by 
Yapılan birçok araştırmada : Genç insanlardan alınan hücrelerle, yaşlı insanlardan alınan hücrelerin, kısa ömürlü canlılarla uzun ömürlü canlıların hücre bölünme sayıları karşılaştırılmıştır. Yaşlanmanın nedenlerinden biri olduğu düşünülen “telomer kaybı“dır.
Ökaryotik organizmaların kromozomlarının uçlarında bulunan özelleşmiş DNA tekrar dizileri olan telomerlerin, her bölünme sonunda, belli miktarlarda azalarak yaşlanmaya neden olduğu düşünülmektedir. Telomerler’in DNA’nın son kısmının tamamlanmasında rol oynadığı düşünülür.
Bu uç kısmı, kromozomları rekombinasyon, yıkım ve füzyon gibi dış etkilere karşı korurken, telomerler ayrıca kromozomun bütünlüğünü sağlar ve nükleus zarına tutunarak kromozom’un hasar görmeden uygun bir pozisyon almasını sağlarlar.
Telomerler, insanda TTAGGG şeklinde iken tek hücreli silli olan Tetrahymena’da TTGGGG şeklindedir.
Kromozom uçlarında kalan boşluklar nedeni ile oluşan telomer kayıpları, arka arkaya gelen telomer tekrarlarını DNA uçlarına ekleyen telomeraz ile giderilmeye çalışılır.
İnsan hücrelerinde yaşlanma, M1 ve M2 olmak üzere iki aşamada gerçekleşir.
Upuzun yaşam hayal midir ? Yapılan bazı araştırma sonuçları, bu olayın çözümünün kromozomların ucunda olabileceğini göstermiştir.
Replikatif yaşlanmayı inceleyen Leonard Hayflick, normal insan fibroblastlarının, kabaca 50 hücre bölünmesi sonunda, gelişme ve bölünme yeteneklerini yitirdiğini bulmuştur.
Yaşlanmış hücreler metabolik olarak aktif kalırken, daha fazla yeni hücreler meydana getirmiyor ( proliferasyon sonu ya da “Hayflick Limiti”, Proliferasyon limiti,”mitotik saat“), en sonunda da ölüyorlardı. Genç insanlardan alınan hücreler, yaşlılardan alınan hücrelere göre kültür ortamında daha fazla bölünme gösterirler. İnsan embriyo hücreleri, yaklaşık 60 – 80 defa bölündükten sonra yaşlanmaya başlıyordu. Eğer hücreler orta yaşlı insanlardan alınırsa, yaşlanmadan önce 10-20 defa bölünüyordu. Ömrü uzun olan türlerdeki bölünme sayısı, kısa ömürlü olan türlerden daha fazlaydı.
Örneğin, fareden alınan hücreler 10-15 defa bölünürken, kaplumbağadan alınan hücreler 100’den fazla bölünme geçirirler.
Bunun dışında erken başlangıçlı yaşlanma sendromu (Werner Sendromu : erken başlangıçlı yaşlı görünüm ve yaş ilişkili metabolik bozukluklarla karakterize, erişkin başlangıçlı, otozomal resesif kalıtılan nadir bir hastalıktır. Erken yaşlanma bulguları genellikle yaşamın ikinci-üçüncü dekadlarında ortaya çıkar. ) gösteren hastalardaki hücre bölünmesi sayısı, normal insanlardaki hücrelerden daha azdır.
Yaşlanan hücrelerin karakteristik özelliklerinden birisi de telomerlerin kısalığıdır.
Telomer’ler, ökaryotik organizmalarda lineer kromozomların uçlarında bulunan özelleşmiş DNA tekrar dizilerinden oluşan heterokromatik bölgelerdir.
Telomerik DNA dizileri, diğer DNA dizilerinden yapı ve işlev olarak farklıdır, ayrıca temel biyolojik bir işleve de sahiptir.
Telomerlerin Fonksiyonları :
Telomerler, Replikasyon sırasında lineer kromozomal DNA molekülünün son kısmının tamamlanmasında rol oynar. Kromozomun son kısmını rekombinasyon, yıkım ve füzyon gibi anormal durumlara karşı korur. Kromozomların bütünlüğünü ve stabilitesini sağlar. Kromozomların nükleus zarına tutunarak belirli bir pozisyonu korumasını sağlar. (Mayozda birinci profazın leptoten evresi boyunca, kromozomların telomerik bölgeleri hep birlikte bir küme halini alır. Bu evrede kromozomların uçları çekirdek membranına telomerler aracılığı ile tutunmuş durumdadır.)
Telomer yapısı incelenebilen organizmalarda, bu yapının temelde aynı olduğu fakat farklı tekrarlar içerdiği tespit edilmiştir ( Omurgalılarda TTAGGG. Tek hücreli, silli bir organizma olan Tetrahymena’da TTGGGG gibi )
Kromozomların uçlarında bulunan telomer bölgesi, subtelo-merik ve esas telomerik bölge olarak ikiye ayrılabilir.
Subtelo-merik bölgenin boyu değişkendir ve DNA tekrarları heterojendir.
Örnek; insan kromozomunun sub telomerik bölgesi, 40 – 60 kb (kilo baz) kadar olup TTGGGG, TGAGGG gibi farklı tekrarlardan oluşur. Esas telomerik bölge ise 5 – 15 kb kadar olup (soma hücrelerinde 5kb, germ hücrelerinde 10kb), sadece TTAGGG tekrarlarından oluşur.
Drosophila melanogaster (sirke sineği)‘de Doğrusal DNA’nın Uçlarındaki Replikasyon Sorunu Replikasyon sırasında, DNA polimeraz, DNA sentezine direkt olarak başlayamaz. DNA replikasyonu sadece 5′ – 3′ yönünde olur ve ancak 8-12 bazlık bir ön RNA parçası ile gerçekleşebilir. Bu RNA parçasına RNA Primeri denir.
RNA primeri DNA polimerazın bağlanabilmesi için bir 3′- OH grubu sağlar. Böylece DNA polimeraz ile yapılan Yeni DNA, 3′ yönünde yapılabildiği için, RNA primerinin uzaklaştırılmasından sonra, çift iplikli yeni DNA molekülünün 5′ ucunda doldurulmamış bir boşluk
olacaktır. Bu boşluk DNA polimeraz tarafından tamir edilemez. DNA, bu bölgede stabil olmayan tek iplik şeklinde kalır. Bundan dolayı, özel replikasyon mekanizmasının yokluğunda kromozomlar hücre siklusunun bütün S fazlarında (DNA replikasyonu) 8 -12 kadar baz çifti
kaybeder. Ardışık replikasyon döngülerinde (hücre bölünmesi tekrarlarında), yeni iplik gittikçe kısalır. Sonuçta işlevsel öneme sahip genlerin kaybına neden olur. Bu durum yaşlanmaya özgü bazı değişimleri beraberinde getirir.
Bazı hücre tiplerinde kayıpları önlemek üzere telomeraz enzimi görev yapmakta ve böylece yaşlanmayı engellemektedir. Bakterilerde ve virüslerde çembersel DNA molekülü bulunmasından dolayı replikasyon sonu problemi yoktur, çünkü replikasyon boyunca serbest bir uç meydana gelmez.
Telomeraz Proteinleri
Telomeraz, telomerik DNA’nın bir zincirinden sentezlenen, ribonükleoprotein yapısında bir reverstranskriptaz’dır ve büyük bir enzim kompleksidir.
İnsanda, telomeraz denen büyük ribonükleoprotein kompleksi, aktivitesi için çok önemli olan iki alt üniteye sahiptir :
a) insan telomeraz RNA’sı (hTER),
b) insan telomeraz revers trankriptazı (hTERT).
Yeni doğanların periferal kan hücrelerinde yüksek oranda telomeraz aktivitesi görülür. Yetişkinlerde, tek çekirdekli periferal kan
hücrelerindeki telomeraz aktivitesi, tümör hücrelerine göre,
aynı zamanda yaşlı bireylerdeki de çocuklardakine göre daha
düşüktür. Özellikle 19 yaşından daha yaşlı bireylerde telomeraz aktivitesi düşmektedir.
Yeni doğanların Telomeraz aktivitesi, birçok insan somatik dokusunda
görülmez. Genellikle yüksek replikatif kapasitesi olan dokularda ve birçok insan kanser türünde görülür. Her hücre tipi belli sürelerde yenilenir : Mide zarı her 5 günde bir, derimiz her 30 günde bir, karaciğerimiz her 6 haftada bir, saçımız 30 günde bir, beyin hücre ve dokuları her 60 günde bir, idrar torbası her 49 günde bir, iskeletimiz her 3 ayda bir hücre olarak kendisini yeniler.
( GERİATRİ 2002, CİLT: 5, SAYI: 3, SAYFA: 112 ).
TELOMER UZUNLUĞU VE YAŞLANMA
ARASINDAKİ İLİŞKİ
Replikatif yaşlanma, toplam hücre bölünme sayısına bağlı
iken, kronolojik ya da metabolik zamana bağlı değildir.
Alexey Matveevich Olovnikov, DNA replikasyonu sonucunda bütün kromozomların fiziksel olarak sonlarında bir eksilme olduğunu, belli sayıda bölünme yapabildiğini, kritik bir eksilme noktasından sonra hücrenin ölümüne neden olduğunu
göstermiştir ( 1971 ).
Germ-line hücrelerinde telomeraz aktivitesi sürekli olarak
vardır. Bu yüzden germ-line hücreleri mutasyona uğrayabilir
fakat yaşlanmazlar. Germ hücresi, eşeyli üreyen bir organizmanın gamet oluşturmasına olanak veren herhangi bir biyolojik hücredir. Çoğu hayvanlarda, germ hücreleri barsak’tan taslağını saran dorsal mezenter boyunca gonad taslaklarına göç ederler ve orada olgun gamet içinde ya yumurta ya da sperm olarak gelişerek hücre farklılaşması ardından mitoz ve mayoz olmak üzere iki tür hücre bölünmesi geçirirler. Bu sırada takip ettikleri yola gonad yolu denilir. Çok hücreli hayvanların evriminde nongermline (somatik) hücrelerin programlı yaşlanması selektif bir avantaja sahiptir. Hücresel ölüm ve düzenli büyüme kurallara uygun olarak gerçekleşir ve kanser olma riski azalır.
Öte yandan organizmalarda yaşlanma ise değişik şekillerde tanımlanmaktadır. ” Yaşlanma, genetik bir programla düzenlenen ve
organizmayı yapısal ve işlevsel değişmelerle, ölüme götüren
olaylar toplamıdır “.
Rockstein ve Arkadaşları : “insan yaşlanması olaylar toplamıdır; ilerleyen kronolojik yaşla birlikte ortaya çıkan, biyolojik, sosyal, ekonomik ve psikolojik değişimlerin toplamıdır. Bu iç ve dış değişiklikler, ayrıca etkileşebilir ve birbirine bağlı olabilir” demişlerdir.
Genel olarak incelendiğinde insan hücrelerinde yaşlanma
ve ölüm iki evrede ( M1 ve M2 ) gerçekleşir:
M1 evresi: Telomer tek dalının önemli miktarda kısalması
sonucu ortaya çıkar. Bu kısalık kritik bir noktaya ulaşınca
hücre bölünmesi durur ve yaşlanma başlar. Bu noktadaki
telomer boyu korunabilirse hücre yaşlı olarak hayatını
sürdürür. Cyclin Dependent Kinase (CDK) oluşumu
engellenir ve hücrenin G0 ya da G1‘den S fazına geçişi
durdurulur. Böylece hücre bölünemez ve yaşlanır.
Yaşlanma programını uyaran (stimüle eden) farklı
etmenler vardır. Telomer kısalması, yaşlanma programı için
en iyi tanımlanmış fizyolojik uyarıcıdır (stimülatör). Bu
olayın yaşlanma açısından merkezi rolü tanımlanmıştır.
Değişmiş DNA metabolizması, erken yaşlanma gibi birçok
hastalığı belirler.
Bu hastalıklar tarafından etkilenen enzimler,
DNA metabolizmasının ya da tamirinin çeşitli aşamalarında
tamiri geciktirir yada yaptırmazlar.
Bu hastalıklar gelecekte erken yaşlanmayı beraberinde getirir.
Aktive edilmiş onkogenlerin ekspresyonu da yaşlanmayı başlatır. Yaşlanma, aslında tümör baskılayıcı sistemdir.
Ataxia telangiectasia, Werner sendromu, Hutchinson – Gilford progeria, Down sendromu ve Nijmegen – breakage sendromu DNA’nın değişmiş metabolizması ile meydana gelen hastalıklardır.
DNA hasarlarının, yaşlanmayı, telomer uzunluğunu ve fonksiyonunu etkileyerek uyardığı düşünülmektedir.
M2 evresi : Bu evre, M1 evresini aşan hücrelere aittir. Bir
hücrenin M1 evresini aşarak M2 evresine geçebilmesi için,
M1 evresinde bekleyen hücrenin p53 ve Rb benzeri
proteinleri, viral on-ko proteinlerce (viral onkogenler
kullanılarak) bozulur.
Böylece bu proteinler, G1 evresinde görev yapamayacağından hücre siklusu, G2’den S fazına atlar ve hücre bölünmesi devam eder. Fakat böyle bir durumdaki soma hücresinde, telomeraz enzim aktivitesi yok denecek kadar azaldığından, telomer boyu giderek kısalır. Telomer
boyu aşırı kısalan hücreler M2 noktasında ölür. Eğer M2
noktasında hücrenin telomer boyu stabil bir halde kalırsa,
hücre M2 noktasını aşarak ölümsüzleşir ve bölünmeye devam
eder. Bu olay, telomeraz enziminin regülasyonu ya da
yeniden aktifleşmesi sonucu ortaya çıkar. Kanser hücreleri,
M2 evresini aşabilen bu tip hücrelerdir.
Telomer kısalması primer insan hücrelerinde replikatif
yaşlanmaya öncülük eder. Kontrol noktaları da p53 ve R b
proteinlerine bağlıdır. P53/Rb inhibisyonu, hücreye
bölünmesi için izin verir fakat daha sonra hücre “telomer
krizine” girer. Bu periyotta kromozomların yapısı bozulur ve
hücre ölümü gerçekleşir. p53 kaybı nedeniyle hücre
büyüklüğü kontrol edilemez. Telomer fonksiyonu aksar. tam da bu aşamada hücrede meydana gelebilecek ikinci bir genetik değişiklik,
hücreyi ya ölüme götürür, ya da hücresel değişime yol açar.
Telomer fonksiyonunun aksaması sonucu oluşan bu Genetik kaos, insanda birçok kanser çeşidinin gelişimindeki en önemli adımdır. Telomer krizi, replikatif yaşlanmayı başlatır. Telomeraz ekspresyonu ile replikatif yaşlanma ya da telomer krizi atlatılır ve uzun yaşama gerçekleşir.
Özetlersek :
a) Telomeraz, gametogenezde bazı aşamalarda aktiftir ve
telomer uzunluğu, kök hücrelerinde kuşaktan kuşağa
aktarılır.
b) Farklılaşmanın devam ettiği kuşaklar boyunca ( bütün
somatik dokularda değil ) telomeraz baskılanır.
c) Somatik hücrenin bölünmesi sürdükçe telomerik DNA
ucunda kayıplar meydana gelir.
d) Hücre siklusundaki “checkpoint” denen kontrol
noktası, hücre döngüsünü yönetir. Telomer uzunluğundaki azalma kritik noktaya geldiğinde, hücre döngüsü Hayflick Limiti’ni başlatır ve hücre bölünmesi durur.
e) Hayflick Limiti, mutasyonlarla ya da viral
onkogenlerin ekspresyonu ile atlatılabilir.
f) Bir hücre ilk andan itibaren uzun ömürlü olabilir; birkaç bölünme sonra, kriz sırasında ya da krizin başlamasına yakın bir aşamada telomerazın aktivasyonu ile uzun ömürlü yaşama ulaşır.
Telomer artısı yapay olarak sağlanırsa ne olur ?
Telomeraz aktivitesi, TTAGGG tekrarlarının normal insan kromozomlarının ucuna eklenmesi ile gerçekleşir. Hücrelere suni olarak telomer eklenmesi ile, büyüme potansiyelinde çok büyük artışlar gözlenmiştir.
Belli sayıdaki hücre bölünmesinden sonra yaşlanmanın görüldüğü, oysa telomeraz pozitif olan hücrelerde, yaşlanma özelliğinin ortadan kalktığı ve bölünmeye devam ettiği görülmüştür.
hTERT varlığının etkisi :
Telomeraz holoenziminin katalitik alt ünitesi olan hTERT’ in
ekspresyonu, insan hücrelerinin sonsuz sayıda çoğalması ile ilgili
geleceğini belirleyebilir. Yapılan çalışmalarda yaşlanmanın, telomerlerin tükenme noktası olan kriz aşamasında atlatıldığı gözlenmiştir.
Acaba, telomer uzunluğunu arttırarak upuzun daha uzun bir gençliğe ve canlılığa sahip olabilir miyiz?
Son yapılan çalışmalar, hücre içindeki telomeraz miktarının yapay olarak arttırılması ile yaşlanmanın tersine çevrilebileceğini ispatlamıştır. Yapılan araştırmalar : Hücrenin yaşlanma noktasından sonra bile bölünmeye devam ettiğini göstermişdir. Fakat böyle bir işlemin yüksek oranda kanser riski taşıdığını da belirtmek gerekir !
Tam da bu noktada : Telomer – kanser ve telomer – yaşlanma ilişkisinin tam olarak açıklığa kavuşabilmesi için çok sayıda yeni araştırmaya ihtiyaç duyulmaktadır.
Herşeye rağmen elimizde yanıtlanması gereken iki büyük soru bulunmaktadır:
1) Transplantasyon yapılmış dokularda, telomerazın dışardan
ekspresyonu ile yaşlanmayı önleyebilir miyiz ?
2) Telomeraz ekspresyonu, transplantasyon yapılmış dokularda hassas
onkogenik değişikliklerin oluşma olasılığını artırabilir mi ?
Yaşlanmaya bağlı olarak vücutta CD8+ T lenfositler’in oranı artar. Yani yaşlanmayı gösteren indekslerden biri de budur. İşte bu hücrelerde TAT2, telomerazı aktive eder ve böylece bu hücrelerde kısa olan telomer, kısalmaya devam etmez, kayıp durur hatta uzattığına dair yayınlar da vardır. Telomer bilindiği gibi ömürü de uzattığı keşfedilen hücresel yapıdır. Telomer ne kadar uzun ise ömür o kadar uzun, ne kadar kısa ise o kadar kısa olur keşfi yarı hipotez halindedir.
GEVEN ( KEVEN ) OTU :
Baklagiller familyasından olan GEVEN OTU ( Astragalus membraneceous ), en büyük şöhretini telomeraz aktivitesine neden olduğu için ( TAT 2 : cycloastrogenol ) yakalamıştır.
