Ένζυμο προστατεύει χρωμοσώματα από οξειδωτική βλάβη

Επιστήμονες από την École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL) έχουν εντοπίσει μια πρωτεΐνη που καλύπτει τα άκρα των χρωμοσωμάτων κατά την κυτταρική διαίρεση και τα προστατεύουν από οξειδωτική βλάβη και βράχυνση, τα οποία συνδέονται με τη γήρανση και τον καρκίνο .

Όταν τα κύτταρα διαιρούνται, μαζεύουν όλο το γενετικό υλικό τους στα σφιχτά τυλιγμένα χρωμοσώματα. Τα άκρα των χρωμοσωμάτων έχουν μια μοναδική δομή, τα τελομερή. Ο πολλαπλασιασμός των τελομερών απαιτεί εξειδικευμένους μηχανισμούς, που οι ενήλικοι οργανισμοί έχουν μόνο σε ένα μικρό αριθμό κυττάρων. Αυτό σημαίνει ότι τα χρωμοσώματα βραχύνονται με την πάροδο του χρόνου, περιορίζοντας τη διάρκεια ζωής των κυττάρων και συμβάλλοντας στη γήρανση. Τα τελομερή είναι επίσης πολύ ευαίσθητα σε οξειδωτική βλάβη, η οποία επηρεάζει την ικανότητα τους να αντιγράφονται. Οι επιστήμονες του EPFL ανακάλυψαν τώρα μία πρωτεΐνη η οποία συνδέεται με τα χρωμοσώματα κατά την κυτταρική διαίρεση και προστατεύει τις άκρες τους από οξειδωτική βλάβη. Η ανακάλυψη, που δημοσιεύτηκε στο Cell Reports, θα μπορούσε να έχει σημαντικές επιπτώσεις στη θεραπεία του καρκίνου και νοσημάτων που σχετίζονται με τη γήρανση στο μέλλον.

Η ακριβής μετάδοση του γονιδιώματος από ένα κύτταρο στους απογόνους του είναι ζωτικής σημασίας για τη διατήρηση των χαρακτηριστικών του και για την υγεία ολόκληρου του οργανισμού. Το γονιδίωμα μας συνεχώς υφίσταται βλάβες από περιβαλλοντικούς παράγοντες, όπως η ηλιακή ακτινοβολία και οι ελεύθερες ρίζες οξυγόνου, οι οποίες είναι υποπροϊόντα των φυσιολογικών μεταβολικών λειτουργιών μας. Ως εκ τούτου, η οξειδωτική βλάβη είναι μόνιμη απειλή για κάθε μορφή ζωής στη Γη.

Τα κύτταρα έχουν εξελίξει πολλές αντιοξειδωτικές άμυνες, αλλά ορισμένα μέρη του κυττάρου, όπως οι άκρες των χρωμοσωμάτων, τα τελομερή, είναι ιδιαίτερα ευάλωτα σε οξειδωτική βλάβη. Τα τελομερή είναι επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων σε κάθε άκρο ενός χρωμοσώματος. Ο ρόλος τους είναι να προστατεύουν αυτά τα άκρα από βλάβη ή από συγχώνευση με άλλα χρωμοσώματα, ενδεχόμενα καταστροφικά για το κύτταρο. Στα κύτταρα των περισσότερες ιστών των ενηλίκων, κάθε φορά που διαιρούνται, τα χρωμοσώματά τους βραχύνονται λίγο. Τελικά, τα τελομερή βραχύνονται τόσο ώστε τα άκρα του χρωμοσώματος εκτίθενται, προκαλώντας είτε κυτταρικό θάνατο είτε ένα μη αναστρέψιμο αποκλεισμό περαιτέρω κυτταρικών διαιρέσεων. Αυτή η διαδικασία επιταχύνεται από την οξειδωτική βλάβη. Οι επικρατούσες θεωρίες της γήρανσης καθώς και του καρκίνου αποδίδουν έναν κεντρικό ρόλο στην οξειδωτική βλάβη των τελομερών σε αυτές τις διαδικασίες.

Τα χρωμοσώματα αποτελούνται από DNA που είναι σφιχτά τυλιγμένο γύρω από εξειδικευμένες πρωτεΐνες. Τα εργαστήρια των Joachim Lingner και Viesturs Simanis στο EPFL ανέλυσαν το πρωτεϊνικό υπόβαθρο των τελομερών σε όλο τον κυτταρικό κύκλο για να κατανοήσουν καλύτερα τον τρόπο που η οξειδωτικής βλάβης επηρεάζει τα τελομερή κατά τη διάρκεια της διαίρεσης.  Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα αριθμό τεχνικών μοριακής βιολογίας, συμπεριλαμβανομένης μίας σχετικά νέος που ονομάζεται QTIP, η οποία χαρακτηρίζει διάφορες πρωτεΐνες στα χρωμοσώματα ώστε οι ερευνητές μπορούν να συγκρίνουν και να προσδιορίσουν ποσοτικές διαφορές μεταξύ της πρωτεϊνοσύνθεσης των τελομερών σε διάφορες φάσεις του κύκλου της ζωής.

Η μελέτη εντόπισε ένα ένζυμο που ονομάζεται Peroxiredoxin 1 (PRDX1). Λειτουργεί ως αντιοξειδωτικό ένζυμο, που σημαίνει ότι χρησιμοποιείται από τα κύτταρα για την άμβλυνση των επιπτώσεων της οξειδωτικής βλάβης. Χρησιμοποιώντας την QTIP, οι ερευνητές βρήκαν μεγάλες ποσότητες PRDX1 επί τελομερών κατά τη διάρκεια δύο φάσεις του κυτταρικού κύκλου: τη φάση που τα κύτταρα συνθέτουν νέο DNA και αναπαράγουν το γενετικό υλικό τους (φάση S), και κατά την διάρκεια της αμέσως επόμενης φάσης (G2), όταν το κύτταρο μεγαλώνει σε μέγεθος λίγο πριν αρχίσει τη διαίρεση. Χρησιμοποιώντας γενετικές τεχνικές, οι επιστήμονες απομάκρυναν την PRDX1 από τα κύτταρα, και βρήκαν ότι τα τελομερή ήταν ακόμη πιο επιρρεπή σε οξειδωτική βλάβη. Αυτό σημαίνει ότι η PRDX1 έχει αντιοξειδωτικό ρόλο που προστατεύει τα τελομερή.

«Η μελέτη μας συνδέει οξειδωτική βλάβη και τελομερή, τα οποία συνδέονται με τη γήρανση και τον καρκίνο», λέει ο Joachim Lingner. Έχοντας εντοπίσει την PRDX1, το εργαστήριο του Lingner θα προσπαθήσει τώρα να καθορίσει εάν υπάρχουν και άλλα αντιοξειδωτικά ένζυμα που μπορεί να προστατεύσουν τα τελομερή. «Αναμένουμε ότι περαιτέρω μελέτη αυτού του προβλήματος θα προσφέρει πληροφορίες για να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς της ανάπτυξης του καρκίνου της γήρανσης και των κληρονομικών νοσημάτων».

Γνωστική έκπτωση που προκαλείται από την παχυσαρκία: Ο ρόλος της οξείδωσης του εγκεφάλου και των τοκοτριενολών

Τι είναι η αυτοάνοση χολική κίρρωση και ποια η μέθοδος αντιμετώπισής της;