden nach einer Zellteilungsrunde zu reparieren, wird jedes Mal, wenn sich die Zelle teilt, jedes Ende jedes Chromosoms ein wenig kürzer.

Teilt sich die Zelle wie eine Tumorzelle auf unbestimmte Zeit, schrumpfen die Chromosomen effektiv. Letztendlich führt diese Chromosomenverkürzung zum Löschen tatsächlicher Gene (zunächst 24 Chromosomen x 2 Chromosomenenden = 48 Gene). Nicht alle diese Gene sind für die Lebensfähigkeit der Zellen essentiell; und der Abstand oder die Länge der DNA zwischen dem Telomer und dem ersten Gen an diesem Ende wird variabel sein. Aber sobald die Chromosomenverkürzung einen Teil eines essentiellen Gens entfernt, wird diese Zelle schnell sterben.

Es wäre, als würden Sie die Wörter an beiden Enden eines Satzes, einen Buchstaben nach dem anderen, löschen. Am Anfang könnte jemand anderes Ihren Satz noch verstehen, aber irgendwann könnte er nicht vollständig verstehen, welche Informationen Sie vermitteln wollten.

Die meisten der terminal differenzierten Zellen eines erwachsenen Menschen teilen sich nicht mehr aktiv, daher ist es kein Problem, sie brauchen keine aktive Telomerase. Krebs ist jedoch ein Zustand unregulierter Zellteilung, und daher müssen alle Krebszellen über einen Mechanismus zur Reparatur der Enden ihrer Chromosomen verfügen. Reaktivierung von TERT (Telomerase Reverse Transcriptase, die Proteinkomponente des Telomerase-Enzyms) Genexpression ist in Krebszellen sehr verbreitet.


TZAP-ing Telomere bis zur Größe

Das Phänomen der allmählichen Telomerverkürzung ist zu einem Paradigma für unser Verständnis der Biologie des Alterns und von Krebs geworden. Die Zellproliferation wird von einem kumulativen Telomerverlust begleitet, und die gealterte Zelle altert, stirbt oder verwandelt sich in Krebs. Diese Transformation erfordert die Aktivierung von Telomerverlängerungsmechanismen, um die Telomerlänge wiederherzustellen, so dass Zelltod- oder Seneszenzprogramme nicht induziert werden. Dies geschieht in den meisten Fällen durch die Reaktivierung der Telomerase. In anderen seltenen Fällen entführt der alternative Weg zur Verlängerung der Telomere (ALT) DNA-Rekombinations-assoziierte Mechanismen, um Telomere zu überdehnen, oft auf mehr als 50 kb. Warum die Länge der Telomere begrenzt ist und was ihre maximale Länge festlegt, war in der Zellbiologie seit langem ein Rätsel. Zwei aktuelle Studien, die in dieser Ausgabe von . veröffentlicht wurden EMBO-Berichte [1] und kürzlich in Wissenschaft [2] versuchte, diese wichtige Frage zu beantworten. Beide bauten auf Omics-Ansätzen auf, die ZBTB48 als potenzielles Telomer-assoziiertes Protein identifizierten und es als kritischen Regulator der Telomerlängenhomöostase durch den Telomer-Trimming-Mechanismus enthüllen. Diese Entdeckungen liefern grundlegende Erkenntnisse für unser Verständnis des Telomer-Trimmings und wie es die Telomerintegrität in Stamm- und Krebszellen beeinflusst.


Derselbe Prädiktor für die Lebensdauer wird von Menschen und Tieren geteilt

Gemessen an Lebewesen wie Elefanten, Ziegen und Menschen zeigt eine Metrik an, wie lange eine Art leben wird.

Wenn es um den Verkauf von Schlangenöl geht, macht es niemand so wie die Anti-Aging-Industrie. Aber eines macht es richtig. Telomere, die winzigen Endkappen auf unseren Chromosomen, scheinen vor altersbedingten Krankheiten zu schützen, und Anti-Aging-Forscher vermuten, dass die Verlangsamung des Schrumpfens der Telomere den Alterungsprozess verlangsamen kann. Neue Forschung veröffentlicht Montag in der Proceedings of the National Academy of Sciences bestätigt diese Verbindung über Tierarten hinweg.

Niemand hat Telomere erfolgreich verlängert oder ihre Schrumpfung verlangsamt, aber frühere Studien an Mäusen und Menschen haben gezeigt, dass die Verkürzung der Telomere mit dem Altern verbunden ist. Das neue Papier zeigt, dass dieser Effekt für eine Vielzahl von Tierarten gilt, darunter Vögel und Säugetiere.

Das spanische Autorenteam zeigte, dass die Rate der Telomerverkürzung bei acht verschiedenen Tieren die durchschnittliche Lebenserwartung der Tiere stark vorhersagte. Sie zeigten, dass die langlebigsten Tiere Telomere hatten, deren Verkürzung am längsten dauerte.

„Die hier gezeigten Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Telomerverkürzungsrate einer Art zumindest mit dem aktuellen Datensatz verwendet werden kann, um die Lebensdauer dieser Art vorherzusagen“, schreiben die Autoren der Studie unter der Leitung von Kurt Whittemore, Ph.D., a Forscher am spanischen Nationalen Krebsforschungszentrum.

Jedes Mal, wenn sich unsere Zellen teilen, verkürzen sich die Telomere, die die DNA in ihren Kernen schützen. Sobald sie zu kurz werden, können sie die Chromosomen nicht mehr daran hindern, sich aufzulösen. Dies bedeutet, dass Zellen im Laufe der Zeit, wenn sich die Telomere verkürzen, einem größeren Risiko von Schäden und Tod ausgesetzt sind. Aus diesem Grund zielen einige Anti-Aging-Therapien, wie der unbewiesene Ansatz des umstrittenen Biotech-Unternehmens BioViva, darauf ab, Telomere zu verlängern.

Aber als die PNAS Studie zeigt, dass die absolute Länge möglicherweise nicht so wichtig ist wie die Verkürzungsrate.

In der Studie war es unabhängig von der Länge der Telomere der Tiere die Geschwindigkeit, mit der sie sich verkürzen, die eng mit der Länge ihrer Lebensdauer korrelierte.

„Wir haben beobachtet, dass die mittlere Telomerlänge bei der Geburt nicht mit der Lebenserwartung der Art korreliert, da viele kurzlebige Arten sehr lange Telomere hatten und langlebige Arten sehr kurze Telomere“, schreiben die Autoren.

Das Team verwendete eine Fluoreszenztechnik, um die Telomerlängen in Zellen einer Gruppe sehr unterschiedlicher Tiere zu messen: Labormaus (Muskulatur), Ziege (Capra hircus), Audouin-Möwe (Larus audouinii), Rentier (Rangifer tarandus), Gänsegeier (Abgeschottet fulvus), Tümmler (Tursiops truncatus), amerikanischer Flamingo (Phoenicopterus ruber) und Sumatra-Elefant (Elephas maximus sumatranus).

Um ein lineares Modell zu erstellen, wie sich Telomere im Laufe der Zeit verkürzen, maß das Team Proben von unterschiedlich alten Tieren derselben Art. Durch den Vergleich dieser Telomerlängen konnte das Team ein Gefühl dafür bekommen, wie sich die Telomerlängen eines älteren Individuums mit denen eines jüngeren vergleichen.

Sie beobachteten, dass die Maus, das am kürzesten lebende Tier in der Studie, eine außergewöhnlich schnelle Telomer-Schrumpfungsrate aufweist – etwa 100-mal höher als die eines Menschen. Die Telomerverkürzungsraten der anderen Tiere lagen irgendwo zwischen denen von Mäusen und Menschen, und alle korrelierten mit ihrer durchschnittlichen Lebensdauer.

Die Autoren räumen ein, dass zukünftige Studien zu diesem Thema ein Längsdesign beinhalten sollten, das Tieren oder Menschen ihr ganzes Leben lang folgen würde. Da einige der Versuchstiere sehr lange leben, wäre dies in der aktuellen Studie nicht möglich gewesen.

Diese Studie unterstützt die Idee, dass die Auswirkungen der Telomerverkürzung eng mit dem Zelltod und den Schäden verbunden sind, die mit altersbedingten Krankheiten verbunden sind. Auch wenn Anti-Aging-Forscher es versäumt haben, die menschliche Lebensspanne zu verlängern, deutet diese spezielle Hypothese darauf hin, dass sie zumindest an der richtigen Stelle suchen.

Aber bisher waren die besten Forscher auf diesem Gebiet nicht in der Lage, die Verkürzung der Telomere zu verlangsamen, obwohl einige vorgeschlagen haben, dass Bewegung den Zweck erfüllen kann.

„Wir haben keine Verbindung, die Telomere verlängert, trotz allem, was Sie auf vielen Websites lesen können“, sagte Nobelpreisträgerin Carol Greider, Ph.D Invers.

„Natürlich, da wir Patienten im Krankenhaus haben, die an diesen Krankheiten sterben, würden wir uns, wenn es eine Behandlung gäbe, darum kümmern. Aber wir haben uns die Dinge angesehen, die es da draußen gibt, und es ist im Grunde genommen Schlangenöl.“


Entschlüsselung der Telomerbiologie und des Krebsrisikos

Sharon Wilde führt ein Team an, um die Geheimnisse unserer Telomere zu lüften.

Dr. Sharon Savage mit Nancy, einer Teilnehmerin einer Studie des NIH Clinical Center zu Dyskeratosis congenita, vor einer Knochenmarkpunktion und Biopsie.

Chromosomen haben weder mit Schnürsenkeln noch mit Bomben gemeinsam, aber Telomere – die wiederholten Abschnitte der DNA, die die Chromosomenenden bedecken – werden oft mit Komponenten von beiden verglichen.

Da Plastikspitzen (Aglets) Schnürsenkel vor dem Ausfransen schützen und Bombenzünder bei drohender Gefahr abbrennen, erhalten Telomere die chromosomale Stabilität und schützen unsere genetischen Daten – und wenn sie sich durch Alterung oder Umweltbelastungen abnutzen, wird die DNA anfällig für Abbau. Jedes Mal, wenn sich eine Zelle teilt, ein Prozess, der mit dem normalen Altern verbunden ist, werden ihre Telomere kürzer, bis die Zelle entweder Apoptose (programmierter Zelltod) oder Seneszenz (die Zelle bleibt am Leben, aber inaktiv) durchläuft.

Teammeetings befeuern eine Vielzahl von Forschungsprojekten mit neuen Ideen.

Sharon Savage, M.D., hat ihre Karriere damit verbracht, den Zusammenhang zwischen Telomerlänge und Krebsrisiko zu untersuchen, während sie nach genetischen Markern suchte, die telomerbiologische Störungen vorhersagen. Ein Großteil ihrer Arbeit konzentriert sich auf die Dyskeratosis congenita (DC), ein seltenes und komplexes erbliches Krebsprädispositionssyndrom.

„Obwohl es extrem selten ist“, erklärt Dr. Savage, „könnte ein besseres Verständnis der DC aufgrund ihrer Assoziation mit Krebs und ihrer etablierten Verbindung zu Telomerbiologie-Genen weitreichende Auswirkungen auf das Verständnis von Krebsrisiko und -ätiologie haben.“

Menschliche Zellen enthalten 46 Chromosomen (blau), deren Enden mit schützenden Telomeren (weiß) unterschiedlicher Länge bedeckt sind.

Als Savage der Clinical Genetics Branch des IRP beitrat, traten Mutationen in drei Genen auf –DKC1, TERT, und TERC—entfielen etwa 40 % der DC-Fälle. Bei den restlichen 60 % der DC-Patienten fehlte immer noch eine identifizierbare genetische Quelle der Erkrankung. Im Rahmen der Inherited Bone Marrow Syndromes (IBMFS) Kohortenstudie am National Cancer Institute des NIH hat Savages Team seitdem vier zusätzliche Gene mit Mutationen identifiziert, die mit der Telomererhaltung verbunden sind und DC verursachen können.

Variation in einem Gen namens TINF2 war ihre erste große Entdeckung. In Zusammenarbeit mit Forschern der Stanford University zeigte das Team als nächstes, dass rezessive WRAP53 Mutationen können DC verursachen – die erste Studie, die zeigt, dass die abnorme Lage der Telomerase, des Proteins, das DNA-Wiederholungen an den Enden der Telomere synthetisiert, in der Zelle mit DC assoziiert ist. Zuletzt entdeckte ihr Team Mutationen in einem DNA-Helikase- und Telomer-Erhaltungsgen namens RTEL1 in mehreren Familien, darunter zwei mit aschkenasischer jüdischer Abstammung, eine klinisch schwere Variante von DC, bekannt als Hoyeraal-Hreidarsson-Syndrom (HH).

Die Dermatologen Dominique Pichard (links) und Edward Cowen (Mitte) untersuchen die Haut und die Fingernägel von Nancys Sohn Charlie, zwei Bereiche des Körpers, die häufig von DC und anderen telomerbiologischen Störungen betroffen sind.

„Von hier aus haben wir mit dem Center for Jewish Genetics zusammengearbeitet, um die Häufigkeit von RTEL1 Mutationen in dieser Population und zeigte, dass sie häufig genug sind, um in das pränatale Testpanel für diese Population aufgenommen zu werden“, sagt Savage. „Diese Geschichte veranschaulicht, warum das Studium seltener Krankheiten so wichtig ist. Unsere RTEL1 Entdeckungen wären unter anderen Umständen nicht passiert, und die Ergebnisse werden nun verwendet, um aschkenasischen und anderen orthodoxen jüdischen Bevölkerungsgruppen zu helfen, potenzielle Risiken im Zusammenhang mit dieser schweren Krankheit zu bewältigen.“

Die Behandlung von DC ist eine Herausforderung, und die derzeitigen Optionen sind begrenzt. Daher haben Savage und Suneet Agarwal, MD, Kinderonkologe am Dana-Farber Cancer Institute und Boston Children's Hospital, das Clinical Care Consortium of Telomere Associated Ailments (CCCTAA) gegründet, um neue zu identifizieren Behandlungen und verbessern die Ergebnisse. An erster Stelle steht die dringende Notwendigkeit, Strategien zu entwickeln, um eine größere Zahl von DC-Patienten in klinische Studien aufzunehmen.

Ihr Büro kann ein guter Ort sein, um Dr. Savage zu einem Gespräch über neue Ideen zu treffen.

Parallel dazu arbeitet Savage mit DC Outreach, einer Selbsthilfegruppe für betroffene Familien, deren Gründung sie mitgewirkt hat, an der Entwicklung der ersten klinischen Leitlinien für den Umgang mit der Krankheit. Sie hilft auch DC Outreach bei ihrer Zusammenarbeit mit der Genetic Alliance, um eine Datenbank von DC-Patienten zu erstellen. Dank Savage und anderen gibt es jetzt mindestens 13 bekannte DC-Gene – alle haben einen Bezug zur Telomerbiologie.

Dr. Savage hat ihre Karriere dem Nachdenken gewidmet, wie man Menschen mit Telomer-Biologie-Störungen helfen kann.

„Diese Arbeit wäre nirgendwo anders möglich“, erklärt Savage. „Zuallererst sind große Familienstudien wie unsere wichtig, weil sie Einblicke in häufigere Krebsarten geben, aber sie erfordern disziplinübergreifende Forschungskooperationen. Zweitens benötigen unsere Patienten aufgrund der vielfältigen klinischen Manifestationen der DC Zugang zu einem breiten Spektrum an Spezialisten. Das intramurale Forschungsprogramm kombiniert diese einzigartigen Elemente und ermöglicht es uns, schnelllebige, risikoreiche Projekte mit Zugang zu einer beispiellosen Breite und Tiefe an Fachwissen durchzuführen.“

Diese Eigenschaften ermöglichten es Dr. Savage und ihrem Team, ein translationales klinisches Genetikprogramm zu entwickeln, das sich ausschließlich der komplexen „Entschärfung“ von sich schnell verkürzenden Telomeren widmet. Jeder Tag und jeder Patient, der die Klinik aufsucht, bringt sie näher daran, Wege zu finden, diesen Prozess zu verlangsamen oder zu unterbrechen.


Resultate und Diskussionen

Chelidonin zeigte eine dosisabhängige Zytotoxizität

Die MTT-Methode wurde verwendet, um die Zytotoxizität von Chelidonin in MCF7-Zellen zu beurteilen. Die LD50 Wert betrug 8 μM nach 48 h Behandlung (p≤0.05). Chelidonin zeigte eine starke Zytotoxizität und reduzierte die Zahl der lebensfähigen Zellen bei niedrigen Konzentrationen schnell (Abb. 1). Dieser steile Anstieg der Dosis-Wirkungs-Kurve wurde jedoch anschließend abgemildert, sodass 20–30 % der Zellen bei 50 μM noch lebensfähig waren. Ein vollständiger Zelltod wurde bei 100 &mgr;M beobachtet. In den folgenden Experimenten wurden sehr niedrige Konzentrationen: 0,01 und 0,05 μM, bei Langzeitbehandlungen verwendet. In Studien zur Telomerlänge wurde auch eine Behandlung mit 0,1 μM Chelidonin eingeschlossen.

Chelidonin verlängert die Verdopplungszeit der Population

MCF7-Zellen wurden nach jeder Passage 48 h lang mit 0,01 oder 0,05 μM Chelidonin behandelt. Chelidonin bei 0,01 μM veränderte die Populationsverdopplungen und die Verdopplungszeit von MCF7-Zellen nicht signifikant, selbst nach kontinuierlichen Behandlungen von Log-Phase-Kulturen für fast 1080 h wurde keine morphologische Veränderung in Richtung Seneszenz oder Veränderung der Wachstumsraten beobachtet (Abb. 2, Rauten). Allerdings kam es bei mit 0,05 µM Chelidonin behandelten Zellen zu einer signifikanten Reduktion der Wachstumsrate im Vergleich zur unbehandelten Kontrolle (P < 0,005), was nach fünf Behandlungen deutlich zu sehen ist (Fig. 2, Quadrate). Zu diesem Zeitpunkt zeigten die behandelten Zellen im Vergleich zur Kontrollgruppe etwa 30% weniger Verdopplungen. Die Verdopplungsperiode in den behandelten Zellen betrug 162,5 ± 0,5 h im Vergleich zu 32,6 ± 0,5 h in den Kontrollzellen.

A) Anzahl der Populationsverdopplungen und B) Verdopplungszeit nach Langzeitbehandlung mit Chelidonin (0,01 Rauten oder 0,05 μM Quadrate) im Vergleich zu unbehandelten Kontroll-MCF7-Zellen (Dreiecke).

Chelidonin reduziert die Telomerlänge in MCF7 . stark

Die relative durchschnittliche Telomerlänge kann durch MMQPCR unter Verwendung von Primern gemessen werden, die mit den Telomer-Hexamer-Wiederholungen hybridisieren, da die Anzahl der Bindungsstellen für die Primer mit zunehmender durchschnittlicher Telomerlänge zunimmt [37,38]. MMQPCR zählt jedoch gleichzeitig die Kopienzahl von Albumin als Einzelkopie-Gen in jedem Reaktionsröhrchen unter Verwendung eines spezifischen Primerpaars, so dass die relative Menge von Telomerkopien (T) zu Albumin (S) der unbehandelten Kontrolle gemessen wird. Ein repräsentatives Experiment für die potenziellen Wirkungen von Chelidonin auf MCF7-Zellen ist in Abb. 3 gezeigt. Der T/S-Wert der behandelten Proben in aufeinanderfolgenden Behandlungen, 48 h pro Passage, wurde mit dem von unbehandelten Zellen verglichen, der als 1 (Dreiecke). Die mit 0,01 µM Chelidonin behandelten Zellen zeigten nach mehreren Behandlungen nur eine geringfügige Abnahme der Telomerlänge, da das Verhältnis nicht stabil unter 1 lag. Es wurde jedoch kurz nach der Behandlung mit 0,05 µM Chelidonin ein verringertes T/S-Verhältnis beobachtet (Quadrate). Die Abnahme des T/S-Verhältnisses setzte sich nach 5 aufeinanderfolgenden Behandlungen auf weniger als 0,3 fort, was eine Telomerverkürzung auf etwa 30% der unbehandelten Kontrollzellen impliziert. Bei 0,1 µM Chelidonin (Kreise) wurde ein schneller Telomerverlust beobachtet, so dass eine Plattierung nach nur drei aufeinander folgenden Behandlungen unmöglich wurde.

Die dargestellten Daten sind der Durchschnitt von zwei unabhängigen Experimenten jeweils in Duplikaten ± SD-Werte.

Chelidonin unterdrückt stark die Telomeraseaktivität und die hTERT-Transkription

Quantitative Messungen des Telomerase-Repeat-Amplifikationsprotokolls (qTRAP) zeigten eine beträchtliche Verringerung der Telomerase-Aktivität in behandelten MCF7-Zellen. Mit anderen Worten reduziert Chelidonin die aktive Telomerase zeit- und dosisabhängig. 4A zeigt die relative Telomeraseaktivität von MCF7-Zellen nach 24, 48 und 72 h Behandlungen mit verschiedenen Chelidoninkonzentrationen. Die Telomerase-Aktivität war nach 48-stündiger Behandlung mit 0,1 μM Chelidonin um ≥40% reduziert. Der IC50 der Wert für die Telomerase-Hemmung in behandelten Zellen zu diesem Zeitpunkt betrug 0,45 ± 0,08 μM (P 0,05). Das Verfahren misst die funktionelle Menge des Enzyms in gleichen Mengen des Gesamtproteins. Chelidonin zeigte auch eine robuste Suppression der hTERT-Transkription, die sowohl zeit- als auch konzentrationsabhängig war ( 4B ). Die verringerte Enzymaktivität und der hTERT-mRNA-Spiegel nach 48 h zeigen fast das gleiche Muster, während in einer kürzeren Zeit, 24 h, die Abnahme der Transkription dem Verlust der Enzymaktivität vorausgeht.

A) Telomerase-Aktivität, gemessen durch q-TRAP-Assay und B) hTERT-Transkriptionsniveaus unter Verwendung der quantitativen Echtzeit-RT-PCR-Technik in MCF-7-Zellen nach verschiedenen Behandlungszeiten mit verschiedenen Chelidonin-Konzentrationen. Der Mittelwert ± SEM von drei logisch unabhängigen Experimenten, von denen jedes drei Proben für jeden Punkt enthielt, wurde präsentiert. (p≤0,01 in paarweisen Vergleichen über den Tukey HSD-Test, es sei denn, im Diagramm mit p ≤0,05 als + /# /* markiert. „o“ stellt keine Signifikanz dar).

Chelidonin unterdrückt das Zellwachstum reversibel

MCF7-Zellen, die einmal 48 h lang mit 0,1 oder 8 μM Chelidonin behandelt wurden, behielten einen Teil ihrer Lebensfähigkeit/Wachstumsrate im Vergleich zu unbehandelten Kontrollzellen ( 5 ). Auch die Zellen, die nacheinander zwei- oder dreimal mit 0,05 &mgr;M Chelidonin behandelt wurden, gewannen ihre Wachstumsrate zurück, nachdem die Verbindung aus dem Medium entfernt wurde. Nach viermaliger Behandlung war das Zellwachstum jedoch so langsam, dass ein erneutes Ausplattieren unmöglich war. Wie in Fig. 5 zu sehen ist, zeigt dies, dass die Wachstumshemmung durch Chelidonin reversibel ist. Die Zellen erholten ihr Wachstum größtenteils nach Entfernung von Chelidonin, soweit beobachtet wurde.

Die Mittelwerte ± SD von neun Proben wurden dargestellt.

Chelidonin verschiebt das Spleißmuster von hTERT hin zu nicht-enzymkodierenden Varianten

Chelidonin reduzierte dosisabhängig das Gesamttranskriptionsniveau von hTERT, wie in Fig. 4 zu sehen ist. Die verwendeten Primer können nicht zwischen den Varianten unterscheiden. Die hauptsächlich auf Transkriptionsebene regulierte Telomerase besitzt jedoch auch nicht-enzymkodierende Transkripte. Transkripte von hTERT werden in MCF-7 einem speziellen alternativen Spleißen unterzogen, was zu mindestens vier verschiedenen Spleißvarianten führt. Unter ihnen ist die –β-Variante immer die häufigste Form, während die Volllängenvariante die einzig aktive ist. Chelidonin induzierte eine deutliche Verschiebung des Spleißmusters von hTERT-Transkripten, wenn auch nur bei relativ hohen Konzentrationen ( 6 ). Das Transkript in voller Länge wäre an der LD . fast verschwunden50 Wert, während er bei 2 &mgr;M Chelidonin-Behandlung noch sichtbar ist. Dies impliziert, dass das hTERT-Spleißen durch niedrige Chelidoninkonzentrationen nicht wesentlich beeinflusst wird. Hohe Konzentrationen unterdrücken jedoch sowohl die Gesamttranskription als auch die aktive Variante von hTERT in voller Länge.

PCR-Produkte wurden durch Gelelektrophorese (3% Agarosegele) analysiert. Die weißen Pfeile zeigen die Lage von vier Spleißvarianten in unbehandelten Zellen. Die obere Bande ist das funktionelle hTERT voller Länge (FL, 457 bp), gefolgt von den drei kürzeren nicht-enzymkodierenden Varianten. Spur 1: Negativkontrolle, 2: Behandlung mit 5 μM Chelidonin, 3: Behandlung mit 2 μM Chelidonin, 4: unbehandelte Kontrolle und 5: 100 bp DNA-Marker, von dem 10, 10, 10, 5 bzw. 5 μl wie gesehen geladen wurden in Fig. 4B wurde die Gesamttranskription von hTERT stark reprimiert, während die Hauptisoform minus Beta ist. Als Kontrolle wurden unten fünf Mikroliter β2-Mikroglobulin-PCR-Produkte der entsprechenden Proben geladen.


Telomerverkürzung schützt vor Krebs

Im Laufe der Zeit werden die Spitzen Ihrer Chromosomen, die Telomere genannt werden, kürzer. Dieser Prozess wurde lange Zeit als unerwünschter Nebeneffekt des Alterns angesehen, aber eine aktuelle Studie zeigt, dass er tatsächlich gut für Sie ist.

“Telomere schützen das genetische Material,”, sagt Titia de Lange, Leon-Hess-Professorin am Rockefeller. “Die DNA in Telomeren verkürzt sich, wenn sich Zellen teilen, und stoppt schließlich die Zellteilung, wenn die Telomerreserve erschöpft ist.”

Neue Ergebnisse aus dem Labor von de Lange liefern den ersten Beweis dafür, dass die Verkürzung der Telomere hilft, Krebs beim Menschen zu verhindern, wahrscheinlich aufgrund ihrer Fähigkeit, die Zellteilung einzuschränken. Veröffentlicht in eLife, Die Ergebnisse wurden durch die Analyse von Mutationen in Familien mit außergewöhnlicher Krebsgeschichte gewonnen und geben die Antwort auf eine jahrzehntealte Frage nach dem Zusammenhang zwischen Telomeren und Krebs.

Eine langjährige Kontroverse

In Stammzellen, einschließlich solchen, die Eizellen und Spermien erzeugen, werden Telomere durch Telomerase aufrechterhalten, ein Enzym, das telomerische DNA an die Enden der Chromosomen anfügt. Telomerase ist jedoch in normalen menschlichen Zellen nicht vorhanden, weshalb ihre Telomere absterben. Dieses Programm zur Verkürzung der Telomere begrenzt die Zahl der Teilungen normaler menschlicher Zellen auf etwa 50.

Die Idee, dass die Verkürzung der Telomere Teil der körpereigenen Abwehr gegen Krebs sein könnte, wurde erstmals vor Jahrzehnten vorgeschlagen. Wenn sich eine Tumorzelle im Frühstadium 50 Mal geteilt hat, so stellten sich Wissenschaftler vor, würde die Erschöpfung der Telomerreserve die weitere Krebsentwicklung blockieren. Nur jene Krebsarten, denen es gelingt, die Telomerase zu aktivieren, würden diese Barriere durchbrechen.

Klinische Beobachtungen schienen diese Hypothese zu stützen. “Die meisten klinisch nachweisbaren Krebsarten haben die Telomerase reaktiviert, oft durch Mutationen,” de Lange. Darüber hinaus zeigten Mausexperimente, dass die Verkürzung von Telomeren tatsächlich vor Krebs schützen kann. Dennoch blieben die Beweise für das Telomer-Tumorsuppressorsystem in den letzten zwei Jahrzehnten schwer fassbar, und seine Existenz beim Menschen blieb umstritten.

Die Lösung für ein jahrzehntealtes Problem

Der Telomer-Tumorsuppressor-Weg kann nur funktionieren, wenn wir mit Telomeren der richtigen Länge geboren werden, wenn die Telomere zu lang sind, würde die Telomerreserve nicht rechtzeitig aufgebraucht sein, um die Krebsentwicklung zu stoppen. Längere Telomere bieten Krebszellen zusätzliche Teilungen, bei denen sich Mutationen in den genetischen Code einschleichen können, einschließlich Mutationen, die die Telomerase aktivieren.

Seit Jahrzehnten untersucht das Labor von de Lange den komplexen Prozess, durch den Telomere reguliert werden. Sie und andere identifizierten eine Reihe von Proteinen, die die Telomerlänge in kultivierten menschlichen Zellen begrenzen können, darunter ein Protein namens TIN2. Wenn TIN2 gehemmt wird, läuft die Telomerase wild und verlängert die Telomere. Es war jedoch nicht bekannt, ob TIN2 auch die Telomerlänge bei der Geburt reguliert.

Die Pattsituation beim Telomer-Tumorsuppressor hielt an, bis sich Ärzte des Radboud University Medical Center in Holland wegen mehrerer krebsgefährdeter Familien an de Lange wandten. Die Ärzte fanden heraus, dass diese Familien Mutationen in TINF2 aufwiesen, dem Gen, das das TIN2-Protein kodiert, das für die Kontrolle der Telomerlänge maßgeblich ist. Das war, als sie de Lange baten, einzugreifen.

Isabelle Schmutz, a Frauen&Wissenschaft Postdoktorand im Labor von de Lange nutzte die CRISPR-Gen-Editing-Technologie, um Zellen mit genau den gleichen Mutationen wie in den niederländischen Familien zu entwickeln, und untersuchte die resultierenden mutierten Zellen. Sie fand heraus, dass die mutierten Zellen voll funktionsfähige Telomere und keine genomische Instabilität aufwiesen. Sie waren in jeder Hinsicht normale gesunde Zellen.

Aber mit den Zellen stimmte etwas nicht. “Ihre Telomere wurden zu lang, ” de Lange. Ebenso waren die Telomere der Patienten ungewöhnlich lang. “Diese Patienten haben Telomere, die weit über dem 99. Perzentil liegen,” de Lange.

“Die Daten zeigen, dass, wenn Sie mit langen Telomeren geboren werden, Sie ein höheres Krebsrisiko haben,”, sagt de Lange. “Wir sehen, wie der Verlust des Telomer-Tumorsuppressor-Signalwegs in diesen Familien zu Brustkrebs, Dickdarmkrebs, Melanom und Schilddrüsenkrebs führt. Diese Krebsarten wären normalerweise durch die Verkürzung der Telomere blockiert worden. Das breite Spektrum an Krebsarten in diesen Familien zeigt die Leistungsfähigkeit des Telomer-Tumorsuppressor-Signalwegs.”

Die Studie demonstriert die Kraft der Grundlagenwissenschaft, unser Verständnis von Medizin zu verändern. “Wie Telomere reguliert werden, ist ein grundlegendes Problem,” de Lange. “Und indem wir an einem grundlegenden Problem arbeiteten, konnten wir schließlich die Ursprünge einer menschlichen Krankheit verstehen.”

Medienkontakt
Katherine Fenz
[E-Mail geschützt]

Originalquelle

https:/ / www. Rockefeller. edu/ news/ 29625-telomer-verkürzung-schützt-krebs/


Telomerverkürzung und Auswirkungen auf Krebs und Altern beim Menschen

Telomere sind hochkonservierte, spezialisierte Nukleotidsequenzen, die sich an den Enden von Chromosomen befinden und aus mehreren hundert Tandem-Sechs-G-reichen Nukleotid-Wiederholungen in der 5’-3’-Richtung bestehen. Telomere spielen in menschlichen Zellen mehrere wichtige Rollen, einschließlich des Schutzes vor Abbau und homologer Rekombination. Da sich Zellen duplizieren, verkürzt sich die Telomerlänge mit jeder Runde oder Replikation, wodurch die Chromosomen im Laufe der Zeit weniger geschützt bleiben. Beim Menschen wurden die Telomerverkürzungsraten je nach Gewebetyp mit 20-60 Bade-Paaren pro Jahr bestimmt. Telomere haben eine dynamische Struktur und Funktion, da sie sich mit der Zellalterung ändern. Es gibt einen charakteristischen Unterschied zwischen Telomeren in menschlichen Körperzellen und solchen in Krebszellen. Dieser Aufsatz skizziert die Struktur und Bildung von Telomeren und diskutiert ihre Funktion mit zunehmendem Zellalter. Die Rolle von Telomeren in Krebszellen wird ebenfalls untersucht.

Telomere befinden sich an den Enden von linearen Chromosomen, die ihre Enden schützen. Telomere bestehen aus mehreren hundert Tandem-G-reichen Nukleotid-Wiederholungen in der 5'-zu-3'-Richtung beim Menschen ist diese Sequenz AGGGTT. Die Länge der Telomere ist je nach Gewebetyp variabel [1]. Telomere können am Ende linearer Chromosomen eine Telomerschleife (T-Schleife) bilden, die einen umfassenderen Schutz bietet [2].

In Körperzellen werden die Telomere mit jeder Zellteilungsrunde verkürzt. Wenn sich die Telomere verkürzen, werden die Enden der Chromosomen immer verletzlicher [3]. Eine Verkürzung der Telomere kommt jedoch in den meisten Krebszellen nicht vor. Krebszellen zeigen während ihrer gesamten Lebensdauer Telomerase-Aktivität, die es den Zellen ermöglicht, „unsterblich“ zu werden [4]. Obwohl alle Zellen Telomerase enthalten, ist sie typischerweise nur während der Entwicklung aktiv, genauer gesagt während der G1-Phase [5]. Telomerase bleibt nur in Zellen aktiv, die auch aktive menschliche Telomerase-Reverse-Transkriptase (hTRT) exprimieren [6]. Ein besseres Verständnis der Rolle von hTRT in Krebszellen kann zu fortgeschritteneren Krebsbehandlungen führen hTRT und andere assoziierte Proteine ​​können gezielt für medikamentöse Therapien eingesetzt werden, da es in anderen somatischen Zellen nicht aktiv ist [7].

Funktion und Struktur der Telomere Die bekannteste Funktion von Telomeren besteht darin, lineare Chromosomen vor dem Abbau an ihrem Ende zu schützen. T-Schleifenstrukturen bilden sich an den Chromosomenenden, indem ein 3’-Überhang links am Ende des Chromosoms zurückgeschleift wird und dieser in den doppelsträngigen Teil des Chromosoms eingebettet werden kann. Dieser Prozess wird durch die telomeren Repeat-bindenden Proteine ​​TRF1 und TRF2 vermittelt [8]. TRF1 und TRF2 sind in einem Komplex enthalten, der als Shelterin-Komplex bezeichnet wird. Es besteht aus TRF1, TRF2, TIN2, Rap1, TPP1 und Pot1 und schützt die Chromosomenenden durch Bildung und Erhaltung von Telomeren [9].

TRF2 bewirkt, dass das einzelsträngige Ende von Telomeren sequestriert und in einen doppelsträngigen Abschnitt des Telomers eingebettet wird. Dies führt zu einer dreisträngigen Struktur an der Insertionsstelle, die eine kleine Verdrängungsschleife (D-Schleife) bildet [10]. Die Daten zeigen, dass TRF2 an der D-Loop-Verbindung lokalisiert ist und TRF1 am doppelsträngigen Teil des Telomers gefunden wird. Während TRF2 als doppelsträngiges Telomer-bindendes Protein klassifiziert wurde, zeigen experimentelle Daten, dass die Überexpression einer dominant negativen TRF2-Zelllinie eine Wirkung auf den einsträngigen Teil des Telomers hat. Es führte auch zur Aktivierung des p53-Apoptosewegs [8].

Während der DNA-Replikation in somatischen Zellen kann die Polymerase das 3’-Ende des nacheilenden DNA-Strangs nicht replizieren (Abbildung 1. a-c). Infolgedessen werden Ihre Chromosomen mit jeder Replikationsrunde immer weniger geschützt [3]. Es wurden Assoziationen zwischen der Telomerlänge und dem Alter der Chromosomen hergestellt [11]. Mit jeder Replikationsrunde gehen zwischen 20 und 60 Basenpaare im Telomer verloren, diese Zahl ist abhängig vom Gewebetyp [11].

Weitere Funktionen sind die Verhinderung der homologen Rekombination an den Enden der linearen Chromosomen [3] und die Verhinderung der Aktivierung der vorzeitigen Apoptose [8]. Arbeiten von Griffith et al. zeigen, dass die Verarmung von TRF2 unter anderem zur Aktivierung eines Doppelstrangbruch-Checkpoints führt. Dieser Checkpoint signalisiert den p53-Weg, der oft zur Apoptose führt. All dies zusammen legt die Notwendigkeit von Telomeren für die Aufrechterhaltung der Chromosomenintegrität nahe [8].

T-Schlaufen T-Schleifen wurden 1999 in den Labors von Griffith und de Lange entdeckt und veränderten das bisherige Verständnis der Telomerstruktur. Früher wurde angenommen, dass Chromosomen in einem 3’-Überhang mit einem GT-reichen Repeat enden. Klobutcheret al. lieferten den ersten Hinweis darauf, dass es bei verschiedenen Arten an den Chromosomenenden eine Konservierung gibt, erkannten sie, dass es zwischen den Arten unterschiedliche Längen gibt, aber alle den gleichen 3’-Überhang am G-reichen Strang aufweisen [12]. Das aktuelle Verständnis der Telomerfunktion wurde 1999 im Griffith-Labor entdeckt. Mittels Elektronenmikroskopie wurde die Endstruktur der Chromosomen als Schleife sichtbar gemacht. Griffithet al. beschreiben eine dreisträngige Verdrängungsschlaufe (D-Schleife), die sich umfaltet und es dem einzelsträngigen Überhang ermöglicht, sich in die doppelsträngige Struktur einzustecken. Dieser Prozess wird mit den Sequestrierungsproteinen TRF1 und TRF2 erreicht [8].

TRF1 und TRF2 sequestrieren das einzelsträngige 3’-Ende des Telomers und schleifen es zurück, um eine T-Schleife zu bilden. Während TRF1 doppelsträngige Sequenzen der T-Schleife ausrichtet, schließt TRF2 die Schleife, indem es den Einzelstrang in einen Abschnitt des doppelsträngigen Abschnitts des Telomers einfügt und eine D-Schleifenstruktur bildet [8].

Die Entdeckung der Telomerase Die Telomerase wurde erstmals 1985 von Carol Greider und Elizabeth Blackburn entdeckt. Greider und Blackburn beschrieben die Telomerase zunächst als telomere terminale Transferase und konnten sie später als RNA-Ribonukleoprotein charakterisieren [10] [13]. Die Entdeckung der Telomerase eröffnete kurz nach der ersten Entdeckung in . das Feld für neue Forschungen Tetrahymena thermophil, Jack Szostak entdeckte die Telomerase-Aktivität in menschlichen HeLa-Zellen. HeLa-Zellen wurden vor einigen Jahren aus der Eierstockkrebspatientin Henrietta Lacks isoliert und prägten die unsterblichen Zellen. Bis zu diesem Zeitpunkt war unbekannt, was diese Zellen unsterblich machte. Diese Ära war der Beginn eines neuen Verständnisses der Zellalterung [4].

2009 ging der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin an Elizabeth Blackburn, Carol Greider und Jack Szostak für ihre Arbeiten zur Telomerfunktion und dem Mechanismus der Telomerase [14].

Regulierung der Telomerase Telomerase ist ein Ribonukleoproteinkomplex, der eine telomerische RNA-Untereinheit (TR), einen katalytischen Kern und eine Telomerase-Reverse-Transkriptase (hTRT) enthält. Es ist auch von mehreren akzessorischen Proteinen umgeben [14]. Die TR-Komponente der Telomerase ist eine RNA-Sequenz, die komplementär zu den wiederholten Sequenzen ist, die im Telomer beim Menschen gefunden werden. Diese Sequenz ist 3′-CAAUCCCAAUC-5′ [15]. Interessanterweise wiederholen sich nur 6 Nukleotide dieser Sequenz in Telomeren, die anderen dienen dazu, die Telomerase auf der DNA auszurichten. Die RNA-Matrizensequenz fungiert als Primer am 3’-Überhang des nacheilenden Strangs während der DNA-Replikation (Abbildung 1. d). Die Telomerase bewegt sich schrittweise in 5’-3’-Richtung und fügt kontinuierlich Wiederholungen von 6 Nukleotiden Länge hinzu (Abbildung 1. e). Sobald dieser Schritt abgeschlossen ist, ist die DNA-Polymerase α in der Lage, die Verlängerung des nachlaufenden Strangs abzuschließen (Abbildung 1. F) [1].

Die katalytische Untereinheit der Telomerase in Homo sapiens ist Humane Telomerase Reverse Transkriptase (hTRT) [6]. Nakayamaet al. charakterisierten hTRT durch Messung der Telomerase-Aktivität in humanen Fibroblastenzellen, die hTRT überexprimieren. Sie konnten sehen, dass bei Überexpression von hTRT in Telomerase-negativen Zellen Telomerase-Aktivität induziert wird. In Zellen, die hTRT-Mutationen enthalten, wird keine Telomerase-Aktivität induziert, wodurch die Beziehung zwischen hTRT und Telomerase-Aktivität charakterisiert wird. Dies führte dazu, dass sie die Aktivität in krebsartigen Leberzellen und nicht krebsartigen Leberzellen messen, wo sie konsistente Ergebnisse sahen. Sie kamen zu dem Schluss, dass hTRT das katalytische Protein ist, das für die Aktivierung der Telomerase verantwortlich ist und eine wichtige Rolle bei der Unsterblichkeit von Krebszellen spielt [6].

Telomere und Alterung

Das Tumorsuppressorprotein p53 ist für die Apoptose und den Zellzyklusarrest verantwortlich. Da sich Telomere kritisch auf unsichere Längen verkürzen, wird p53 aktiviert und die Seneszenz gefördert. Seneszenz ist, wenn sich Zellen nicht mehr replizieren, was schließlich zur Apoptose führt [16]. Dieser Mechanismus ermöglicht es Zellen, die Integrität ihrer Chromosomen aufrechtzuerhalten. Diejenigen mit hyperverkürzten Telomeren verlieren ihren Schutz und unterliegen Translokationen, Deletionen, homologe Rekombination und anderen Schäden [7]. Diese Art von Schädigung kann zu Gewebealterung und degenerativen Erkrankungen führen [16].

Einige alternde Phänotypen beim Menschen können zu verkürzten Telomerlängen beigetragen haben, wie bei Telomerase-Knockout-Mäusen gezeigt wurde. Telomerase-Knockout-Mäuse in späteren Generationen zeigen Anzeichen des Alterns, einschließlich grauem Fell und der Unfähigkeit, auf körperliche Stressfaktoren wie Wundheilung zu reagieren. Viele der beobachteten Phänotypen, die mit den inneren Organen der Haut, einschließlich Nieren, Gehirn und Herz-Kreislauf-System, korreliert sind, zeigen kein fortgeschrittenes Altern mit verkürzten Telomeren [18]. Während diese Informationen im Bereich der Telomere und des Alterns vielversprechend sind, können sie nicht direkt auf den Menschen übertragen werden. Maus-Telomere reichen von 50-150 kbp, während sie beim Menschen etwa 15 kbp lang sind. Dies, kombiniert mit der kurzen Lebensdauer von Mäusen im Vergleich zum Menschen [17], legt nahe, dass die Instabilität von Chromosomen mit verkürzten Telomeren wahrscheinlich stärker von der Anfälligkeit als von ihrer tatsächlichen verkürzten Länge abhängt. Ein geringerer Telomerschutz an exponierten Chromosomenenden kann zu Rekombination und Krebs führen.

Gealterte Chromosomen mit verkürzten Telomeren haben eine Korrelation mit Anomalien wie Robertson-Fusionen (End-to-End-Fusionen). Sie sind auch mit der spontanen Tumorentstehung korreliert. Bei Telomerase-Knockout-Mäusen wurde eine Krebsentstehung beobachtet.

Telomere und Krebs

Telomerase activity in cancer cells The majority of cancer cell lines have activated telomerase activity giving them an extended, and sometimes immortal, life [4]. An estimated 80% of tumors contain active telomerase throughout their lifespan. It was recently shown that these telomerase positive tumors also express contain long interspersed nuclear elements-1 (LINE-1) which are responsible for telomere maintenance in pathological cells [19]. cMyc and Krüppel-like factor-4 (KLF-4) are potential oncogenes cMyc codes for a transcription factor while KLF-4 is a transcription factor itself. When Aschacher et al performed LINE-1 knockdown, they observe increased telomere dysfunction and decreased levels of cMyc and KLF-4 were also knocked down. This suggests that LINE-1 acts as a regulatory element by means of cMyc und KLF-4 [19].

Cancer cells as research tools The research done by Aschacher et al. proposes LINE-1 as a rational target for inhibiting telomerase activity in cancer cells. Their experimentation shows that G2 cell cycle arrest is observed in LINE-1 depleted cell lines. This suggests that inhibition of the effects of LINE-1, either by directly targeting it or through cMya und KLF-4 , could be an effective way of repression tumor growth as LINE-1 is only found in active tumor cells [19].

Another proposed mark for cancer drugs is TRF2. TRF2 has shown to be essential in the formation of telomeres [8]. TRF2 disruption can impair telomere maintenance and elicit a DNA damage response. A chemical inhibitor is being studied to bind to the TRF2 domain to switch off its signaling [20].

Figure 1: Mechanism of telomerase. (a.) Lagging and leading strands are primed by primase to prepare for elongation by polymerases α and δ (b.). The result is a 3’ overhang on the lagging strand caused by nucleolytic degradation of the 5’ end [23](c.) leaving the chromosome vulnerable to damage and shortening after each round of replication without the action of telomerase (d). Telomerase containing telomeric template attaches to the overhang and elongates (e.) the 3’ overhang with a series of tandem 6 nucleotide repeats. (f). Primase with polymerases α and δ are then able to complete double strand synthesis. Abschluss

The future of research regarding telomeres and cancer research lies in using associated proteins as drug targets. As telomerase activity is noted in 80% of tumor cells, telomerase and its associated proteins are a good place to start. It is a specific target as most adult somatic cells do not have active telomerase [21]. The downfall of this method is that existing cancer cells with elongated telomeres will have to go through significant numbers of cell division until senescence is reached [22].


Stress speeds up aging through telomere shortening

Aging and stress in the workplace: accelerated telomere shortening

Stress in the workplace occurs when there is no balance between what a person perceives the constraints are and how well they feel they can deal with them. Although stress is not a disease, prolonged exposure to it has negative effects on health. It is called chronic stress [5].

Many studies have shown a link between chronic stress in the workplace and a degradation in health. The risk to develop cardiovascular diseases increases as the capacity of the immune system decreases [6]. Although the missing link between stress and health (and aging) has not yet been singled out, we know that it tampers with cell function. However, cell environment plays an important role when regulating telomere length and telomerase activity. Researchers studied healthy women under different levels of chronic stress to determine if it had any impact on telomere length or influence on their physiological age [6].

The subjects under a more important stress had shorter telomeres. On average, there is a 550bp difference in telomere sequence length, no matter the chronological age of the subject, between the subjects undergoing high levels of stress and those with low levels of stress in the workplace [6]. The difference is linked to a 10 years increase of the biological age [6].

In the high-level stress group, telomerase activity is 48% lower than in subjects in the group with lower levels of stress. When this decrease of telomerase activity becomes chronic, it contributes to accelerated telomere shortening [6].

This proves the influence of extracellular factors, such as stress in the workplace, on telomere shortening. It would then be strongly linked to an increase in oxidative stress, a decrease of telomerase activity and an acceleration of telomere shortening. All of these would result in early cell senescence [4], which impacts the lifespan of the cells as well as the physiological age.


Telomeres are repeated DNA sequences that form the end caps of chromosomes. A little of their length is lost with each cell division, and cells self-destruct or become senescent and cease replication when telomeres become too short. This is a part of the Hayflick limit on cell replication: near all cells in the body can only divide a limited number of times. Stem cells are the first exception, using telomerase to extend telomeres. Cancer cells are the second exception, employing either telomerase or the alternative lengthening of telomeres (ALT) mechanisms that do not operate in normal cells. Telomere lengthening is a universal mechanism in cancer, and thus there is considerable interest in producing a single class of treatment, based on interference in telomere lengthening, that can potentially shut down all cancers.

The original vision for whole-body interdiction of telomere lengthening, a part of the SENS rejuvenation research agenda, was to turn off the processes that lengthen telomeres throughout the body. Perhaps temporarily, or, in a more futuristic option, perhaps permanently when deployed in conjunction with periodic replacement of stem cell populations. Since the original proposition was put forward, research into ALT hasn't made all that much progress, perhaps because only 10% of cancers exhibit this behavior. Research into interfering with telomerase-based telomere lengthening has progressed, however, and diversified into a number of interesting lines of work. All of these seem likely to be targeted to cancer cells, either as an inherent result of the mechanism, or by combining the therapy with a selective delivery system.

One recent example of many is the work of Maia Biotechnology, building on an approach that sabotages telomerase-based telomere lengthening in a subtle way that has the outcome of killing cells. Today's research materials are another example of a program at an earlier stage of exploration, more focused on an indirect approach to reducing telomerase activity, one that can involve signaling applied outside the cell. This makes it an attractive basis for the development of therapies.

Researchers have in the past provided evidence to suggest that shelterins, proteins that wrap around telomeres and act as a protective shield, might be therapeutic targets for cancer treatment. Subsequently, they found that eliminating one of these shelterins, TRF1, blocks the initiation and progression of lung cancer and glioblastoma in mouse models and prevents glioblastoma stem cells from forming secondary tumours. Now researchers go one step further and describe for the first time how telomeres can be regulated by signals outside the cell that induce cell proliferation and have been implicated in cancer. The finding opens the door to new therapeutic possibilities targeting telomeres to help treat cancer.

Researchers have outlined a link between TRF1 and the PI3K/AKT signalling pathway. This metabolic pathway, which also encompasses mTOR, is one of the pathways most frequently affected in numerous tumorigenic processes. However, it was not known whether preventing TRF1 regulation by this pathway can have an impact on telomere length and its ability to form tumours. AKT acts as a transmitter of extracellular signals triggered by, among others, nutrients, growth factors, and immune regulators, to the interior of cells.

Researchers modified the TRF1 protein in cells to make it unresponsive to AKT, using the gene-editing tool CRISPR/Cas9. This way, TRF1 and the telomeres became invisible to any extracellular signals transmitted by AKT. Telomeres in these cells shortened and accumulated more damage most importantly, the cells were no longer able to form tumours, indicating that telomeres are important targets of AKT and its role in cancer development.

The paper shows that telomeres are among the most important intracellular targets of the AKT pathway to form tumours, since, although neither the function of AKT nor of any of the thousands of proteins that are regulated by it was altered, only blocking AKT's ability to modify telomeres was sufficient to slow tumour growth. The next step will be to generate genetically modified mice with telomeres that are invisible to AKT. The authors anticipate that these mice will be more resistant to cancer.

The telomere-bound shelterin complex is essential for chromosome-end protection and genomic stability. Little is known on the regulation of shelterin components by extracellular signals including developmental and environmental cues. Here, we show that human TRF1 is subjected to AKT-dependent regulation. To study the importance of this modification in vivo, we generate knock-in human cell lines carrying non-phosphorylatable mutants of the AKT-dependent TRF1 phosphorylation sites by CRISPR-Cas9.

We find that TRF1 mutant cells show decreased TRF1 binding to telomeres and increased global and telomeric DNA damage. Human cells carrying non-phosphorylatable mutant TRF1 alleles show accelerated telomere shortening, demonstrating that AKT-dependent TRF1 phosphorylation regulates telomere maintenance in vivo. TRF1 mutant cells show an impaired response to proliferative extracellular signals as well as a decreased tumorigenesis potential. These findings indicate that telomere protection and telomere length can be regulated by extracellular signals upstream of PI3K/AKT activation, such as growth factors, nutrients, or immune regulators, and this has an impact on tumorigenesis potential.

Telomere lengthening is much safer method of avoiding SASP caused by replicative senescence then any senolytic ever would be. Dual inhibitor/activator substances like sylibinin and baicalin (but more potent) would be the best - inhibiting telomerase in cancer cells and activating telomerase in healthy cells at the same time.

the body has powerful method to turn off telomerase - its TGFbeta (part of the SASP) but switching telomerase off doesn't kill cancer - it kills the host.

Oncosens is the part of SENS with the slowest progress. It needs a very good gene editing technology and a very good stem cell replacement technology. Despite the big money put in both, it's not clear at all to me whether they will arrive in time for me or any other middle-aged person.

By hook or by crook we need to defeat cancer comprehensively, or everything else will at best buy us time until the inevitable strikes us all.

@Antonio
Aubrey said, I think, last year, that anti cancer immune therapy is progressing so well that we might not need resort to whole body telomerase..

I know what he said, but immune therapy will never be a comprehensive solution, and anyway I don't see it progressing so fast in the clinic.

WILT is a non-starter to begin with

It's clearly the one part of SENS Aubrey knew he was creating an option which had no merit / potential for human use, about but had to create the 7th bucket

It's the equivalent of using chemotherapy for weight loss

Turning off or getting rid of all telomerase, and then radically improving senolytics, seems like a good technique for enhanced longevity.


ZUSCHÜSSE

Work in the laboratory of the author is supported by National Institutes of Health Grant AI-29524, Canadian Institutes of Health Research Grant MOP38075, and the National Cancer Institute of Canada (with support from the Terry Fox Run).

We thank Irma Vulto for assistance in the preparation of Figure 6.

Address for reprint requests and other correspondence: P. M. Lansdorp, Terry Fox Laboratory, British Columbia Cancer Agency, Vancouver, British Columbia V5Z 1L3, Canada (e-mail: [email protected] ).



Bemerkungen:

  1. Christofor

    Großartig, das ist ein sehr wertvolles Stück.

  2. Truesdale

    Du hast nicht recht. Ich bin versichert. Ich schlage vor, es zu diskutieren. Schreiben Sie mir in PM, wir werden kommunizieren.

  3. Togrel

    Es ist Zeit, vernünftig zu werden. Es ist Zeit, an sich selbst zu kommen.

  4. Tok

    Ich bin der Meinung, dass Sie nicht Recht haben. Ich bin versichert. Lassen Sie uns darüber diskutieren. Schreib mir per PN.

  5. Orsen

    Natürlich hast du recht. Das hat etwas daran, und das ist eine großartige Idee. Ich unterstütze dich.

  6. Vikasa

    Ob es Analoga gibt?

  7. Wulfcot

    Etwas brachte mich nicht zu diesem Thema.

  8. Mbizi

    Nämlich: Es gibt nur schwarze Kaviar, um sich auf dem schwarzen Meer zu entspannen und einen schwarzen, sehr schwarzen Audi zu reiten!

  9. Mylnburne

    Ja wirklich. Ich habe mich ganz oben erzählt. Wir können über dieses Thema kommunizieren. Hier oder in PM.



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