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Telomeri

Che cosa sono i telomeri?

I telomeri sono strutture specializzate localizzate all’estremità dei cromosomi.

Si tratta di una regione di sequenze nucleotide ripetute ad ogni estremità di un cromosoma che rappresenta una protezione per il cromosoma stesso al fine di evitare il deterioramento.

Il suo nome deriva dal nome greco telos  e  merοs, cioè parte finale.

Per l’uomo come per la maggior parte dei  vertebrati, la sequenza telomerica è TTAGGG, dove viene ripetuta  circa 2.500 volte.

sequenze telomeriche

Rappresentazione grafica di un cromosoma e sequenze telomeriche.

Nel 1933 Barbara McClintock, quando osservò che i cromosomi mancanti delle parti finali diventavano "appiccicose", ipotizzò l'esistenza di una speciale struttura alle estremità del cromosoma che mantenesse la stabilità del cromosoma stesso.

Successivamente, anche Hermann Muller fece delle simili osservazioni, coniando il termine “telomero”.

Nei primi anni '70, il teorico russo Alexei Olovnikov ha suggerito che le sequenze di DNA si perdono ogni volta che una cellula si replica fino a quando tale perdita non raggiunge un livello critico, a quel punto divide la cellula.

Nel 1975-1977 Elizabeth Blackburn ha scoperto l'insolita natura dei telomeri, con le loro semplici sequenze di DNA che compongono le estremità cromosomiche.

Noi erediamo i telomeri dai nostri genitori, ma non importa la lunghezza dei nostri telomeri alla nascita, tutti diventano più corti quando invecchiano soprattutto nel genere maschile rispetto a quello femminile.

Riduzione dei telomeri dovuta all'avanzare dell'età

Riduzione dei telomeri dovuta all'avanzare dell'età.

Telomeri  più brevi hanno un effetto negativo sulla nostra salute, infatti questo accorciamento è la causa principale della rottura delle cellule associate all'età.

Alcune cellule, come quelle che si trovano nella pelle, nel capello e nel sistema immunitario, sono maggiormente colpite dall'allungamento del telomero perché si riproducono più spesso.

Durante la replicazione del cromosoma, gli enzimi che duplicano il DNA non sono in grado di replicare il cromosoma fino alla sua terminazione, pertanto il telomero assume un ruolo fondamentale nell'evitare la perdita di informazioni durante la duplicazione dei cromosomi, proteggendo i geni dal taglio o dall’accorciamento.

A seguito di ogni divisione cellulare, i telomeri vanno incontro ad un processo di accorciamento.

L’enzima telomerasi è deputato alla sintesi delle ripetizioni, che vengono aggiunte de novo alle estremità 3’ terminale del cromosoma.

Enzima telomerasi

Enzima telomerasi.

Quest’enzima non è presente in tutti gli organismi in modo uguale.

Per esempio, nell'uomo (e nella maggior parte degli eucarioti multicellulari) è attivo solo nelle cellule della linea germinale: ciò significa che, ogni volta che si ha replicazione, i telomeri dell'uomo si accorciano di un certo numero di paia di basi.

La lunghezza dei telomeri varia notevolmente tra le specie, da circa 300 coppie di paia di basi nel lievito a molte migliaia di basi negli esseri umani.

Loop telomerici o t-loop

I telomeri costituiscono strutture chiamate loop telomerici o t-loop. Si forma un t-loop quando l'estremità al 3' a singolo filamento si ripiega ad ansa appaiandosi alle sequenze esameriche a doppio filamento; poichè il filamento ricco in G rimuove un'elica viene a formarsi una D, o loop di sfasamento.

T-loop e D-loop

T-loop e D-loop associati alle proteine telomeriche.

Inoltre, il t-loop è tenuto insieme da varie proteine, le più note sono TRF1, TRF2, POT1, TIN1 e TIN2, collettivamente denominate complesso Shelterin, che ha una funzione protettiva anche per le esonucleasi.

Nell'uomo, tale complesso è costituito da sei proteine identificate come TRF1, TRF2, TIN2, POT1, TPP1 e RAP1.

In passato, si pensava che i telomeri fossero regioni non codificanti, ma recenti studi hanno evidenziato che produce trascritti noti come "Terra", che si ipotizza siano implicati nella regolazione della telomerasi.

La cellula mediamente va incontro a divisione tra 50 e 70 volte prima della morte cellulare. Il limite Hayflick rappresenta il limite teorico oltre il quale la cellula non può più dividersi.

Differenti teorie affermano che nell’uomo l'accorciamento costante dei telomeri durante ogni replicazione del DNA in cellule somatiche può indurre una senescenza replicativa, che blocca la divisione cellulare e compromettere la funzione immunitaria che potrebbe anche aumentare la suscettibilità al cancro.

Se i telomeri diventano troppo brevi, la cellula può riconoscerli come danno del DNA e quindi smettere di crescere, entrare nella vecchiaia cellulare (senescenza) o avviare l'autodistruzione delle cellule programmate (apoptosi) a seconda dello stato genetico della cellula.

All'estremità molto distale del telomero è una porzione a 300 bp a singolo filamento, che forma il T-Loop.

Questo loop è analogo a un nodo che stabilizza il telomero, impedendo che i telomeri siano riconosciuti come punti di rottura da parte della macchina di riparazione del DNA.

Un’altra causa di accorciamento dei telomeri è lo stress ossidativo dovuto alla presenza di radicali liberi.

Studi sulla popolazione hanno anche indicato un'interazione tra l'assunzione di antiossidanti e la lunghezza del telomero.

Sta diventando evidente che l'inversione di scorrimento dei telomeri attraverso l'attivazione temporanea della telomerasi può essere un potente mezzo per rallentare l'invecchiamento.

Le tecniche per estendere i telomeri potrebbero essere utili per l'ingegneria dei tessuti, perché potrebbero consentire la coltura di cellule mammiferi sane e non cancerose in quantità sufficienti a essere materiali di ingegneria per le riparazioni biomediche.

Ci sono altre soluzioni che potrebbero aiutare a ripristinare la lunghezza dei telomeri o almeno a rallentare la perdita:  

  • ridurre lo stress;
  • smettere di fumare;
  • perdere peso;
  • fare più attività fisica;
  • seguire una dieta più sana.

sequenze nucleotidiche telomeriche

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