به هنگام تقسیم سلولی، سلول ها اطلاعات ژنتیکی خود را در کروموزوم های فشرده ذخیره میکنند. انتهاهای کروموزوم های ما دارای ساختار خاصی بنام تلومرها می باشند. رونوشت برداری تلومر مستلزم مکانیسم ویژه ای می باشد که درارگانیسم های بالغ تعداد اندکی از سلول ها دارای آن می باشند. این بدین معناست که کروموزوم ها با گزر زمان کوتاهترشده، طولعمر آنها کاهش یافته و دچار پیری می شوند. بعلاوه تلومرها نسبت به استرس اکسیداتیو بسیار حساسبوده و و رونوشت برداری انها تحت تاثیر استرس اکسیداتیو قرار می گیرند. به تازگی محققان پروتئینی را کشف کرده اند که در طی تقسیمات سلولی در ارتباط با کروموزوم ها بوده و انتهای آنها را از آسیب های اکسیداتیو مصون می دارد. نتیجه این تحقیق در نشریه cell reports به چاپ رسیده و می تواند پیامدهای بسیاری را برای درمان بیماریی های مرتبط با پیری و سرطان داشته باشند.
تقسیم، آسیب و کوتاه شدن
بطورخلاصه انتقال ژنوم از سلول والد به فرزند یک روند حیاتی بری حفظ مشخصات و سلامت ارگانیسم به شمار می رود. ژنوم ما به طور مداوم در معرض فاکتورهای محیطی مانند نور خورشید، رادیکالهای آزاد اکسیژنی و … می باشند. آسیب های استرس اکسیداتیو حیات کل موجودات کره زمین را تحت تاثیر قرار می دهند.
سلول ها با استفاده از مکانیسم های متفاوتی دراسترس اکسیداتیودفاع می کنند اما برخی قسمتهای سلول ها مانند انتهاهای کروموزومی و تلومر بطور ویژه نسبت به استرس های اکسیداتیو حساس هستند. تلومرها توالی های تکراری از نوکلئوتیدها هستند که در انتهای کروموزوم ها مستقر هستند. نقش تلومرها محافظت از انتهای رشته کروموزوم دربرابر آسیب و ممانعت از اتصال انتها به انتهای کروموزوم های دیگر میباشد که در صورت وقوع همچون فاجعهای برای سلول تلقی می شود. در بسیاری از بافت های بالغ بدن، با هر تقسیم سلولی، طول کروموزوم ها کوتاه شده ودرنهایت تلومرها به قدری کوتاه می شوند که انتهای کروموزوم ها نمایان شده و مرگ سلول ها بوقوع خواهد پیوست که در غیر اینطپصورت سلول قادر به تقسیم نخواهد بود. روند مذکور توسط استرس اکسیداتیو تسریع می یابد. از اینرو تئوری های رایج درباره پیری و سرطان بر پایه آسیب های اکسیداتیو تلومرها استوارند.
آنزیمی که تلومرها را محافظت می کند
کروموزوم ها از رشته های ضخیم DNA تشکیل شده اند که به دور پروتئین های خاص پیچ خورده اند. پژوهشگران تعدادی از آزمایشات بیولوژیکی مولکولی را انجام دادند که یکی از این موارد تست QTIP بود. در این روش پروتئین های مختلفی در کروموزوم ها نشاندار می شوند لذا محققان می توانند پروتئین های متنوع تلومرها را در مراحل مختلف چرخه سلولی شناسایی و مقایسه کنند.
در طی این مطالعه آنزیم پروکسی ردوکسین-1 (PRDX-1) شناسایی شد، این آنزین به عنوانیک آنتیاکسیدانت عمل کرده و در کاهش آسیب های ناشی از استرس اکسیداتیو ایفای نقش می کند.
با استفاده از تکنیک QTIP محققان مقادیر بالایی از (PRDX-1) را در دو فاز سلولی متفاوت مشاهده نمودند: فاز S چرخه سلولی که در طی آن سنتز رشته جدید DNA رخ می دهد و فاز G-2 که سلول از لحاظ اندازه آغاز به رشد کرده و بلافاصله پس از آن وارد مرحله تقسیم سلولی خواهد شد.
با استفاده از تکنولوژی های علم ژنتیک محققان ژن کد کننده (PRDX-1) را حذف و مشاهده نمودند در پی این اتفاق تلومرها بسیار حساس و آسیب پذیر نسبت به آسیب های اکسیداتیو خواهند بود. نتیجه این امر پی بردن به نقش آنتی اکسیدانتی این پروتئین و محافظت آن از تلومرها بود.
علاوهبر موارد فوق محققانپی به نحوه تاثیر استرس اکسیداتیو بر روی تلومرها بردند. به عبارتی زمانیکه پژوهشگران نوکلئوتیدهای آسیب دیده از سوی استرس اکسیداتیو را نزدیک به تلومرها قرار دادند طویل شدن کروموزوم متوقف شد. دلیل این امر آنزیم تلومراز است که در افزودن نوکلئوتیدها به رشته DNA نقش داشته و منجر به افزایش طول رشته می شود، اگر چنانچه تلومراز نوکلئوتید آسیب دیده ای را در مسیر خود بیابد روند افزودن بازها به رشته متوقف خواهد شد.
ازآنجائیکه سلول های سرطانی مستلزم حضور تلومراز برای تکثیر و ادامه حیات خود می باشند یافته های اخیر می تواند به عنوان راهکار جدیدی دردرمان این بیماری مبنی بر تخریب و یا آسیب تلومراز سلول های سرطانی باشد که نتیجه امر توقف سرطان خواهد بود.
نطالعه فوق ارتباط بین استرس اکسیداتیو و تلومرها را نمایان ساخت درحالیکه پیش از این و بطور جداگانه از عوامل مرتبط با سرطان و پیری به شمار می رفتند. علاوه بر این آسیب های اکسیداتیو تل.مرها همواره در ارتباط با اختلالات قلبی- عروقی و دیستروفی عضلانی می باشد. پس از شناسایی(PRDX-1) محققان بدنبال شناسایی سایر پروتئین های آنتی اکسیدانتی می باشندکه از تلومرها محافظت می کنند تا با استفاده از اطلاعات به دست آمده مکانیسم های پیری و رشد سرطان را بیابند.
منبع
Eric Aeby, Wareed Ahmed, Sophie Redon, Viesturs Simanis, Joachim Lingner. Peroxiredoxin 1 protects telomeres from oxidative damage and preserves telomeric DNA for extension by telomerase. Cell Reports 17, 1-8. DOI: 10.1016/j.celrep.2016.11.071
