Nieśmiertelność komórek w hodowli,

telomery i telomeraza

telomery w komórce mysiej

Andrzej Wójcik

[e-mail]

Czy komórki w hodowli są nieśmiertelne?

około 50 podziałów
skracanie telomerów

M1

komórka

prawidłowa

śmierć

limit Hayflicka

1965. Leonard Hayflick odkrywa, że komórki wyizolowane z tkanki
i hodowane w warunkach in vitro starzeją się i obumierają
po ~50. podziale komórkowym.

starzenie
I śmierć

Czy komórki w hodowli są nieśmiertelne?

około 50 podziałów
skracanie telomerów

M1

komórka

prawidłowa

transformacja
(wirus SV40)
dalsze skracanie telomerów

M2

aktywacja

telomerazy

komórka

nieśmiertelna

śmierć

śmierć

kryzys M2:

- przemieszczenia chromosomowe

- telomery śródmiąższowe

limit Hayflicka

1965. Leonard Hayflick odkrywa, że komórki wyizolowane z tkanki
i hodowane w warunkach in vitro starzeją się i obumierają
po 50 podziale komórkowym.

starzenie
I śmierć

Niektóre starzejące się komórki
ulegają transformacji…

Hipoteza telomerowa

Joseph H.

Muller

(1890 - 1967)

Drosophila

melanogaster

Barbara

McClintock

(1902 - 1992)

Zea

mays

chromosomy ludzkie

dicentryk

3'

5'

5'

3'

3'

5'

5'

3'

5'

3'

3'

5'

kierunek

replikacji

nić

prowadząca

nowa

nić

opóźniona

nowa

starter

Problemy z replikacją DNA

schemat

Polimeraza syntetyzuje nową nić począwszy od

startera w kierunku 5' 3'

chromosom

5'

3'

Po każdej replikacji DNA chromosom ludzki ulega skróceniu o 50 - 100 pz

chromosom

Struktura telomerów

1972. E. Blackburn - telomery Tetrahymeny: (TTGGGG)

n

1988. R. Moyzis -

telomery ludzkie: (TTAGGG)

2000

T

G

G

G

A

T

T

G

G

G

A

T

G

G

G

A

T

A A T

T

C C C

C C

5'

5'

3'

3'

wystająca nić jest

bogata w guaninę

hybrydyzacja in situ
chromosom ludzki

kwartet G

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

około 50

podziałów

śmierć

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

- 1971: Ołownikow, 1986 Cook i wsp.: replikometr

rejestruje skracanie telomerów

- 1998: Bodnar i wsp., aktywacja

telomerazy

wyłącza replikometr

Hayflick
1965

5'

3'

5'

3'

G

T

G

G

G

A

T

G

G

G

A

G

G

3'

C C C

5'

T T

A

C

U

A

C C

C

A

A

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

DNA

U

C

matryca RNA

telomerazy

telomeraza

T

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