Δεσποινα Δημητριου

Η γήρανση είναι ένα αναπόφευκτο βιολογικό φαινόμενο για κάθε ζωντανό οργανισμό που σχετίζεται τόσο με την κληρονομικότητα όσο και με διάφορους περιβαλλοντικούς παράγοντες που επιδρούν άλλοτε θετικά και άλλοτε αρνητικά. Μέσα από τη μοριακή και την κυτταρική βιολογία γίνεται προσπάθεια μελέτης του φαινομένου αυτού, που αν θέλαμε να το περιγράψουμε θα λέγαμε ότι πρόκειται για την προοδευτική επιδείνωση της φυσιολογικής λειτουργίας των οργανισμών. Στην παρούσα ανασκόπηση θα ρίξουμε εν συντομία μια ματιά στους μηχανισμούς που υπεισέρχονται στην βιολογία του γήρατος στον άνθρωπο.

Σε πρώτη φάση χρειάζεται να ορίσουμε το εξής: ο άνθρωπος ξεκινά την ζωή του από την δημιουργία του ζυγωτού (γονιμοποιημένο ωάριο) από το οποίο με εκατοντάδες διαιρέσεις προκύπτουν τελικά τα τρισεκατομμύρια κύτταρα του ανθρώπινου οργανισμού. Κάθε κύτταρο- με εξαίρεση τα γαμετικά- διαθέτει 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων τα οποία ουσιαστικά αποτελούν μια οργανωμένη δομή του DNA. Ο κυτταρικός κύκλος ή κύκλος ζωής του κυττάρου είναι το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί από τη στιγμή που το κύτταρο δημιουργείται μέχρι τελικά να διαιρεθεί δίνοντας δύο νέα κύτταρα.

Τα ακραία τμήματα των χρωμοσωμάτων ονομάζονται τελομερή και υποδεικνύονται στην εικόνα με κόκκινο χρώμα. Τα τελομερή είναι νουκλεοπρωτεϊνικές δομές που αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες. Δρουν προστατευτικά για τα χρωμοσώματα, αφού προστατεύουν το DNA από τη φθορά που συμβαίνει τόσο κατά τις κυτταρικές διαιρέσεις, όσο και σε περιπτώσεις δημιουργίας βλαβών στο DNA (π.χ. λόγω οξειδωτικού stress).

Το μήκος των τελομερών κάθε κυττάρου μειώνεται σταδιακά σε κάθε του διαίρεση. Το ανώτερο όριο των κυτταρικών διαιρέσεων που δύναται να επιτελέσει ένα κύτταρο λέγεται «όριο του Hayflick» και στα περισσότερα ανθρώπινα κύτταρα είναι οι 50 φορές. Στο σημείο αυτό τα τελομερή φτάνουν σε ένα οριακά μικρό μήκος και τα κύτταρα χάνουν, μη αντιστρεπτά, την πολλαπλασιαστική τους ικανότητα, δηλαδή φτάνουν σε κυτταρική γήρανση. Όσα κύτταρα είναι σ’ αυτή τη φάση, δεν μπορούν να ξαναμπούν στον κυτταρικό κύκλο και στο τέλος καταλήγουν σε προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο.

Σημειωτέων, ο ρυθμός μείωσης του μήκους των τελομερών διαφέρει από χρωμόσωμα σε χρωμόσωμα και από ιστό σε ιστό. Κατά τη σύλληψη υπολογίζεται το μέσο μήκος τελομερών να ανέρχεται στις 15.000 βάσεις DNA. Κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής περιόδου και λόγω του πολύ υψηλού ρυθμού κυτταρικών διαιρέσεων για την ανάπτυξη του εμβρύου χάνεται το ένα τρίτο του συνολικού μήκους των τελομερών. Τελικά στη γέννηση το μέσο μήκος των τελομερών είναι 10.000 βάσεις, ενώ στην ηλικία των 20 ετών είναι περίπου 8.000 βάσεις. Συνεχίζουμε να χάνουμε 35-150 βάσεις ανά έτος, μέχρι να φτάσουμε σε μήκος 5000-3000 βάσεων, όπου το DNA γίνεται ιδιαίτερα ασταθές και το κύτταρο πεθαίνει.

Από τα παραπάνω καθίσταται σαφές ότι υπάρχει αιτιώδης σχέση μεταξύ γήρατος και συρρίκνωσης των τελομερών μας, και είναι θα λέγαμε αυτός ο κυριότερος λόγος για τον οποίο γερνάμε. Φυσικά, δευτερεύοντα ρόλο διαδραματίζουν και οι συσσωρευμένες βλάβες σε επίπεδο κυττάρων, που ωθούν σε αύξηση των κυτταρικών διαιρέσεων και άρα γρηγορότερη μείωση των τελομερών μας με την εμφάνιση παθήσεων που συνοδεύουν τη γήρας.

Αξίζει να τονιστεί ότι η υπεριώδης ηλιακή ακτινοβολία, το φυσικό stress (π.χ. έκθεση σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες), ορισμένες τοξίνες, χημικές ουσίες όπως το βενζόλιο, φλεγμονές (π.χ. λόγω ιογενών λοιμώξεων), κακή διατροφή, κάπνισμα και αλκοόλ ευθύνονται επιγενετικά για την μείωση του μήκους των τελομερών μας, ενώ τα αυξημένα επίπεδα κορτιζόλης (μακροχρόνιο άγχος) έχουν επίσης ενοχοποιηθεί σχετικά.

Αποτελεί πρωταρχικό κανόνα της φύσης και κανόνα της βιολογίας, ότι υπάρχει γένεση, αναπαραγωγή και θάνατος^. “υφ ών γίγνεται τε και φθείρεται, πανθ΄όσα γένεσιν και φθοράν επιδέχεται..” (Γαληνός, περί φυσικών δυνάμεων). Στόχος της επιστήμης δεν είναι- και δεν πρέπει να είναι- να ανατρέψει μια φυσιολογική πορεία, αλλά να την κατανοήσει και τελικά να θεραπεύσει τον άνθρωπο, βελτιώνοντας την ποιότητας της ζωής του.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

Stress and telomere biology: a lifespan perspective. Psychoneuroendocrinology. 2013 Sep;38(9):1835-42. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23639252

Telomeres, lifestyle, cancer, and aging. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2011 Jan; 14(1): 28–34. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3370421/

The nature of telomere fusion and a definition of the critical telomere length in human cells. Genes Dev. 2007 Oct 1;21(19):2495-508. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17908935

Ιατρική Γενετική Thompson & Thompson 2^η Ελληνική Έκδοση, NUSSBAUM L. ROBERT, MCINNES R. RODERICK, WILLARD F. HUNTINGTON, Ιατρικές Εκδόσεις Π.Χ. Πασχαλίδης, 2011

TrueMed-ForLivingMore

Δεσποινα Δημητριου

Η γήρανση είναι ένα αναπόφευκτο βιολογικό φαινόμενο για κάθε ζωντανό οργανισμό που σχετίζεται τόσο με την κληρονομικότητα όσο και με διάφορους περιβαλλοντικούς παράγοντες που επιδρούν άλλοτε θετικά και άλλοτε αρνητικά. Μέσα από τη μοριακή και την κυτταρική βιολογία γίνεται προσπάθεια μελέτης του φαινομένου αυτού, που αν θέλαμε να το περιγράψουμε θα λέγαμε ότι πρόκειται για την προοδευτική επιδείνωση της φυσιολογικής λειτουργίας των οργανισμών. Στην παρούσα ανασκόπηση θα ρίξουμε εν συντομία μια ματιά στους μηχανισμούς που υπεισέρχονται στην βιολογία του γήρατος στον άνθρωπο.

Σε πρώτη φάση χρειάζεται να ορίσουμε το εξής: ο άνθρωπος ξεκινά την ζωή του από την δημιουργία του ζυγωτού (γονιμοποιημένο ωάριο) από το οποίο με εκατοντάδες διαιρέσεις προκύπτουν τελικά τα τρισεκατομμύρια κύτταρα του ανθρώπινου οργανισμού. Κάθε κύτταρο- με εξαίρεση τα γαμετικά- διαθέτει 23 ζεύγη χρωμοσωμάτων τα οποία ουσιαστικά αποτελούν μια οργανωμένη δομή του DNA. Ο κυτταρικός κύκλος ή κύκλος ζωής του κυττάρου είναι το χρονικό διάστημα που μεσολαβεί από τη στιγμή που το κύτταρο δημιουργείται μέχρι τελικά να διαιρεθεί δίνοντας δύο νέα κύτταρα.

Τα ακραία τμήματα των χρωμοσωμάτων ονομάζονται τελομερή και υποδεικνύονται στην εικόνα με κόκκινο χρώμα. Τα τελομερή είναι νουκλεοπρωτεϊνικές δομές που αποτελούνται από επαναλαμβανόμενες αλληλουχίες. Δρουν προστατευτικά για τα χρωμοσώματα, αφού προστατεύουν το DNA από τη φθορά που συμβαίνει τόσο κατά τις κυτταρικές διαιρέσεις, όσο και σε περιπτώσεις δημιουργίας βλαβών στο DNA (π.χ. λόγω οξειδωτικού stress).

Το μήκος των τελομερών κάθε κυττάρου μειώνεται σταδιακά σε κάθε του διαίρεση. Το ανώτερο όριο των κυτταρικών διαιρέσεων που δύναται να επιτελέσει ένα κύτταρο λέγεται «όριο του Hayflick» και στα περισσότερα ανθρώπινα κύτταρα είναι οι 50 φορές. Στο σημείο αυτό τα τελομερή φτάνουν σε ένα οριακά μικρό μήκος και τα κύτταρα χάνουν, μη αντιστρεπτά, την πολλαπλασιαστική τους ικανότητα, δηλαδή φτάνουν σε κυτταρική γήρανση. Όσα κύτταρα είναι σ’ αυτή τη φάση, δεν μπορούν να ξαναμπούν στον κυτταρικό κύκλο και στο τέλος καταλήγουν σε προγραμματισμένο κυτταρικό θάνατο.

Σημειωτέων, ο ρυθμός μείωσης του μήκους των τελομερών διαφέρει από χρωμόσωμα σε χρωμόσωμα και από ιστό σε ιστό. Κατά τη σύλληψη υπολογίζεται το μέσο μήκος τελομερών να ανέρχεται στις 15.000 βάσεις DNA. Κατά τη διάρκεια της εμβρυϊκής περιόδου και λόγω του πολύ υψηλού ρυθμού κυτταρικών διαιρέσεων για την ανάπτυξη του εμβρύου χάνεται το ένα τρίτο του συνολικού μήκους των τελομερών. Τελικά στη γέννηση το μέσο μήκος των τελομερών είναι 10.000 βάσεις, ενώ στην ηλικία των 20 ετών είναι περίπου 8.000 βάσεις. Συνεχίζουμε να χάνουμε 35-150 βάσεις ανά έτος, μέχρι να φτάσουμε σε μήκος 5000-3000 βάσεων, όπου το DNA γίνεται ιδιαίτερα ασταθές και το κύτταρο πεθαίνει.

Από τα παραπάνω καθίσταται σαφές ότι υπάρχει αιτιώδης σχέση μεταξύ γήρατος και συρρίκνωσης των τελομερών μας, και είναι θα λέγαμε αυτός ο κυριότερος λόγος για τον οποίο γερνάμε. Φυσικά, δευτερεύοντα ρόλο διαδραματίζουν και οι συσσωρευμένες βλάβες σε επίπεδο κυττάρων, που ωθούν σε αύξηση των κυτταρικών διαιρέσεων και άρα γρηγορότερη μείωση των τελομερών μας με την εμφάνιση παθήσεων που συνοδεύουν τη γήρας.

Αξίζει να τονιστεί ότι η υπεριώδης ηλιακή ακτινοβολία, το φυσικό stress (π.χ. έκθεση σε πολύ υψηλές θερμοκρασίες), ορισμένες τοξίνες, χημικές ουσίες όπως το βενζόλιο, φλεγμονές (π.χ. λόγω ιογενών λοιμώξεων), κακή διατροφή, κάπνισμα και αλκοόλ ευθύνονται επιγενετικά για την μείωση του μήκους των τελομερών μας, ενώ τα αυξημένα επίπεδα κορτιζόλης (μακροχρόνιο άγχος) έχουν επίσης ενοχοποιηθεί σχετικά.

Αποτελεί πρωταρχικό κανόνα της φύσης και κανόνα της βιολογίας, ότι υπάρχει γένεση, αναπαραγωγή και θάνατος^. “υφ ών γίγνεται τε και φθείρεται, πανθ΄όσα γένεσιν και φθοράν επιδέχεται..” (Γαληνός, περί φυσικών δυνάμεων). Στόχος της επιστήμης δεν είναι- και δεν πρέπει να είναι- να ανατρέψει μια φυσιολογική πορεία, αλλά να την κατανοήσει και τελικά να θεραπεύσει τον άνθρωπο, βελτιώνοντας την ποιότητας της ζωής του.

Βιβλιογραφικές αναφορές:

Stress and telomere biology: a lifespan perspective. Psychoneuroendocrinology. 2013 Sep;38(9):1835-42. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/23639252

Telomeres, lifestyle, cancer, and aging. Curr Opin Clin Nutr Metab Care. 2011 Jan; 14(1): 28–34. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3370421/

The nature of telomere fusion and a definition of the critical telomere length in human cells. Genes Dev. 2007 Oct 1;21(19):2495-508. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17908935

Ιατρική Γενετική Thompson & Thompson 2^η Ελληνική Έκδοση, NUSSBAUM L. ROBERT, MCINNES R. RODERICK, WILLARD F. HUNTINGTON, Ιατρικές Εκδόσεις Π.Χ. Πασχαλίδης, 2011

TrueMed-ForLivingMore