MedicalStudent.ro

Cancerul este una dintre cele mai proliferative boli ale secolului XXI. Daca în era precedenta cancerul era o boala asociata în general cu vârsta înaintata, astazi ea este întâlnita chiar si la vârste premature. Caracterele unice ale acestei boli apar datorita propietatilor remarcabile ale celulelor canceroase. Spre deosebire de o celula normala, care are o durata de viata predefinita, bine stabilita, data de ciclul celular si un mecanism de înmultire organizat si corelat cu celelalte celule vecine în functie de rolul si locatia în care se gaseste, celulele canceroase dobândesc în cursul procesului de malignizare proprietati remarcabile, numite de unii oameni de stiinta adevarate superputeri. Capacitatea de a invada tesuturile vecine, de a se extinde la nivelul altor organe din organismul uman determinând aparitia metastazei, de a acapara resursele nutritive si energetice prin cooptarea de vase sangvine si redirectionarea acestor substante, în defavoarea celulelor vecine sanatoase, formând astfel noi capilare sangvine intratumorale, dar si ignorarea semnalelor de diviziune controlata si de stop a celulelor învecinate sunt doar câteva dintre cele mai importante caracteristici ce le diferentieaza de restul celuelor normale.

Însa probabil cel mai frapant lucru observat la majoritatea acestor celule este puterea lor de "imortalitate celulara" efectiva. Celulele canceroase traiesc mult mai mult decât celulele normale, au un metabolism mai accentuat si deasemenea prezinta un caracter proliferativ accentuat, ritmul lor de viziune fiind mult mai accentuat si mai intens. În medie, o celula sanatoasa nu se poate divide de mai mult de 70 de ori, însa o celula maligna forteaza limitele de diviziune depasind barierele proliferative impuse de catre organism.

Înca din secolul trecut cercetatorii s-au întrebat cu privire la mecanismul care sta în spatele acestei înmultiri si cresteri necontrolate. Primul pas în elucidarea acestui mister l-a facut Howard Cooke, cercetator la Cambridge, care în 1986 reusea pentru prima data sa determine lungimea capetelor cromozomilor umani. Cu un an înainte Carol Greider si Liz Blackburn descoperisera o enzima alcatuita din doua subunitati, dintre care una catalitica, compusa din ARN. ADN-ul prezent la extremitatile cromozomilor a fost numit telomer, mai precis capetele cromozomilor au luat numele de telomeri. Ulterior s-a determinat ca lungimea telomerilor este direct corelata cu ciclul de viata al unei celule. CUM ? Ei bine se stie deja ca ADN-ul celular este alcatuit din punct de vedere chimic din baze azotate purinice (adenina – A si guanina – G) si baze azotate pirimidinice (citozina – C, uracil – U si timina – T).

Celulele maligne, în schimb au o durata de viata mult mai lunga, chiar "nelimitata" dupa unii autori. Acest lucru apare ca urmare a existentei unei enzime specifice care reface capetele telomerilor, enzima numita telomeraza. Asadar, lungimea telomerilor celulelor maligne este mentinuta constanta prin interventia acestei enzime, la fiecare diviziune celulara. Aceasta "imortalitate celulara" specifica multor celule de natura cancerigena este vitala în manifestarea caracterului malign al unei celule si în raspândirea celulelor la nivelul mai multor organe ale organismului pe cale sangvina sau limfatica. A fost apreciata lungimea telomerilor diverselor tipuri de celule. Într-un numar din 2007 a British Journal of Pharmacology, P. Phatak si AM. Burger de la Department of Pharmacology and Experimental Therapeutics, University of Maryland School of Medicine, Baltimore – SUA, apreciau ca celulele sunt diferite, deci au o dinamica diferita din punct de vedere al telomerilor.Lungimea medie disponibila în celulele somatice normale este de 10 kilobaze (kb) – termenul de kilobaze se refera la numarul bazelor azotate prezente – erodarea telomerilor acestor celule ducând la senescenta.

Celulele stem ale tesuturilor tinere au o lungime a telomerilor de 12 kb, care se scurteaza la o întretinere scazuta, în timp ce germenii sau tesutul fetal au în medie 15-20 kb, si îsi mentin telomerii. Totusi media lungimii telomerilor celulelor cancerose este de doar 5 kb (variaza între 2 si 9 kb). La începutul aparitiei tumorilor telomerii se erodeaza, însa apoi, sunt mentinuti la o lungime stabila prin intermediul telomerazei, în majoritatea cazurilor.

Printre diversele tipuri de cancere, continutul telomerilor (TC), o "procura" pentru lungimea telomerilor, este un prognostic bun pentru tipul tumorilor. Astfel în cancerul de prostata, un nivel scazut de TC da indicii asupra unei metastaze si o posibila reaparitie; în cancerul de sân un nivel scazut al TC "prezice" un rezultat clinic nemultumitor si un timp redus de 5 ani de supravietuire. O recenta analiza a lungimii telomerilor pe tumori solide (masive), realizata de catre Griffith si colaboratorii sai au dezvaluit ca lungimea telomerilor este redusa sau elongata într-o maniera specifica tumorii. Deci celulele canceroase reusesc sa depaseasca una dintre limitele fundamentale ale celulelor normale prin activarea si exprimarea telomerazei.

Din punct de vedere structural telomeraza este o ribonucleoproteina transcriptoare reversibila. Este alcatuita dintr-o componenta ARN – human TElomerase RNA Component (hTERC), care actioneaza drept sediu pentru aditionarea de noi unitati telomerice, si o componenta catalitica – human Telomerase Reverse Transcriptase (hTERT). Telomeraza permite celulelor sa învinga una dintre limitarile fundamentale în ceea ce priveste imortalitatea celulara, si anume pierderea progresiva de ADN telomeric.

Exista populatii de celule care continua sa se divida de-a lungul vietii, cum ar fi celulele germenilor sau celulele stem care necesita aditia de noi telomeri la cromozomii lor pentru a înlocui secventele pierdute în timpul diviziunii celulare. Celulele stem si cele canceroase, care au un potential proliferativ crescut, întrec senescenta prin activarea acestei enzime. Pe masura ce telomeraza este reactivata, ea poate sintetiza de novo TTAGGG, unitati hexanucleotidice repetitive pe telomerii scurtati, mentinând astfel lungimea lor constanta. Celulele canceroase si celulele stem au astfel o capacitate infinita pentru proliferare si sunt – teoretic - nemuritoare. Pâna acum toate tumorile umane si aproximativ 85% din tesuturile care poseda celule canceroase s-au dovedit a avea activitate telomerazica.

Interesant este ca telomeraza nu este singura capabila de alungirea telomerilor, s-a observat ca mici fractiuni ale unor drojdii care nu poseda telomeraza pot realiza o recombinare speciala, numita alungirea telomerilor (ALT), care poate ajusta elongatia acestora. Pe baza acestor observatii oamenii de stiinta au cautat sa dezvolte câteva tratamente împotriva cancerului. Cel mai important criteriu de dezvoltare a unor terapii pentru tratarea cancerului este selectivitatea tumorii. În timpul transformarilor maligne celulele cancerose dobândesc mutatii genetice care rescriu mecanismul normal care controleaza proliferarea celulara. A devenit clar la începutul anilor ’90 ca procesul de aparitie a cancerului implica mai multe tape si ca celulele normale pot fi transformate în celule cu potential tumoral prin coexprimarea oncogenelor cooperante. Asemenea experimente au fost realizate pe soareci, deoarece este dificila obtinerea de tesut uman transformat. În 1999 Weinberg si colegii sai, au fost primii care au reusit creearea unei tumori umane din celule sanatoase cu ajutorul unor elemente genetice. Etapa cheie a acestui proces a fost imortalizarea expresiei ectopice a subunitatii telomerazei (hTERT). Astfel, a fost lamurita problema de ce celulele sanatoase ale soarecilor se transformau prin aditie de oncogene unice în celule canceroase – adica ele exprima în comparatie cu celulele umane normale activitatea telomerazei.

Cercetarile indica faptul ca ajustarea lungimii telomerilor se realizeaza printr-un mecanism complex, în care sunt implicate fractiuni proteice cu diverse roluri. Astfel, în timpul actiunii telomerazei se formeaza un complex telomer –telomeraza. Reglarea lungimii telomerului implica proteine telomerice si alte componente ale complexului telomer – telomeraza. Telomerii si proteinele de legare asociate ofera protectie pentru terminatiile cromozomiale.

Conform unei teorii propusa de Elizabeth Blackburn, prezervarea integritatii fizice a telomerului, permitând diviziunea celulara era definita prin termenul de capping – acoperire. Pe acelasi princpiu uncapping – eliberarea s-ar produce în mod normal în celulele care se divid cu propietatea cruciala ca un telomer functional sa treaca rapid în forma complexata – capped state. Deblocarea telomerilor are loc pentru scurt timp, o eliberare prelungita a telomerilor fiind asociata fie cu oprirea diviziunii celulare, fie cu malignizarea celulei respective. Telomerii pot deveni disfunctionali prin câteva mecanisme, printre care pierderea de proteine de legare telomerice, precum si distrugerea directa a ADN-ului telomeric.

Dovezi experimentale sugereaza ca majoritatea cromozomilor defecti din punct de vedere morfologic pot proveni mai mult din eliberarea – uncapping telomerilor decât din eroziunea telomerilor, astfel contrazicând paradigma conform careia telomerii se scurteaza pentru a determina disfunctia si senescenta lor. Cercetatorii au observat ca exista mici diferente între efectele telomerzei in vitro si efectele enzimei in vivo. In vitro, hTERC si hTERT sunt suficiente pentru a avea loc actiunea telomerazei. In vivo, aceste subunitati centrale sunt sporite de factori aditionali care cuprind complexul functional telomer – telomeraza, proteinele asociate telomerazei si proteinele de legatura telomerice, care joaca un rol în mentinerea unui echilibru al lungimii telomerilor, prin influentarea localizarii si activitatii enzimei. Proteina 1 asociata telomerazei (TP1) si compusul molecular anex Hsp90 sunt asocieri fizice ale subunitatii catalitice a telomerazei hTERT.

Aceasta necesita Hsp90 pentru plierea conformationala utila pentru maturare si pentru activarea functionala. Proteinele de legatura telomerice includ, dar nu sunt limitate, doar la factorii telomerici 1 & 2 repetitivi de legatura (TRF1 - telomeric repeat binding factor 1 & TRF2 - telomeric repeat binding factor 2), proteina 2 de interactie TRF-1 (TIN2 - TRF-1 interacting protein 2), protectia telomerilor 1 (POT1 – protection of telomeres 1), precum si tankyraza (TRF1 – inactivata cu ankyrina – asociata cu adenozin difosfat (ADP)-riboza polimeraza), un membru al familiei de proteine PARP (poli(ADP-riboza) – polimeraze). Dyskerina este o proteina asociata hTERC care are rol structural. Componentele cheie a recombinarii genetice de tip omolog (recombinarea între segmente complementare de ADN) si non-omolog (care au rol în repararea cailor de unire a fâsiei duble elicoidale de ADN) se gasesc de asemenea în telomeri, incluzând si molecule de tip PARP [poli(ADN)riboza)polimeraza – tankyraza], MRE11, ku70, Ku80, Histona 2AX si Rad50.

Cel mai timpuriu eveniment masurabil care urmeaza semnalizarii distrugerii telomerilor asociati ADN este fosforilarea H2AX (R-H2AX). Telomerii sunt constituiti predominant din unitati repetitive sub forma de duble fâsii, în care punctele terminale contin fâsii simple, secvente bogate în G (fasii-G). Telomeraza adauga fâsia simpla TTAGGG, în timp ce fâsiile duble sunt replicate printr-o conventionala polimeraza.

Doua structuri a fâsiei simple de (TTAGGG)n au fost propuse: una sugereaza prezenta unei bucle-T, care ar rezulta prin împaturirea unui duplex ADN sub forma de bucla, iar cealalta propune formarea de dimeri si tetrameri cu implicarea unui quadruplex-G. Formarea acestui quadruplex este accelerata, se pare ca de prezenta proteinelor telomerice de legatura, care se pare ca actioneaza ca insotitori. Quadruplexul-G a fost recent cristalizat si are conformatie energetic posibila. Totusi, ambele structuri de capat terminal la 3’ ar putea coexista. Existenta unei plieri a capatului terminal al fâsiei simple-G într-un quadruplex este mai probabila în celulele umane, pe baza dovezilor experimentale.Cercetarile în acest domeniu sunt înca în desfasurare. La ora actuala rolul fiecarei fractiuni proteice din complexul telomer – telomeraza este înca neclar.

Totusi rezultatele obtinute pâna acum sunt promitatoare. Deja s-au obtinut o serie de compusi care inhiba activitatea telomerazica la nivelul celulei canceroase, însa se pare ca dozele utilizate sunt destul de mari ceea ce ar putea duce la posibile efecte farmacotoxicologice. Ramâne un lucru sigur: telomeraza este o enzima care prezinta un rol important în dinamica evolutiei maligne si chiar poate mai mult de atât chiar si în senescenta celulara.