Nieśmiertelność komórek w hodowli, telomery i telomeraza

Nieśmiertelność komórek w hodowli,
telomery i telomeraza
Andrzej Wójcik
[email protected]
telomery w komórce mysiej
Czy komórki w hodowli są nieśmiertelne?
1965. Leonard Hayflick odkrywa, że komórki wyizolowane z tkanki
i hodowane w warunkach in vitro starzeją się i obumierają
po ~50. podziale komórkowym.
komórka
prawidłowa
około 50 podziałów
skracanie telomerów
starzenie
I śmierć
M1
śmierć
limit Hayflicka
Czy komórki w hodowli są nieśmiertelne?
1965. Leonard Hayflick odkrywa, że komórki wyizolowane z tkanki
i hodowane w warunkach in vitro starzeją się i obumierają
po 50 podziale komórkowym.
komórka
prawidłowa
Niektóre starzejące się komórki
ulegają transformacji…
około 50 podziałów
skracanie telomerów
starzenie
I śmierć
limit Hayflicka
M1
transformacja
(wirus SV40)
dalsze skracanie telomerów
śmierć
M2
śmierć
kryzys M2:
aktywacja
telomerazy
komórka
nieśmiertelna
- przemieszczenia chromosomowe
- telomery śródmiąższowe
Hipoteza telomerowa
Joseph H.
Muller
Barbara
McClintock
(1890 - 1967)
(1902 - 1992)
Drosophila
melanogaster
Zea
mays
chromosomy ludzkie
dicentryk
Problemy z replikacją DNA
schemat
Polimeraza syntetyzuje nową nić począwszy od
startera w kierunku 5'
3'
5'
chromosom
5'
3'
3'
5'
3'
kierunek
replikacji
3'
starter
5'
nić
prowadząca
nowa
5'
3'
nić
opóźniona
nowa
chromosom
3'
5'
3'
5'
Po każdej replikacji DNA chromosom ludzki ulega skróceniu o 50 - 100 pz
Struktura telomerów
1972. E. Blackburn - telomery Tetrahymeny: (TTGGGG)n
1988. R. Moyzis - telomery ludzkie:
(TTAGGG)2000
kwartet G
3'
T
C
5'T
A
G G
C C
G
T
C C
5'
T A
G G
G T
A A
T
T A
G G
G
3'
wystająca nić jest
bogata w guaninę
hybrydyzacja in situ
chromosom ludzki
Funkcje telomerów
• zapobieganie utraty informacji genetycznej na skutek
skracania chromosomów podczas replikacji
• "czapki" chroniące chromosomy przed łączeniem
się z innymi chromosomami
• organizacja chromatyny w jądrze komórkowym
- telomery są przyczepione do zrębu
jądrowego
- sekwencje subtelomeryczne ułatwiają łączenie
homologicznych chromosomów podczas
"crossing - over"
Skracanie telomerów: zegar biologiczny
fibroblasty
ludzkie
- maksymalna liczba podziałów jest odwrotnie
proporcjonalna do wieku dawcy
- maksymalna liczba podziałów jest wprost
proporcjonalna do długości życia gatunku
- komórki posiadają wskaźnik liczby
podziałów: replikometr
Hayflick
1965
około 50
podziałów
śmierć
- 1971: Ołownikow, 1986 Cook i wsp.: replikometr
rejestruje skracanie telomerów
- 1998: Bodnar i wsp., aktywacja telomerazy
wyłącza replikometr
Telomeraza
Wysoce procesywna odwrotna transkryptaza z własną matrycą
odkryta przez C. Greider i E. Blackburn w Tetrahymena (1985).
Telomeraza ludzka syntetyzuje in vitro setki sekwencji TTAGGG
matryca RNA
telomerazy
telomeraza
5'
3'
C
U
DNA
3'
5'
C
C
C
5'
G G G T T
C
A G
A A U C C
G G T
T
A
C
G
A
A
T
G
G
3'
Gdzie i kiedy czynna jest telomeraza?
- orzęski:
Tetrahymena
Oxytricha
Euplotes
- drożdże
- ludzkie komórki pnia:
komórki szpiku kostnego
komórki w kryptach jelita
komórki rozrodcze
- komórki nowotworowe
- myszy:
we wszystkich tkankach
Telomeraza w komórkach nowotworowych
•
Aktywacja telomerazy jest czynnikiem niezbędnym
dla nieograniczonego podziału komórki
•
Telomeraza jest czynna w około 90% nowotworów
•
A co z pozostałymi 10% ?
Alternatywne mechanizmy przedłużania telomerów
Rekombinacja
A
B
C
• rekombinacja prowadzi do "skokowych" przedłużeń telomerów
• mechanizmem regulującym jest dysocjacja białek telomerowych