ارتباط طول عمر و تلومرها

پیری یک پدیده‌ی طبیعی چند عاملی است، که به عوامل مختلف ژنتیکی و محیطی بستگی دارد. یکی از عوامل ژنتیکی که بر سرعت پیری و طول عمر یک موجود زنده تأثیر می‌گذارد، طول تلومرهایی است که در انتهای کروموزوم‌های خطی قرار دارند.
افراد با تلومرهای کوتاهتر در مقایسه با آن‌هایی که تلومرهای بلندتری دارند، بیشتر مستعد ابتلا به بیماری‌ها هستند، و طول عمر کوتاهتری دارند.

آیا ممکن است؟

برخی آزمایشگاه‌های مدرن و پیش رفته ادعا می‌کنند که می‌توانند سن زیستی شما را تخمین زده و پیش بینی کنند. برای این که بدانید تا چه زمانی قادر به زندگی خواهید بود، تنها کاری که باید انجام دهید تهیه‌ی 5 میلی لیتر خون و 500 - 700 دلار پول به همراه 4 - 5 هفته زمان است.
پیر شدن و طول عمر برای محققان مختلف یک معما بوده است و هم چنان به صورت یک معما باقی مانده است. فرآیند پیر شدن به عوامل مختلفی بستگی دارد، که شامل آسیب DNA در اثر استرس اکسیداتیو، عوامل محیطی، سن حقیقی و تقویمی، و ریسک فاکتورها (عوامل خطر)، مانند روی دادهای ناگوار و غیره می‌باشد. به نظر می‌رسد علاوه بر این عوامل، ساختارهای خاصی که نقش اصلی را در فرآیند پیری به عهده دارند تلومرها می‌باشند.
تلومرها ساختارهای تخصص یافته‌ای هستند که در انتهای کروموزوم‌های خطی قرار دارند. این ساختارها از کروموزوم‌ها محافظت می‌کنند و سبب پایداری مولکول DNA خطی می‌شوند. کاهش طول این تلومرها در طی روند پیری مشاهده شده است.
این گزارش، اطلاعاتی درباره‌ی تلومرازها و نقش آن‌ها به عنوان ساعت‌های مولکولی و نیز ارتباط آن‌ها با پیری و طول عمر در انسان‌ها ارائه می‌دهد.

تلومرها چه ساختارهایی هستند؟

تلومرها مجموعه‌ای از توالی‌های خاص تکرارشونده‌ی DNA هستند که رمز گذاری نشده‌اند (رو نویسی نمی‌شوند و پروتئین سنتز نمی‌کنند) و در انتهای کروموزوم‌های خطی قرار دارند. آن‌ها نوعی پوشش محافظتی بر روی کروموزوم‌ها تشکیل می‌دهند و مشابه انتهای پلاستیکی بندهای کفش هستند.
انتهای جدا شده‌ی کروموزوم‌ها خاصیت چسبندگی دارند و تمایل به اتصال به دیگر کروموزم‌ها دارند و به این ترتیب موجب افزایش نا هنجاری‌های ژنتیکی می‌شوند. توالی‌های تکرار شونده‌ی تلومری موجب پایداری کروموزوم‌های خطی می‌شوند و از برخورد و اتصال به کروموزم دیگر جلو گیری می‌کند.
تقریباً تمام تلومرها در یک رشته توالی عمومی از Cn(A/T)m {که در آن n>1 و m=1-4 است} دارند، در حالی که در رشته‌ی دیگر یک انتهای برآمده‌ با توالی عمومی Gn(T/A)m دارند. این توالی‌ها در اکثر سلول‌های یوکاریوتی و نیز انواع خاصی از موجودات پروکاریوتی که کروموزوم خطی دارند، وجود دارد. در ستون فقرات، تلومرها از چندین تکرار توالی‌ 5'-TTAGGG-3' تشکیل شده‌اند.

تلومراز مانند بمب ساعتی ژنتیکی هستند.

فرآیند تکثیر DNA در یوکاریوت‌ها از قسمت‌های مختلف مولکول DNA آغاز می‌شود. سنتز DNAجدید از طریق رشته‌ی هدایت کننده – که دائماً سنتز و تولید می‌شود (در مقابل رشته‌ی الگوی 3'→5' سنتز می‌شود و به صورت ممتد و در جهت 5'→3' به پیش می‌رود) – و رشته‌‌ی پیرو – که از طریق سنتز نا پیوسته‌ی DNA تعریف می‌شود (در مقابل رشته‌ی 5'→3' سنتز می‌شود و به صورت قطعات نا پیوسته به نام قطعات اکازاکی در جهت 5'→3' از منطقه‌ای جلوتر سنتز شده و بعداً این قطعات به یک دیگر متصل می‌شوند تا رشته‌ی کامل را به وجود آورند)، انجام می‌گیرد. آنزیمی که در سنتز DNA دخیل است، به قطعه‌ای از RNA که پرایمر RNA نامیده می‌شود، برای شروع سنتز نیاز دارد. در نتیجه، قسمتی از انتهای 3' از رشته‌ی پیرو بدون رو نویسی و تکثیر باقی می‌ماند.
"دستگاه فتوکپی را تصور کنید که از متن شما نسخه‌های عالی تهیه می‌کند اما همیشه از خط دوم هر صفحه شروع و یک خط به آخر مانده تمام می‌کند"
-ژنوم: زندگی ‌نامه‌ی یک گونه در 23 فصل (نویسنده مت رایدلی)
این مسئله به عنوان مشکلی در پایان فرآیند رو نویسی و تکثیر معروف است و ممکن است باعث از دست رفتن اطلاعات ژنتیکی که در بخش انتهایی مولکول قرار دارد، شود.
حضور تلومرها در انتهای کروموزوم‌ها مانع از دست رفتن اطلاعات در بخش انتهایی کروموزوم‌ها می‌شود. در طی هر دوره رو نویسی و همانند سازی که رخ می‌دهد، هنگامی که یک سلول به دو سلول جدید تقسیم می‌شود، قسمتی از این توالی تلومری بدون این که رو نویسی و تکثیر شود، باقی می‌ماند و به سلول‌های جدید منتقل نمی‌شود. در نتیجه، با هر تقسیم سلولی، طول تلومر کوتاه‌ و کوتاه‌تر می‌شود – پدیده‌ای که کوتاه شدن طول تلومر نامیده ‌می‌شود.

تلومرها و پیری

پس از تقسیم‌های متوالی در طول مدت زمان مشخص، کل ناحیه‌ی تلومری از دست می‌رود، و سلول‌ها پیر می‌شوند. پس، تلومرها به عنوان ساعت مولکولی یا بمب ساعتی ژنتیکی عمل می‌کنند و مانع فنا نا پذیری و نا میرایی سلول‌ها می‌شوند. این پدیده‌ی طبیعی جالب توجه که سلول می‌تواند به تعداد دفعات محدودی تقسیم شود، اولین بار توسط لئونارد هایفلیک در سلول‌های طبیعی انسان و حیوان مشاهده شد. او نشان داد که سلول‌های طبیعی جنین انسان، در محیط کشت، می‌توانند تنها 40 - 60 بار تقسیم شوند، و پس از آن سلول‌ها پیر می‌شوند. او پیشنهاد داد که پیری سلولی به این طریق رخ می‌دهد و نقش حیاتی در فرآیند فیزیکی پیر شدن ایفا می‌کند.
هرچند کوتاه شدن طول تلومر با پیری در ارتباط بوده است، اما هنوز کاملاً مشخص نیست آیا این کاهش طول سبب پیری می‌شود یا این کوتاه شدن یکی از علایم پیری، مانند شل شدن و از بین رفتن الاستیسیته‌ی پوست و خاکستری شدن مو و غیره است. با این حال، مطالعات نشان داده‌اند که ارتباط معنا داری میان تلومر و طول عمر و هم چنین شیوع بیماری‌های در انسان‌ها وجود دارد.
در طی یک مطالعه و پژوهش که توسط ریچارد کتون (از دانشگاه اوتا در ایالات متحده) انجام شد، گروهی از افراد بر اساس متوسط طول تلومر اندازه گیری شده با استفاده از سلول‌های خونی، به دو گروه تقسیم شدند. نتیجه‌ای که به دست آمد این بود که گروهی از افراد که تلومر بلندتر داشتند 5 سال بیشتر از گروه افرادی با تلومر کوتاهتر زندگی کردند. هم چنین مشاهده شد که در میان افراد بالای 60 سال، آن‌هایی که تلومر کوتاه‌تر داشتند 6 برابر بیشتر در معرض مرگ بر اثر بیماری‌های قلبی و 8 برابر بیشتر در معرض خطر ابتلا به عفونت‌های کشنده بودند.

آیا می‌توانیم فرآیند پیری را معکوس کنیم؟

اگر چه اکثر سلول‌ها در بدن افراد طول عمر ثابتی دارند، اما گروه کوچکی از سلول‌ها وجود دارد که دارای قدرت نا میرایی هستند. این نا میرایی به دلیل فعالیت آنزیم ریبونوکلئو پروتئین است که تلومراز نامیده ‌می‌شود، که می‌تواند توالی‌های تلومری را که در انتهای کروموزوم‌ها قرار دارند، بسازد و حفظ کند. این آنزیم در تمام سلول‌های جوان وجود دارد، اما مقدار آن در پی تقسیم‌های سلولی مکرر کاهش می‌یابد. در مورد سلول‌های نا میرا، مانند سلول‌های تخمک و اسپرم و نیز برخی سلول‌های ایمنی، فعالیت تلومراز ثابت باقی می‌ماند.
بنا بر این، آیا تنها فعال کردن این آنزیم در تمام سلول‌ها می‌تواند فرآیند پیری را معکوس یا متوقف ‌کند؟ یک گروه از دانشمندان در دانشکده‌ی پزشکی هاروارد در بوستون موش‌هایی تولید کردند که از طریق مهندسی ژنتیک دست کاری شده‌ و فعالیت تلومراز در آن‌ها را تغییر داده بودند. این موش‌ها می‌توانستند رشد کنند و بالغ شوند، و سپس این آنزیم برای یک ماه فعال می‌شد. آن‌ها مشاهده کردند که موش‌ها سریع پیر شدند، اما هنگامی که فعالیت آنزیم در سن بزرگ سالی و بلوغ آن‌ها دو باره باز یابی شد، اثرات پیری معکوس شدند.
هر چند دانشمندان اثر فعال شدن تلومراز را در موش‌های طبیعی آزمایش نکردند، و در عوض، پیری غیر طبیعی موش‌ها را بررسی کردند، نتیجه‌ی قابل توجه به دست آمده از این آزمایش این واقعیت بود که علایم پیری می‌تواند معکوس شود. این نتیجه پس از پونس دولئون کاوشگر، کسی که به جستجوی چشمه‌ی جوانی پرداخت، به " اثر تقریبی پونس دولئون" نام گذاری شد، هرچند این مفهوم در انسان‌ها نیازمند تأیید باقی مانده است و هنوز روی انسان‌ها آزمایش نشده است.
فعالیت مستمر تلومراز در گروهی از سلول‌های مهلک نا میرا نیز دیده می‌شود – سلول‌های سرطانی. تلومرهای کوتاه ‌شده و پایدار در انواع مختلفی از سرطان‌ها یافت می‌شوند. بنا بر این، فعال شدن تلومراز برای معکوس کردن روند پیری همراه با خطر بزرگی است که نیاز است آن را نیز ارز یابی کرد.

آزمایش بر روی خون برای پیش بینی طول عمر

مشاهده شده است که طول دقیق تلومر در میان افراد در سن مشابه متفاوت است. دانشمندان ادعا می کنند که اندازه گیری طول تلومر می‌تواند پیش زمینه‌ی ذهنی برای پیش بینی سن زیستی یک فرد ارائه کند. شرکت‌هایی مانند طول عمر (در اسپانیا)، شرکت سهامی رسمی سلامت تلوم (ایالات متحده) و آزمایشگاه‌های اسپکتراسل (ایالات متحده) از طریق آزمایش بر روی خون متوسط طول تلومر را اندازه می‌گیرند و ادعا می‌کنند که می‌توانند از این طریق سن زیستی را پیش بینی کنند. اگر چه پیش بینی طول عمر ما هم چنان برای ما سؤال بر انگیز است، اما این آزمایشات ثابت می‌کنند که برای دانستن سطح سلامتی یک فرد مفید هستند و نشان می‌دهند فرد با چه سرعتی در حال پیر شدن است و خطر ابتلای بیماری‌ها و اختلالات خاص در او چه قدر بالا است. این چنین تجزیه و تحلیل‌هایی می‌توانند مانند زنگ هشداری باشند برای این که از سبک زندگی سالم خود مطمئن شویم و به راه کارهایی برای به دست آوردن طول عمر بیشتر روی بیاوریم.