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Telomere und Telomerase, was ist es?

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Telomer ist ein Stück DNA, nicht-kodierend, am Ende jedes Chromosoms.
Telomere schützen die Enden der Chromosomen, indem sie unter anderem verhindern, dass zwei Chromosomen miteinander verschmelzen, was zu einer Degeneration der Zelle zur „Krebs“ stattfinden könnte.

Telomere verkürzen sich mit Alter, sie werden immer kürzer mit jeder Zellteilung. Dies führt schließlich zum Tod der Zelle, sie können sich nicht mehr teilen um zu reproduzieren.
Daher werden die Telomere „die biologische Uhr“ genannt, die die Lebensdauer des Organismus regeln.

Entzündungen und Stress beschleunigen die Verkürzung der Telomere und deshalb altern wir schneller. Dies ist nicht notwendigerweise äußerlich sichtbar, aber diese Faktoren können die Lebensdauer einer Person erheblich verkürzen.

Studien haben gezeigt, dass kurze Telomere mit einem höheren Risiko von Alterskrankheiten und eine kürzere Lebenserwartung assoziiert werden.

Geschichte der Telomere (Quelle Wikipedia):

Im Jahr 1971, kommt der russische Biologe Alexej Olovnikov zum ersten Mal mit der Hypothese, dass die maximale Lebensspanne von Zellen (Hayflick Limit) mit einem fortschreitenden Verlust von Telomersequenzen verbunden ist.
In der Tat erodieren Telomere bei jeder Zellteilung, bis sie eine kritische Größe erreichen und die Alterung der Zelle in Gang gesetzt wird.

Telomere fungieren als eine biologische Uhr. Sie regulieren das Leben der Zellen. Diese Theorie ist bekannt als die Telomer Theorie des Alterns.

Es gibt auch ein Enzym, das den Prozess der Synthese neuer Telomer-DNA-Sequenzen umkehren kann: es ist Telomerase.
Die Telomerase wurde 1985 von Elizabeth Blackburn und Carol Greider identifiziert. Diese Arbeit wurde mit dem Nobelpreis für Physiologie und Medizin 2009 ausgezeichnet.

Struktur und Funktion der Telomere:

In den meisten Prokaryoten sind Chromosomen kreisförmig und haben keine Enden und leiden also nicht an vorzeitige Replikation Beendigung. Eine kleine Gruppe von bakteriellen Chromosomen (wie diejenigen in Streptomyces und Borrelia) ist linear und besitzt Telomeren, die sehr verschieden von jenen der eukaryotischen Chromosomen in Struktur und Funktionen sind. Die bekannten Strukturen bakterieller Telomere nehmen die Form an von Proteinen gebunden an den Enden der linearen Chromosomen oder Haarnadelschleifen von einzelsträngigen DNA an den Enden der linearen Chromosomen.

Bei der Replikation der DNA, können die eukaryotischen DNA-Replikation Enzyme (die DNA-Polymerase-Protein-Komplex) die Sequenzen an den Enden der Chromosomen (die Chromatid Fasern) nicht replizieren. Daher können diese Sequenzen und die Informationen die sie tragen, verloren gehen. Dies ist der Grund, warum Telomere so wichtig sind für eine erfolgreiche Zellteilung: Sie „Kappen“ die letzten Sequenzen und gehen selbst während der DNA-Replikation verloren. Jedoch die Zelle hat ein Enzym, Telomerase, die die Aufgabe hat wiederholenden Nukleotidsequenzen an den Enden der DNA hinzufügen. Telomerase „füllt“, also den Telomeren „Verschluss“ der DNA. In den meisten mehrzelligen eukaryotischen Organismen, ist die Telomerase nur aktiv in Keimzellen, Stammzellen und bestimmten weißen Blutkörperchen.

Telomerlänge variiert zwischen Arten von etwa 300 Basenpaaren in Hefe, bis viele Kilobasen bei Menschen und meistens zusammengesetzt aus Serien von Guanin-reichen, sechs bis acht Basenpaaren langen Wiederholungen. Normalerweise enden Eukaryotische Telomere mit 3 einzelsträngigen DNA Überhang, die essentiell für die Telomererhaltung und Kappe ist. Mehrere Proteine, die Einzel-und doppelsträngige Telomer-DNA binden sind identifiziert worden. Diese funktionieren bei der Telomererhaltung und dem Kappen. Telomere bilden große Schleifenstrukturen, Telomer Loops oder T-Schleifen genannt. Dabei kringelt einsträngige DNA sich in einer langen Kreis ,dabei stabilisiert durch Telomer-bindenden Proteinen. Am Ende der T-Schleife, wird die einsträngige Telomer DNA, durch das Telomer Strang, an eine Region von doppelsträngiger DNA gehalten, dabei die Doppelhelix-DNA zerrüttend und basenparend an einem der beiden Stränge. Diese dreisträngigen Struktur wird eine Verschiebung Schleife oder D-Schleife genannt.

Verkürzung der Telomere bei Menschen kann replikativen Altern auslösen, die die Zellteilung blockiert. Dieser Mechanismus scheint genomische Instabilität und Krebsentwicklung bei alten menschlichen Zellen (durch Begrenzung der Anzahl der Zellteilungen) zu verhindern. Allerdings zersetzen verkürzte Telomeren das Immunsystems, wodurch ebenfalls die Krebsanfälligkeit erhöht wird.

Telomere und Alterung:

Telomere sind sehr wichtig für die Zellen und Alterung durch Anpassung des zellulären Respons auf Stress und Wachstumsstimulation auf Grund früheren Zellteilung und DNA-Schäden. Mindestens ein paar hundert Nukleotide Telomerwiederholungen müssen jedes Chromosom Ende „abkappen“ um Aktivierung der DNA-Reparatur Wege zu verhindern. Reparatur von kritischen kurzen oder „nicht-gekappte“ Telomere durch Telomerase oder Rekombination ist in den meisten somatischen Zellen begrenzt. Apoptose oder Zellalterung wird aktiviert, wenn zu viele „Nicht-gekappte“ Telomere ansammeln. Die Wahrscheinlichkeit des letzteren nimmt zu, wenn die durchschnittliche Telomerlänge abnimmt. Die durchschnittliche Telomerlänge wird in Zellen der Keimbahn, die typischerweise eine hohe Telomerase haben, gesetzt und behalten. In somatischen Zellen ist Telomerlänge sehr heterogen, aber mit zunehmende Alter nimmt es ab und formt eine Barriere für Tumorwachstum, aber trägt auch zu dem Verlust von Zellen während des Alterns. Verlust von (Stamm-) Zellen, die durch Erschöpfung von Telomere bewirkt eine starke Selektion für abnorme und malignen Zellen, ein Prozess das erleichtert wird, durch genomische Instabilität und Aneuploidie verursacht durch dysfunktionellen Telomere. Die entscheidende Rolle der Telomere in Zellumsatz und Altern wird akzentuiert durch Patienten mit 50% der normalen Telomerase Niveaus hervorgehend aus einer Mutation in einem der Telomerase Gene.

Wenn das Telomer zu kurz wird, kann es nicht mehr eine schützende Funktion erfüllen. Die Zelle wird dies als eine Degeneration der DNA interpretieren und den Alterungsprozess einsetzen und aufhören zu wachsen. Solche verkürzten Telomeren können zur Fusion der beiden Chromosomen führen. Da solche Änderungen nicht in normalen somatischen Zellen repariert werden können, können sie zur Apoptose führen.

Viele altersbedingte Krankheiten (einschließlich Progerie, gekennzeichnet durch Alterung in einem sehr jungen Alter) werden durch eine übermäßige Verkürzung der Telomere verursacht. Organe verschlechtern sogar mehr als die sterbende oder alternde Zellen, woraus sie bestehen.

Eine signifikante Verkürzung der Telomere ist ein Risikofaktor für kardiovaskuläre Krankheiten bei Männern mittleren Alters.

Telomerase :

Telomerase ist ein Enzym, das bei DNA-Replikation in Eukaryoten beteiligt ist, die Länge des Chromosoms instandhält, durch die Zugabe einer spezifischen Struktur an jedem Ende: das Telomer (Griechisch TELOS: Ziel oder Ende). Obwohl von Desoxyribonukleotiden zusammengesetzt wie der Rest des Chromosoms, wird das Telomer anders als der Standard-Methode der DNA-Replikation synthetisiert.

Die Telomerase sind Ribonukleoprotein (RNA und Montage von Proteinen), die die Zufügung einer wiederholten Sequenz, spezifisch für den Enden der Chromosomen, katalysiert. Die Nukleotidsequenz reich an T und G ist(TTAGGG) n in Wirbeltieren (und somit Menschen), mit einer Wiederholungszahl n, in der Größenordnung von einigen Hunderten bis ein paar Tausend. Die Telomerase-RNA-Komponente dient als Modell für die DNA-Synthese.

Das Enzym wurde 1985 von Elizabeth Blackburn und Carol Greider entdeckt und sie wurden dafür mit dem Nobelpreis für Physiologie und Medizin 2009 ausgezeichnet.

Die Protein-Zusammensetzung der menschlichen Telomerase wurde 2007 von Dr. Scott Cohen und sein Team am Children’s Medical Research Institute in Australien identifiziert. Es besteht aus zwei Untereinheiten:

– Subunit Protein oder TERT (Telomerase Reverse Transkriptase). Die kodierende Region des Gens ist TERT 3396bp, und führt zu einem Protein von 1131 Aminosäuren. Es ist ein Enzym mit reverse Transkriptase, eine DNA-abhängige RNA-Polymerase, welche die Synthese von Telomersequenz gewährleistet und benutzt dabei die andere Untereinheit RNA als Modell.

– Subunit RNA oder TERC (Telomerase-RNA-Komponente). Es ist eine strukturierte RNA mit 451 Nukleotiden und mehrere Regionen in der Haarnadelstruktur und einem einen Pseudoknoten. Einer der Schleifen des Pseudo Knoten enthält die Sequenz, die als Schablone für die Synthese von Telomersequenz dient.

Ohne die Wirkung der Telomerase, die die verlorenen Teilchen bei jeder Zellteilung zurückstellt, würde nach 40 Teilungen, die Chromosomen Informationen der letzten Zelle Gen verloren gehen und nicht lebensfähig werden und sterben (Apoptose).

Telomerase wird nur ausgedrückt in wenig oder keine somatische Zellen, während es sehr aktiv in den Keimzellen ist. Dieser Mangel an Aktivität in somatischen Zellen verursacht das Altern.
Telomerase ist auch sehr aktiv während der embryonalen und fetalen Entwicklung. Seine Synthese ist abhängig von der TERT-Gens.

 

telomerase-fonctioning-wikipediaEin Schlüssel zum ewigen Leben:

Wir wissen, dass Telomere verantwortlich für die Lebensdauer einer Zelle sind. Wenn eine Zelle sich teilt, wird die Telomere kürzer, nach 50 Teilungen ist das Telomer verschwunden und die DNA der Zelle wird auf diese Weise verschlissen. Die Zelle wird schwach, fehlerhaft oder stirbt.

Dies erklärt viele Alterskrankheiten. Wir wissen jedoch, dass die Telomerase, die Telomere in seiner Gesamtheit wieder aufbauen kann bei jeder Zellteilung. Dies wurde den menschlichen Körper ermöglichen ewig jung zu bleiben. Aber, wenn die Telomerase das ewige Leben geben kann, kann es auch zum Tod führen. Wir haben in der Tat Krebszellen mit hohen Niveaus von Telomerase gefunden. Dieses Ergebnis kann, ohne dass dies zum Tode führt wiederholt werden. Wir sind jedoch davon überzeugt, dass Telomerase im Zusammenhang mit die Telomere funktioniert. Ein Experiment um einem jungen Hummer und ein Erwachsener Hummer zu machen, zeigte, dass die Länge ihrer Telomere identisch waren, und dass erwachsene Hummern alle Funktionalitäten des jungen Hummer hatten ohne Altersprobleme. Der Körper des Hummer hat eine große Menge von Telomerase in den Körper.

 

immortalite-grand-palais-epitalon-telomere-telomeraseHayflick Grenze:

Im Jahr 1961 entdeckte der Biologe Leonard Hayflick, dass bestimmte spezialisierte Zellen, sich etwa 50 Mal hintereinander teilen.

Die Hayflick-Grenze (oder das Hayflick Phänomen), ist die Anzahl von Malen, dass eine normale menschliche Zellpopulation sich teilt bis die Zellteilung stoppt. Empirische Daten zeigen, dass die Telomere, die an die DNA von jeder Zelle verbunden sind, mit jeder neuen Zellteilung etwas kürzer werden, bis sie unten eine kritische Länge kommen.

Die Hayflick Grenze wurde von Leonard Hayflick 1961 entdeckt, an der Wistar Institute in Philadelphia. Hayflick zeigte, dass eine Population von normalen humanen fötalen Zellen in einer Zellkultur sich zwischen 40 und 60 mal teilt. Die Zellen betreten dann eine Alterungsphase, die die Behauptung des Nobelpreisträgers Alexis Carrel, dass normale Zellen unsterblich sind, widerlegt. Jede Zellteilung verkürzt etwas jedes DNA Telomer der Zellen. Telomerverkürzung macht schließlich Zellteilung beim Menschen unmöglich, das Altern der Zellpopulation scheint mit der allgemeinen körperlichen Alterung des menschlichen Körpers zu korrelieren. Natürliche Instandhaltung der Länge der Telomere Region scheint genomische Instabilität zu verhindern und hilft, die Entwicklung von Zell-Mutationen, die zu Krebs führen können,zu begrenzen.

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