ΤΕΛΟΜΕΡΑΣΗ Το ένζυμο της αθανασίας

Το μεγαλύτερο επίτευγμα της επιστήμης του 20ου αιώνα δεν είναι η κατάκτηση του διαστήματος όπως θεωρείται από πολλούς, αλλά η αποκωδικοποιήση του ανθρώπινου γονιδιώματος. Μιά τεράστια προσπάθεια του ανθρώπου να ρίξει φως στη θεία βούληση. Από τότε οι έρευνες και οι ανακαλύψεις συνεχίστηκαν με αλματώδη βήματα. Από τα πρώτα σπουδάια ευρήματα του του 21ου αιώνα στον τομέα της μοριακής βιολογίας είναι η "τελομεράση".
Είναι το "υπερ-ένζυμο" που υπόσχεται υγεία και αιώνια νεότητα. Εδω η επιστήμη αγγίζει τα όρια της φιλοσοφίας και θπόσχεται να νικήσει τους τρεις προαιώνιους εχθρούς της ανθρωπότητας- την αρρώστια, τα γηρατειά και τον θάνατο.

Βρισκόμαστε στο 1961. Ο ανατόμος Lenard Hayflick πειραματιζόταν με καλλιέργειες εμβρυακού ιστού προσπαθώντας να καταλάβει αν η γήρανση οφείλεται στην εξασθένηση των ίδιων των κυττάρων, που παρασέρνουν μαζί τους ολόκληρο τον οργανισμό, ή σε κάποιο "ηλικιακό" παράγοντα φθοράς στους ιστούς που αυτ'α συνθέτουν. Παρακολουθώντας την αναπαραγωγική ικανότητα των κυττάρων, παρατήρησε ότι αφού αναπαράχθηκαν 75-100 φορές σταμάτησαν απότομα τον κύκλο αναπαραγωγής τους και άρχισαν να παρουσιάζουν συμπτώματα γήρατος , φθάνοντας τελικά στον κυτταρικό θάνατο .

Οταν επανέλαβε το ίδιο πείραμα με κύτταρα ενός 70χρονου, ανακάλυψε ότι η κυτταρική γήρανση άρχισε πολύ νωρίτερα, μετά από τις μισές περιπου διαιρέσεις σε σχεση με τον προηγούμενο νεανικό ιστό.Το συμπέρασμα ήταν το εξής: Τα κύτταρα του γηριαότερου ανθρώπου ήταν και αυτά γηραιότερα και ότι υπάρχει ένα είδος βιολογικού ρολογιού σε κυτταρικό επίπεδο  που ελέγχει το χρόνο ζωής των κυττάρων. Αυτός ο χρόνος καθορίζεται από τον αριθμό των διαιρέσεων ο οποίος είναι καθορισμένος και βρίσκεται κωδικοποιημένος κάπου μέσα στο κύτταρο. Ο αριθμός αυτός ονομάστηκε όριο Hayflick πρός τιμή του ανατόμου ερευνητή. Ο ίδιος όμως ο Hayflick δεν κατάλαβε γιατί τα κύτταρα πεθαίνουν. Αργότερα οι βιολόγοι κατά τη χαρτογράφηση του ανθρωπινου γονιδιώματος ,προσπαθησαν να βρουν ένα γονίδιο που να ελέγχει τη θνησιμότητα των κυττάρων και κατ'επεκταση τον προγραμματισμένο βιολογικά θάνατο από το ίδιο το γενετικό μας υλικό. Στις αρχές της δεκαετίας του 70 η μοριακή βιολόγος Elizabeth Blackburn απομόνωσε σε ένα μονοκύτταρο βλεφαδοφόρο πρωτόζωο το πρώτο τελομερές. Το 1988 ο Robert Moysis απομόνωσε το πρωτο ανθρώπινο τελομερές.
Τα τελομερή ήταν μιά περιοχή στο άκρο των χρωματοσωμάτων η οποία δεν φαινόταν να επιτελεί κανένα ιδιάιτερο σκοπό. Εμοιαζε περισσότερο με τη πλαστική μανσέτα στο τέλος των κορδονιών που εμποδίζει το ξετύλιγμα του νήματος. Το όνομα τελομερές προέρχεται απο τίς ελληνικές λέξεις "τέλος" και "μέρος" . Το γενετικό μας υλικό (DNA) αποτελείται από μεγάλες γραμμικές νουκλεοτιδίων (χημικές ενώσεις που περιλαμβάνουν στο μόριό τους μιά αζωτούχα βάση, ένα σάκχαρο-πεντόζη, και μια φωσφορική βάση). Το DNA χρησιμοποιεί πάντα 4 αζωτούχες βάσεις την αδενίνη Α, την θυμίνη Τ, την φουανίνη G και τη κυτοσίνη C . Υπάρχουν δηλαδή 4 διαφορετικά νουκλεοτίδια που αντιστοιχουν στις 4 αυτες διαφορετικές βάσεις και συνδυαζομενα μεταξύ τους κατά χιλιάδες τρόπους δίνους πολυνουκλεοτιδικές αλυσσίδες του DNA κάθε μιά από τις οποίες μεταφέρει και μιά διαφορετική πληροφορία, αποτελεί δηλ ένα ιδιαίτερο γονίδιο.
Τα τελομερή στα άκρα των χρωματοσωμάτων αποτελούνται απο μια επαναλαμβανόμενη αλυσσίδα έξι βάσεων (TTAGG) που δεν φαίνονται να κωδικοποιούν κανένα γονίδιο . Καλύπτονται απο πρωτείνες στις οποίες προσδένονται και άλλες πρωτείνες , δημιουργώντας ένα "καπάκι" που εμποδίζει τα χρωματοσώματα να δεχτούν άλλες ακολουθίες βάσεων στα άκρα τους, ή να συνδεθόυν μεταξύ τους, παρέχοντας έτσι σταθερότητα στο γενετικό υλικό , αποτρέποντας τη βαθμιάια απώλεια γενετικών πληροφοριών. Ολα τα σπονδυλωτα διαθέτουν την ίδια απλή επαναλαμβανόμενη ακολουθιά (TTAGGG) στα τελομερή τους σε αριθμό που αγγίζει τις 15000 βάσεις .

Οι επιστήμονες ανακάλυψαν όμως ότι τα τελομερή δεν είναι αδρανή , αλλά κονταίνουν μετά από κάθε κυτταρική διαίρεση. Κάθε φορά δηλαδή που διαιρούνται τα κύτταρά μας , ένα μικρό κομμάτι του άκρου του τελομερούς δεν αντιγράφεται με αποτέλεσμα το θυγατρικό κύτταρο να περιλαμβάνει ένα κοντύτερο τελομερές από το αρχικό κύτταρο. Ετσι μετά από ένα ορισμένο αριθμό διαιρέσεων το κύτταρο φτάνει στο "'οριο Hayflick" με ένα ελάχιστο κρίσιμο μήκος τελομερούς που δεν μπορεί να ελαττωθεί περισσότερο.Σ'αυτό το κρίσιμο μήκος του τελομερούς τα γονίδια δεν προστατεύονται και έτσι προκαλείται η φθορά τού ιστού που οδηγεί γήρανση. Το μήκος επομένως του τελομερούς είναι το βιολογικό ρολόι που μετρά τον αναπομείνανατα χρόνο ζωής του κυττάρου , και είναι δείκτης της ηλικίας του .

Κάποια ελάχιστα όμως σωμτικά κύτταρα δεν παρουσιάζουν καμμία απώλεια στα τελομερή τους. Αυτά είναι τα "αθάνατα" σπερματικά και καρκινικά κύτταρα που χαραχτηρίζονται  ακριβώς από την ικανότητα τους να διαιρούνται χιλιάδες φορές. Τι είναι όμως αυτό που διατηρεί άθικτα τα τελομερή των σπερματικών και καρκινικών κυττάρων και τα ίδια αυτά κύτταρα νεαρά και αθάνατα σε αντίθεση με τη γήρανση και θνησιμότητα των άλλων σωματικών κυττάρων ?
Το 1984 οι βιολόγοι Elizabeth Blackburn και Carol Greider ανακάλυψαν στο πρωτόζωο τετραχύμενα ένα ένζυμο που διατηρεί τα τελομερή το οποίο ονόμασαν "τελομεράση".
Αυτή η ανακάλυψη αλλά και η μετέλειτα εργασία τους, τους χάρισε το 2009 το βραβείο Νομπελ ιατρικής μαζί με τον W. Szostak.

Η τελομεράση είναι ένα ένζυμο με την ικανότητα όχι να αντιγράφει γενετική πληροφορία , αλλά να  συμπληρώνει και πάλι σε μήκος το τελομερές. Εάν η τελομεράση διατίθεται σε ικανές ποσότητες στα σημεία του οργανισμού που γίνονται οι κυτταρικές διαιρέσεις , δίνεται στα τελομερή η δυνατότητα να αποκαθίστανται πληρως σε μήκος και το κύτταρο μπορεί να παραμένει έτσι βιολογικά ενεργό για πάντα.
Εχουν μελετηθεί μονοκύτταροι οργανισμοί με περίσσεια τελομεράσης που τους κάνει αθάνατους σε ευνοικές συνθήκες περιβάλλοντος. Ενα τέτοιο παράδειγμα είναι ένα είδος άλγης η tetrahymena thermophila . Στούς σύνθετους πολυκύτταρους οργανισμούς όπως ο άνθρωπος, η περίσσεια τελομεράσης δεν συνδέεται άμεσα με την αθανασία του οργανισμού. Αντίθετα την περίσσεια της τελομεράσης την χρησιμοποιουν τα καρκινικά κύτταρα ώστε να αναπαράγονται επ΄άπειρον σε βάρος του οργανισμού.

Ο καρκίνος δεν οφείλεται στην τελομεράση, την χρησιμοποιούν όμως μην υπακούοντας στα βιολογικά σήματα που δίνουν εντολές για πάυση των ανεξέλεγκτων διαδικασιών αναπαραγωγής καθώς περιέχεται αλλοιωμένη πλέον η πληροφορια στο γενετικό υλικό των καρκινικών κυττάρων.
Πρακτικά το να γερνούν τα κύτταρα χάνοντας τα τελομερή τους τα προστατεύει από το να αναπαράγονται ανεξέλεγκτα, αποτρέπει δηλαδή την εμφάνιση των καρκίνων. Τελικά καταφέρνουν να εκδηλωθούν εκείνοι που καταφέρνουν να ξεπερνούν την ασφαλιστική αυτή δικλείδα του οργανισμού τροποποιώντας κατάλληλα την πληροφορία του γενετικού υλικού τους.
Μελέτες έχουν αποδείξει οτι κάτω από μακρές περιόδους τοξικού στρές μετά από παρατεταμένες δίαιτες αδυνατίσματος και κάπνισμα, παρατηρείται επιτάχυνση της γήρανσης σε κυτταρικο επίπεδο που μετράται ως αποτεέλσμα φθοράς στα τελομερή καθώς η δράση της τελομεράσης εμφανίζεται κατά 50% μειωμένη. Το μειωμένο μήκος τελομερών στα υγιή κύτταρα έχει σχετισθεί με ασθένειες όπως ο καρκίνος , τα καρδιακά νοσήματα, ο διαβήτης η αρτηριοσκλήρωση, η πνευμονική ίνωση, η παχυσαρκία, χωρίς να αποδίδεται απ'ευθείας σχέση πρόκλησης αυτών των ασθενειών με το μήκος των τελομερών.Επισης μια έρευνα σε διεθνές επίπεδο απέδειξε ότι υπάρχει στενη σχέση ανάμεσα  στις ψυχικά δύσκολες συνθήκες της παιδικής ηλικίας και στο μήκος των τελομερών (πρόωρη σμίκρυνση των τελομερών). Ανακαλύφθηκε ακόμα ότι οι φτωχοί έχουν κοντύτερα τελομερή από τους πλούσιους.
Η τελομεράση όπως αποδέιχτηκε δεν είναι , ένα συνηθισμένο πρωτεινικό ένζυμο. Ειναι μιά ριβονουκλεοπρωτείνη μια αντίστροφη μεταγραφάση που έχει δικό της RNA. Αυτό το χρησιμοποιεί ως πρότυπο για να αναπληρώσει τα άκρα των χρωμοσωμάτων στην ακολουθία βάσεων TTAGGG που αυτά χάνουν σε κάθε κυτταρική διαίρεση. Οταν αυτή απουσιάζει τα τελομερή κονταίνουν γίνονται "κολλώδη" και προωθούν αναδιευθετήσεις των χρωμοσωμάτων μερικές απο τις οποίες συμβάλλουν στην ανάπτυξη καρκίνων. Η ομάδα της Blackburn ανακάλυψε οτι οι μεταλλάξεις του τελομερασικού RNA μεταβάλλουν τις ενζυματικές ιδιότητες της τελομεράσης , μέχρι του σημείου να μην μπορεί αυτή να υποστηρίξει στην αναπλήρωση των τελομερών. Επειδή το RNA θεωρείται οτι έχει παίξει ιστορικά ένα δυαδικό ρόλο (τόσο ώς ένζυμο, όσο και ώς αποθήκη γενετικώνν πληροφοριών σε ένα "αρχέγονο κόσμο"  RNA, η συνεργασία ενός πυρηνικού RNA με μια πρωτεινη στη τελομεράση είναι κατά την Blackburn μιά ένδειξη οτι το ένζυμο αυτό μπορεί να αποτελεί ενδιάμεσι κρίκο της εξέλιξης από τον κόσμο του RNA , στον τρέχοντα κόσμο των DNA πρωτεινών.
Η τελομεράση βρέθηκε επίσης στα σπερματικά κύτταρα, στα πρόδρομα κύτταρα των ανθρωπίνων ωαρίων, στα βλαστοκύτταρα, στα κύτταρα που παρλαγουν τα αιμοσφαίρια, και στα καρκινικά κύτταρα, σε ποσοστό 95%. Είναι διαγνωστικός δείκτης για διάκριση καλοήθων  και κακοήθων όγκων, προβλέποντας συγχρόνως την μεταστατική τους ικανότητα.
Η τεχνητή ενερογοποίησή της στα φυσιολογικά κύτταρα καθιστά αυτά πρακτικά "αθάνατα" . Η τελομεράση δεν είναι επομένως ογκογεννητική, αλλά είναι ένα ουδέτερο ένζυμο που μπορεί να χρησιμοποιηθεί τόσο για το καλό όσο και για το κακό. Παρ'ότι η τελομεράση μπορει΄να καραστήσει τα σωματικά κύτταρα "αθάνατα" επιτρέποντας την απεριόριστη διάιρεσή τους, μπορεί να ευνοήσει συγχρόνως τον ανεξέλεγκτο πολλαπλασιασμό μςρικών ανώμαλων κυττάρων, τα οποιά μπορούν να αδηγήσουν στην ανάπτυξη όγκων. Ετσι η γονιδιακή έκφραση της τελομεράσης μπορεί να ενεργοποιήσει 70 ογκογονίδια καθιστώντας τα κυ΄τταρα καρκινικά.
Η τελομεράση είναι ιδανικός στόχος για την χημειοθεραπεία γιατί είναι ενεργή σ'όλους τους ανθρώπινους όγκους αλλά ανενεργή στα περισσότερα φυσιολογικά κύτταρα.
Η εταιρεία GERON κλωνοποιήσε το 1994 το γονίδιο της ανθρώπινης τελομεράσης και το 1995 δημοσίευσε τα πρώτα στοιχεία που έδειχναν ότι η αναστολή της λειτουργίας της τλομεράσης οδηγεί στον θάνατο των καρκινικών κυττάρων. Ση΄μερα προωθεί ένα αντικαρκινικό φάρμακο και ένα αντικαρκινικό εμβόλιο. Το πιο συζητημένο φάρμακο της GERON είναι το μικρό μόριο TA-65 που ενεργοποιεί το γονίδιο της τελομεράσης και χρησιμοποιείται ήδη για τη καταπολέμηση του γήρατος. Το μόριο αυτό βρίσκεται σε μικρές ποσότητες στις ρίζες του βοτάνου Astragalus που ευδοκιμεί στη Κίνα, όπου χρησιμοποιείται παραδοσιακά σε ιατρικές εφαρμογές .

Οι επιστήμονες όμως υποστηρίζουν ότι οποιαδήποτε επέμβαση στην κυτταρική γήρανση προς όφελος της ανθρώπινης υγείας πρέπει να σχεδιαστεί πολύ προσεκτικά ώστε να αυξήσει την πιθανότητα μακροζωιάς χωρίς να εκθέσει απερίσκεπτα το άτομο στον κίνδυνο του καρκίνου δίνοντας σε προκακοήθη κύτταρα τη δυνατότητα να ξεσπάσουν σε μιά βίαιη ανάπτυξη. Παρ'όλα αυτά μιά μελέτη της Blackburn δείχνει ότι ο υγιεινός τρόπος ζωής αυξάνει τα επίπεδα της τελομεράσης και επιδρά ευεργετικά στον έλεγχο της γήρανσης . Βελτιωμένη διατροφή, μέτρια άσκηση, μείωση καθημερινού στρες παρουσιάζουν 29% υψηλο΄τερα επίπεδα τελομεράσης . Επίσης είχε αυξηθεί η δραστηριότητα των ογκοκατασταλτικών γονιδιών και αντίθετα είχε διακοπεί η λειτουργία ογκογονιδίων υπεύθυνων για καρκίνο του μαστού και προστάτη .

Σήμερα, οι ερευνητές σ'ολο το κόσμο συνεχίζουν την περαιτέρω διερεύνηση ώστε να εξαχθούν ασφαλή συμπεράσματα . Ενδεχόμενη "δικαίωση' της τελομεράσης θα σημαίνει την αρχή μιας νέας εποχής για την επιστήμη αλλά και τον ίδιο τον άνθρωπο .

της Αγάπης Θεοδοσοπούλου Φαρμακοποιού για το περοδικό "Φαρμακόγλωσσα"