التيلوميرات: ما هي ، وكيف تؤثر على الشيخوخة؟
التيلوميرات هي “الأغطية” التي تحمي أطراف خيوط الحمض النووي من التدمير بواسطة الخلية. وهي تتكون من مناطق من تسلسل الحمض النووي المتكرر مقترنة ببروتينات معينة في نهايات الكروموسومات – هياكل الجرح بإحكام من الحمض النووي والبروتينات داخل الخلايا. تلعب التيلوميرات دورًا في مدى سرعة تقدم الخلايا في العمر ، على الرغم من عدم وضوح كيفية ذلك بالضبط.
الكائنات الحية التي لا تحتوي على كروموسومات دائرية – بما في ذلك البشر والحيوانات الأخرى والنباتات وحتى الطلائعيات أحادية الخلية – لها تيلوميرات. تعمل التيلوميرات كحواجز تمنع تدهور الحمض النووي وفساده.
قال جان كارلسيدر إنه إذا لم تكن خلايانا تحتوي على تيلوميرات ، فإن الآلات الخلوية “ستمضغ أطراف الكروموسومات وتحولها إلى جينات أساسية”. (يفتح في علامة تبويب جديدة)، وهو أستاذ في معهد سالك للدراسات البيولوجية في كاليفورنيا ومدير مركز جلين لبيولوجيا أبحاث الشيخوخة في معهد سالك. قد تعلق الخلية أيضًا نهاية أحد الكروموسوم بنهاية آخر ، وهو ما قال إنه سيكون “حدثًا كارثيًا” للخلية.
قال Karlseder لـ Live Science: “نظرًا لأن الكروموسومات الخاصة بنا عبارة عن قطع خطية من الحمض النووي ، فقد تطورت بنية تسمى التيلومير تحمي الأطراف الطبيعية للكروموسومات من التعرف عليها على أنها تلف الحمض النووي”.
في كل مرة تنقسم الخلية ، يتم فقد جزء من التسلسل المتكرر في التيلومير. عندما تصبح التيلوميرات أقصر من أن تعمل بكفاءة ، تموت الخلية أو تتوقف عن الانقسام. لذلك ، نظرًا لأن معظم الخلايا لا تستطيع تجديد التيلوميرات الخاصة بها ، فإنها تصبح أقصر مع تقدم العمر. كما ارتبط المعدل الذي تقصر به التيلوميرات بمعدلات الشيخوخة.
حصل يان كارلسيدر على درجة الدكتوراه من معهد البيولوجيا الجزيئية في النمسا وأكمل باحثين ما بعد الدكتوراة في كل من مركز علم الوراثة التطبيقي (النمسا) وجامعة روكفلر. وهو حاليًا أستاذ في مختبر البيولوجيا الجزيئية والخلوية في معهد سالك للدراسات البيولوجية وحائز على كرسي دونالد ودارلين شيلي.
ما هي وظيفة التيلوميرات؟
في البشر وجميع الفقاريات ، تكرر التيلوميرات تسلسل النوكليوتيدات TTAGGG – اثنان من الثايمين ، واحد أدينين وثلاثة جزيئات غوانين. النيوكليوتيدات هي الجزيئات التي تشكل تسلسل الحمض النووي. في البشر ، يمكن أن يتكرر هذا التسلسل حوالي 3000 مرة ، لكن عدد التكرارات يختلف باختلاف الأنواع. في نهاية التيلومير ، يوجد نوع من “العقدة” يسمى حلقة T ، والتي يتم الحفاظ عليها بواسطة بنية بروتينية معينة تسمى مركب ملجأ. تجعل الحلقة T والملاجئ من الصعب على الخلية تدمير الحمض النووي في نهاية الكروموسوم ، بينما توفر التسلسلات المتكررة طبقات من الشفرة الجينية يمكن للخلية تدميرها دون التدخل في الحمض النووي الذي تحتاجه للعمل.
في معظم الخلايا ، تصبح التيلوميرات أقصر بمرور الوقت لأن الخلية تدمر المزيد من شفرتها الجينية. ومع ذلك ، يمكن لبعض الخلايا ، مثل الخلايا الجذعية ، التي تولد أنواعًا عديدة من الخلايا المتخصصة في الجسم ، وخلايا السلالة الجرثومية ، التي تشكل البويضات والحيوانات المنوية – استخدام إنزيم يسمى تيلوميراز لتجديد التيلوميرات الخاصة بها. تشير بعض الأبحاث إلى أنه قد تكون هناك طرق لزيادة طول التيلومير قليلاً في أنواع أخرى من الخلايا.
التيلوميرات والشيخوخة
لا تستطيع معظم الخلايا تجديد التيلوميرات الخاصة بها ، مما يجعلها أقصر على مدار عمر الخلية والكائن الحي. قال كارلسيدر: “إن تقصير التيلومير يحدد حقًا مدى حياة خلايانا عن طريق الحد من عدد التضاعفات السكانية أو خلايا التكاثر التي يمكن أن تخضع لها”.
منذ عمل عالمة الأحياء إليزابيث بلاكبيرن الحائزة على جائزة نوبل (يفتح في علامة تبويب جديدة) الكشف عن طبيعة التيلوميرات ووجود إنزيم التيلوميراز ، دعمت العديد من الدراسات الارتباط بين العمر البيولوجي وطول التيلومير والصحة العامة والوفيات.
دراسة عام 2003 في مجلة The Lancet (يفتح في علامة تبويب جديدة) وجدت أنه في عينة من الأشخاص الأصحاء على ما يبدو فوق سن الستين والذين تابعهم الباحثون مع مرور الوقت ، كان لدى الأشخاص الذين لديهم تيلوميرات أقصر معدلات وفيات أعلى من أمراض القلب والأمراض المعدية. في عام 2013 ، الدراسة الأولى (يفتح في علامة تبويب جديدة) من نوعه وجد أن التغييرات في نمط الحياة في التمارين الرياضية والنظام الغذائي وإدارة الإجهاد والدعم الاجتماعي ارتبطت بزيادة طول التيلومير في مجموعة صغيرة من الرجال المصابين بسرطان البروستاتا منخفض الخطورة. مراجعة 2022 (يفتح في علامة تبويب جديدة) وجد أن النشاط البدني المنتظم المعتدل إلى القوي يبدو أنه يساعد في الحفاظ على طول التيلومير. تم ربط معدل تقصير التيلومير بمدى الحياة في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية. دراسة عام 2019 في مجلة Proceedings of the National Academy of Sciences (يفتح في علامة تبويب جديدة) وجد أنه في حين أن القياس العام لطول التيلومير في الكائن الحي لم يكن له أي علاقة مع مدى الحياة ، فكلما انخفض طول التيلوميرات في الكائن بسرعة أكبر ، كان عمرهم أقصر.
“لا تزال الأسباب الدقيقة للشيخوخة غير مفهومة ، ومن غير الواضح لماذا تعيش بعض الأنواع أقل من 1 [day]، بينما يمكن للآخرين أن يعيشوا أكثر من 400 [years]، “الافتتاحية المذهلة للدراسة. يمكن أن تساعد التيلوميرات في إلقاء الضوء على هذا اللغز الطويل الأمد.
دراسة 2021 في مجلة GeroScience (يفتح في علامة تبويب جديدة) يفترض أن عواقب طول التيلومير يمكن أن تؤثر على عمر الشخص. فحص الباحثون نتائج الاستطلاع من أكثر من 400 ألف مشارك في البنك الحيوي بالمملكة المتحدة ، وهو قاعدة بيانات كبيرة للمعلومات الصحية من الأشخاص الذين يعيشون في المملكة المتحدة. ووجدوا أن الأشخاص الذين لديهم تنبؤات جينية بطول التيلومير الأطول كانوا أكثر ميلًا للقول إن الناس يميلون إلى الاعتقاد بأنهم يبدون أصغر من أعمارهم.
التيلوميرات والسرطان
تتمثل إحدى الطرق الرئيسية لربط التيلوميرات بالصحة في مخاطر الإصابة بالسرطان. عندما تصبح التيلوميرات قصيرة جدًا ، فمن المرجح أن يتلف الحمض النووي المنسوخ أثناء انقسام الخلايا ، مما قد يزيد من خطر الإصابة بالسرطان.
هناك طريقة أخرى يمكن أن يؤدي بها خلل في التيلومير إلى الإصابة بالسرطان وهي إذا أصبح إنزيم التيلوميراز نشطًا في الخلايا حيث لا ينبغي أن يكون.
قال كارلسيدر: “لقد وجدت كل خلية سرطانية إلى حد كبير آليات للحفاظ على التيلوميرات والتغلب على مسار تقصير التيلومير”. وهذا ما يحافظ على الخلايا السرطانية خالدة.
يحاول الجسم إحباط السرطان عن طريق منع الخلايا ذات التيلوميرات القصيرة جدًا من الانقسام ، وهو ما يسمى بالشيخوخة.
أكمل Karlseder ، جنبًا إلى جنب مع فريق من الباحثين في معهد Salk ، دراسة نُشرت في عام 2023 في مجلة Nature (يفتح في علامة تبويب جديدة)، يوضح كيف يمكن أن تؤدي التيلوميرات إلى موت الخلية: فهي تتحدث إلى ميتوكوندريا الخلية ، وهي مزود الطاقة الخاص بها ، لتسبب التهابًا مميتًا أثناء الأزمة ، وبدء موت الخلايا المبرمج استجابةً للتيلوميرات القصيرة للغاية. تلقي هذه العملية الضوء على كيفية مساعدة التيلوميرات في منع الخلايا من أن تصبح سرطانية.
على الرغم من بعض الأبحاث (يفتح في علامة تبويب جديدة) يشير كارلسيدر إلى أن حماية التيلوميرات أو حتى تجديدها يمكن أن يطيل العمر الافتراضي ، كما قال كارلسيدر إن خطر الإصابة بالسرطان يجعل هذا الأمر مشبوهًا.
قال: “سأحذر بشدة من الأساليب التي تؤدي ببساطة إلى إطالة التيلوميرات”. “نحن نعلم أن هذا سيؤدي إلى الإصابة بالسرطان ، وليس بالضرورة إلى عمر طويل.”
وقال إنه بدلاً من محاولة إطالة العمر الافتراضي وعكس مسار الشيخوخة ، يجب أن يركز الباحثون بشكل أكبر على تمديد “الفترة الصحية” – مقدار الوقت الذي يقضونه في صحة جيدة.
قال كارلسيدر إن أحد أغراض عملية الشيخوخة “هو بالفعل منع حدوث السرطان. يجب أن نرحب بالشيخوخة كآلية لقمع السرطان”.
