هل التيلوميرات هي مفتاح الشيخوخة؟

داخل نواة الخلية ، يتم ترتيب جيناتنا على طول جزيئات الحمض النووي الملتوية والمزدوجة الشريطة التي تسمى الكروموسومات. توجد في نهايات الكروموسومات امتدادات من الحمض النووي تسمى التيلوميرات ، والتي تحمي بياناتنا الجينية ، وتمكن الخلايا من الانقسام ، وتحمل بعض الأسرار حول كيفية تقدمنا في العمر والإصابة بالسرطان.

تمت مقارنة التيلوميرات بالنصائح البلاستيكية على أربطة الحذاء ، لأنها تحافظ على نهايات الكروموسومات من الاهتراء والالتصاق ببعضها البعض ، مما قد يؤدي إلى تدمير المعلومات الجينية للكائن الحي أو تدافعها.

ومع ذلك ، في كل مرة تنقسم فيها الخلية ، تصبح التيلوميرات أقصر. عندما تصبح أقصر من اللازم ، لا يمكن للخلية الانقسام ؛ يصبح غير نشط أو "شيخا" أو يموت. ترتبط عملية التقصير هذه بالشيخوخة والسرطان وزيادة خطر الوفاة. لذلك تمت مقارنة التيلوميرات أيضًا بفتيل قنبلة.

يمكن للخلايا عادة أن تنقسم حوالي 50 إلى 70 مرة فقط ، مع تقصير التيلوميرات بشكل تدريجي حتى تصبح الخلايا شيخوخة أو تموت.

لا تقصر التيلوميرات في الأنسجة حيث لا تنقسم الخلايا باستمرار ، مثل عضلة القلب.

لماذا تحتوي الكروموسومات على تيلوميرات؟

بدون التيلوميرات ، فإن الجزء الرئيسي من الكروموسوم - الجزء الذي يحتوي على جينات أساسية للحياة - سيصبح أقصر في كل مرة تنقسم فيها الخلية. لذا فإن التيلوميرات تسمح للخلايا بالانقسام دون فقدان الجينات. يعد الانقسام الخلوي ضروريًا لنمو خلايا جديدة من الجلد والدم والعظام والخلايا الأخرى.

بدون التيلوميرات ، يمكن أن تندمج نهايات الكروموسوم معًا وتفسد المخطط الجيني للخلية ، مما قد يتسبب في حدوث خلل وظيفي أو سرطان أو موت الخلية. لأن الحمض النووي المكسور أمر خطير ، فإن الخلية لديها القدرة على الإحساس وإصلاح تلف الكروموسوم. بدون التيلوميرات ، ستبدو نهايات الكروموسومات مثل الحمض النووي المكسور ، وستحاول الخلية إصلاح شيء لم يتم كسره. هذا أيضًا من شأنه أن يجعلهم يتوقفون عن الانقسام ويموتون في النهاية.

لماذا تصبح التيلوميرات أقصر في كل مرة تنقسم فيها الخلية؟

قبل أن تنقسم الخلية ، فإنها تصنع نسخًا من كروموسوماتها بحيث تحتوي كلتا الخليتين الجديدتين على مادة وراثية متطابقة. لكي يتم نسخها ، يجب أن تنفصل خيوط الحمض النووي للكروموسوم وتنفصل. ثم يقرأ إنزيم (بوليميراز DNA) الخيوط الموجودة لبناء خيطين جديدين. تبدأ العملية بمساعدة قطع قصيرة من الحمض النووي الريبي. عند اكتمال كل خصلة مطابقة جديدة ، تكون أقصر قليلاً من الخصلة الأصلية بسبب المساحة المطلوبة في النهاية لهذه القطعة الصغيرة من الحمض النووي الريبي. إنه مثل شخص يرسم نفسه في زاوية ولا يستطيع أن يرسم الزاوية.

يقاوم التيلوميراز تقصير التيلومير

يضيف إنزيم يسمى تيلوميراز قواعد إلى نهايات التيلوميرات. في الخلايا الفتية ، يمنع التيلوميراز التيلوميرات من التآكل أكثر من اللازم. ولكن مع انقسام الخلايا بشكل متكرر ، لا يوجد ما يكفي من الإنزيم تيلوميراز ، وبالتالي فإن التيلوميرات تنمو أقصر وتتقدم الخلايا في العمر.

يظل التيلوميراز نشطًا في الحيوانات المنوية والبويضات ، والتي تنتقل من جيل إلى آخر. إذا لم يكن لدى الخلايا الإنجابية تيلوميراز للحفاظ على طول التيلوميرات الخاصة بها ، فإن أي كائن حي به مثل هذه الخلايا سينقرض قريبًا.

التيلوميرات والشيخوخة

وجد عالم الوراثة ريتشارد كاوثون وزملاؤه في جامعة يوتا أن التيلوميرات الأقصر ترتبط بحياة أقصر. من بين الأشخاص الذين تزيد أعمارهم عن 60 عامًا ، كان الأشخاص الذين لديهم تيلوميرات أقصر أكثر عرضة للوفاة بأمراض القلب بثلاث مرات وأكثر عرضة للوفاة من الأمراض المعدية ثماني مرات.

في حين تم ربط تقصير التيلومير بعملية الشيخوخة ، لم يُعرف بعد ما إذا كانت التيلوميرات الأقصر هي مجرد علامة على الشيخوخة مثل الشعر الرمادي أم أنها تساهم بالفعل في الشيخوخة.

إذا كان التيلوميراز يجعل الخلايا السرطانية خالدة ، فهل يمكن أن يمنع الخلايا الطبيعية من الشيخوخة؟ هل يمكننا إطالة العمر من خلال الحفاظ على طول التيلوميرات مع الإنزيم تيلوميراز أو استعادته؟ إذا كان الأمر كذلك ، فهل سيزيد ذلك من خطر الإصابة بالسرطان؟

العلماء ليسوا متأكدين بعد. لكنهم تمكنوا من استخدام الإنزيم تيلوميراز في المختبر للحفاظ على انقسام الخلايا البشرية إلى ما هو أبعد من الحد الطبيعي ، ولا تصبح الخلايا سرطانية.

إذا استخدمنا الإنزيم تيلوميراز "لتخليد" الخلايا البشرية ، فقد نتمكن من إنتاج خلايا ضخمة للزرع ، بما في ذلك الخلايا المنتجة للأنسولين لعلاج مرض السكري ، وخلايا العضلات لعلاج الحثل العضلي ، وخلايا الغضاريف لأنواع معينة من التهاب المفاصل ، وخلايا الجلد من أجل التئام الحروق والجروح الشديدة. كما أن الإمداد غير المحدود من الخلايا البشرية الطبيعية التي تزرع في المختبر سيساعد أيضًا في الجهود المبذولة لاختبار الأدوية الجديدة والعلاجات الجينية.

ما هو حجم دور التيلوميرات في الشيخوخة؟

بعض الأنواع طويلة العمر مثل البشر لها تيلوميرات أقصر بكثير من الأنواع مثل الفئران ، التي تعيش بضع سنوات فقط. لا أحد يعرف لماذا. لكنه دليل على أن التيلوميرات وحدها لا تملي العمر الافتراضي.

وجدت الدراسات أنه عندما ينقسم الناس إلى مجموعتين على أساس طول التيلومير ، فإن النصف الذي يحتوي على تيلوميرات أطول يعيش بمعدل خمس سنوات أطول من أولئك الذين لديهم تيلوميرات أقصر. تقترح هذه الدراسة أنه يمكن زيادة العمر خمس سنوات عن طريق زيادة طول التيلوميرات في الأشخاص ذوي التيلوميرات الأقصر.

لا يزال الأشخاص ذوو التيلوميرات الأطول يعانون من قصر التيلومير مع تقدمهم في العمر. كم سنة يمكن إضافتها إلى حياتنا من خلال إيقاف تقصير التيلومير تمامًا؟ تعتقد الدراسات 10 سنوات وربما 30 سنة.

بعد سن الستين ، يتضاعف خطر الوفاة كل 8 سنوات. لذا فإن احتمال وفاة شخص يبلغ من العمر 68 عامًا هو ضعف فرصة الوفاة في غضون عام مقارنةً بعمر 60 عامًا. وجدت دراسة Cawthon أن الاختلافات في طول التيلومير تمثل 4٪ فقط من هذا الاختلاف. وبينما يخبرنا الحدس أن كبار السن لديهم مخاطر أعلى للوفاة ، فإن 6٪ فقط ترجع إلى العمر الزمني فقط. عندما يتم الجمع بين طول التيلومير والعمر الزمني والجنس (تعيش النساء أطول من الرجال) ، فإن هذه العوامل تمثل 37٪ من التباين في خطر الوفاة فوق سن الستين. إذن ما الذي يسبب الـ 63٪ الأخرى؟

أحد الأسباب الرئيسية للشيخوخة هو "الإجهاد التأكسدي". إنها الأضرار التي تلحق بالحمض النووي والبروتينات والدهون (الدهون) التي تسببها المؤكسدات ، وهي مواد شديدة التفاعل تحتوي على الأكسجين. يتم إنتاج هذه المؤكسدات بشكل طبيعي عندما نتنفس ، وهي تنتج أيضًا عن الالتهابات والعدوى واستهلاك الكحول والسجائر. في إحدى الدراسات ، عرّض العلماء الديدان إلى مادتين تعملان على تحييد المواد المؤكسدة ، وزاد عمر الديدان بنسبة 44٪ في المتوسط.

عامل آخر في الشيخوخة هو "الجلايكيشن". يحدث ذلك عندما يرتبط الجلوكوز ، السكر الرئيسي الذي نستخدمه كطاقة ، ببعض حمضنا النووي والبروتينات والدهون ، مما يجعلهم غير قادرين على أداء وظائفهم. تزداد المشكلة سوءًا مع تقدمنا في السن ، مما يتسبب في حدوث خلل في أنسجة الجسم ، مما يؤدي إلى المرض والوفاة. قد يفسر Glycation لماذا تشير الدراسات التي أجريت على حيوانات المختبر إلى أن تقييد تناول السعرات الحرارية يطيل العمر.

على الأرجح ، يعمل الإجهاد التأكسدي ، والجليكشن ، وتقصير التيلومير ، والعمر الزمني جنبًا إلى جنب مع الجينات المختلفة معًا للتسبب في الشيخوخة.

الأشخاص المصابون بمرض يسمى خلل التقرن الخلقي لديهم تيلوميرات تقصر بسرعة أكبر من المعتاد. هؤلاء الناس يعانون من الشيخوخة المبكرة والموت. إنهم يواجهون مخاطر أعلى للإصابة بالعدوى التي تهدد الحياة ، وسرطان الدم وسرطانات الدم الأخرى ، والاضطرابات المعوية ، وتليف الكبد ، والتليف الرئوي ، وهو تصلب قاتل في أنسجة الرئة. كما أنهم أكثر عرضة لتحمل الشعر الرمادي والصلع وضعف التئام الجروح والبقع على الجلد واضطرابات الأمعاء وتلين العظام وصعوبات التعلم. المعنى الضمني هو أن التيلوميرات قد تلعب دورًا في كل تلك الظروف ، لأنها تشمل جميعًا الأنسجة التي تنقسم فيها الخلايا كثيرًا. هناك أيضًا بعض الأدلة التي تربط التيلوميرات القصيرة بمرض الزهايمر ، وتصلب الشرايين ، وارتفاع ضغط الدم ، ومرض السكري من النوع 2.

ما هي احتمالات خلود الإنسان؟

زاد عمر الإنسان بشكل كبير منذ القرن السابع عشر ، عندما كان متوسط العمر 30 عامًا. بحلول عام 2012 ، كان متوسط العمر المتوقع في الولايات المتحدة 79 عامًا تقريبًا. وتشمل أسباب الزيادة المجاري وتدابير الصرف الصحي الأخرى والمضادات الحيوية والمياه النظيفة والتبريد واللقاحات وغيرها من الجهود الطبية لمنع موت الأطفال والرضع ، وتحسين النظم الغذائية ، وتحسين الرعاية الصحية .

يتوقع بعض العلماء أن متوسط العمر المتوقع سيستمر في الزيادة ، على الرغم من أن الكثيرين يشككون في أن المتوسط سيكون أعلى بكثير من 90. لكن البعض يقولون إن عمر أطول بكثير ممكن.

يقول كاوثون إنه إذا أمكن القضاء على جميع عمليات الشيخوخة وإصلاح أضرار الإجهاد التأكسدي ، "أحد التقديرات هو أن الناس يمكن أن يعيشوا 1000 عام".