טלומרים הם קטעי DNA הנמצאים בקצה הכרומוזומים. (כרומוזומים הם מבנים דמויי חוט, הנמצאים בגרעין התא ומורכבים ממולקולת DNA יחידה, מפותלת בצפיפות).
טלומרים לעתים מדומים לקצוות הפלסטיק שבקצה שרוכי נעליים. הם משמשים למניעת פרימה או התמזגות של קצוות הכרומוזומים זה עם זה, הם גם עוזרים להגן על ה-DNA בשאר הכרומוזום מפני אובדן או נזק כאשר תאים מתרבים.
טלומרים מורכבים מרצפים חוזרים של בסיסי נוקלאוטידים (A, T, C, G – אבני הבניין של DNA). בתאים אנושיים, רצף הבסיסים החוזר הזה הוא TTAGGG.
כפי שנחקור במאמר זה, שינויים באורך הטלומר יכולים לשפוך אור על המהירות בה התאים שלנו מזדקנים.
נקודות מפתח
- טלומרים הם רצפי DNA בקצה הכרומוזומים.
מהו תפקיד הטלומרים?
ישנם שלושה תפקידים מרכזיים לטלומרים:
- הם מונעים מקצוות הכרומוזומים להידבק / להתמזג זה עם זה.
- הם עוזרים לשמור על הכרומוזומים מעוגנים ומאורגנים נכון בתוך גרעין התא.
- הם מבטיחים שה-DNA בכרומוזומים מוגן כאשר תאים מתחלקים ומשכפלים את עצמם. התפקיד האחרון הזה של הטלומרים הוא הרלוונטי להזדקנות.
כיצד טלומרים מגנים על DNA?
כדי שרקמות יגדלו ויתפתחו, תאים בודדים צריכים להתחלק ולשכפל את עצמם. כדי לעשות זאת, תאים צריכים קודם ליצור עותק זהה של ה-DNA / הכרומוזומים שלהם, המכיל את כל ההוראות הגנטיות לתפקוד התאים החדשים שנוצרו.
אולם, במהלך תהליך העתקת ה-DNA, חלק מהבסיסים (A, T, C, G) בקצה של מולקולת ה-DNA / הכרומוזום נשארים בחוץ ואינם מועתקים. מחקרים מראים שבכל פעם שתא משכפל ומעתיק את ה-DNA שלו, בין 25 ל-200 בסיסים אובדים, מה שגורם לכרומוזומים להתקצר.
כתוצאה מכך, בכל פעם שתא מתחלק ומשכפל את עצמו, יותר ויותר מידע גנטי חשוב יאבד. זה עלול בסופו של דבר להוביל לנזק תאי משמעותי, כאשר הוראות גנטיות לחלבונים חיוניים, מולקולות ותהליכים תאיים אובדות.
ביולוגים מכנים בעיה זו "end replication problem." או "בעיית השכפול ."
אז כיצד תאים מגנים מפני בעיה זו ואובדן קוד DNA חשוב?
כאן נכנסים הטלומרים, מכיוון שהם רק רצפי DNA חוזרים שאינם מקודדים לחלבונים מרכזיים, ניתן להקריב את הטלומרים בכל פעם שתא משכפל את עצמו. על ידי איבוד החומר הגנטי בטלומרים, ה-DNA החשוב יותר בשאר הכרומוזום יכול להישמר.
כתוצאה מכך בכל פעם שתא משתכפל ו-DNA מועתק, הטלומרים (המוצגים באדום בתרשים למעלה) נעשים קצרים יותר ויותר, בעוד ששאר ה-DNA (המוצג בכחול) מוגן ונשאר שלם. זה מוצג בשלושת השלבים הראשונים של התרשים למעלה.
נקודות מפתח
- תאים מאבדים חתיכות-קצה של DNA בכל פעם שהם מתחלקים ומשכפלים את עצמם.
- טלומרים פועלים כחוצץ, מגנים על DNA חשוב מפני אובדן במהלך שכפול תאים.
- טלומרים נעשים קצרים יותר ויותר במהלך כל מחזור של שכפול תאים.
מהו טלומראז?
כפי שהוסבר בסעיף הקודם, כדי להגן על DNA חשוב יותר בכרומוזום מפני אובדן, הטלומרים מוקרבים ונעשים קצרים יותר עם כל מחזור של שכפול תאים.
בשלב מסוים, הטלומרים יהיו כה קצרים שמידע גנטי חשוב יתחיל להיאבד כאשר תאים משכפלים את עצמם. (כפי שנדון בסעיף הבא, זה יכול לגרום לתא להפוך ללא פעיל ולהפסיק להתחלק או למות).
כדי להתמודד עם בעיה זו, תאים מסוימים בגופנו מייצרים אנזים, הנקרא טלומראז, שמוסיף רצפים חוזרים נוספים לקצה הטלומרים. על ידי כך, טלומראז מונע מהטלומרים להיעשות קצרים יותר.
תאים שונים מייצרים כמויות שונות של טלומראז, כך שפעילות הטלומראז משתנה בין סוגי תאים. לדוגמה, פעילות הטלומראז גבוהה בתאי ביצית וזרע, מה שאומר שהטלומרים שלהם אינם מתקצרים. באופן דומה, תאי T-לימפוציטים (סוג של תאי דם לבנים) וסוגים מסוימים של תאי גזע גם מייצרים כמויות גבוהות של טלומראז, המשמר את אורך הטלומרים.
לעומת זאת, לרוב התאים האחרים בגוף יש מעט או בכלל אין פעילות טלומראז. כתוצאה מכך, הטלומרים בתאים אלה מתקצרים בהדרגה ככל שהתאים מתחלקים.
נקודות מפתח
- טלומראז הוא אנזים שמוסיף בסיסים לטלומרים ושומר על אורכם.
- לתאים מסוימים (למשל תאי זרע, ביצית, תאי גזע) יש פעילות טלומראז גבוהה, המונעת מהטלומרים להתקצר.
- לתאים אחרים בגוף יש מעט או בכלל אין פעילות טלומראז, מה שאומר שהטלומרים מתקצרים בכל פעם שתא משכפל את עצמו
מדוע טלומרים מתקצרים עם הזמן?
כפי שהוזכר קודם, לרוב התאים בגופנו יש פעילות טלומראז מאוד נמוכה, מה שגורם לטלומרים להתקצר עם הזמן ככל שתאים מתחלקים ומשכפלים את עצמם.
ישנם שני תהליכים עיקריים התורמים להתקצרות הטלומרים:
- DNA בקצוות ממש של הטלומרים אינו מועתק ולכן אובד במהלך שכפול תאים.
- עקה חמצונית גורמת נזק לטלומרים.
התהליך הראשון הוא "בעיית השכפול" , שתוארה קודם, שבה DNA בקצוות הכרומוזומים אינו מועתק בכל פעם שתא משכפל את עצמו. כתוצאה מכך, טלומרים (הממוקמים בקצה הכרומוזומים) נעשים קצרים יותר ככל שתאים מתחלקים ואנחנו מזדקנים.
מעריכים שבעיית השכפול בקצה זו גורמת לטלומרים להתקצר בכ-20 זוגות בסיסים בכל פעם שתא משכפל את עצמו.
עקה חמצונית והתקצרות טלומרים
התהליך השני התורם להתקצרות טלומרים הוא עקה חמצונית. נתקלנו בעקה חמצונית במספר תכונות קודמות, כולל תכונות עקה חמצונית (SOD2), סיכון לעקה חמצונית (GPx-1), וסיכון לעקה חמצונית (NQO1) , הקוראים מוזמנים לבקר בתכונות אלה לסקירה מעמיקה יותר.
לסיכום קצר, עקה חמצונית מתרחשת כאשר רדיקלים חופשיים ומיני חמצן פעיל מצטברים בתאים. מכיוון שהם תגובתיים מאוד, חומרים אלה יכולים להגיב ולהזיק למולקולות שונות, כולל DNA.
רצף ה-DNA בטלומרים רגישים במיוחד לנזק מעקה חמצונית, מכיוון שקצוות הכרומוזומים פחות קלים לתיקון על ידי מנגנוני תיקון ה-DNA של התאים.
רצץ DNA פגוע בטלומרים אינו מועתק כראוי ולכן אובד כאשר תאים משכפלים את עצמם, מעריכים שעקה חמצונית תורמת לאובדן של 50-100 זוגות בסיסים בכל חלוקת תא.
לאורך חיינו, ככל שתאים בגופנו מצברים נזק מעקה חמצונית כשאנחנו מזדקנים, הטלומרים נעשים קצרים יותר ויותר. בהקשר זה, גורמי אורח חיים המקדמים עקה חמצונית, כמו עישון, חשיפה למזהמים, וחוסר פעילות גופנית, יכולים כולם לגרום להתקצרות טלומרים.
נקודות מפתח
- לרוב התאים בגופנו יש מעט או בכלל אין פעילות טלומראז, מה שאומר שטלומרים אינם נשמרים.
- טלומרים מתקצרים עם הזמן בגלל אובדן חומר גנטי כאשר תאים משכפלים את עצמם.
- טלומרים גם מתקצרים עם הזמן בגלל נזק ל-DNA שנגרם מעקה חמצונית.
הקשר בין התקצרות טלומרים והזדקנות
בסעיף הקודם תיארנו כיצד טלומרים נעשים קצרים יותר בהדרגה ככל שתאים משכפלים וצוברים נזק מעקה חמצונית.
בגלל תהליך התקצרות זה, בשלב מסוים, הטלומרים יהיו כה קצרים שכל שכפול תאים נוסף יגרום לאובדן של חומר גנטי חשוב ונזק בלתי הפיך לתאים.
כדי למנוע שכפול והצטברות של תאים פגועים, כאשר טלומרים מתקצרים לאורך 'קריטי' מסוים, התאים מקבלים אות להפסיק להתחלק. הם נכנסים למצב של senescence (הזדקנות תאית), שבו הם מפסיקים באופן קבוע להתחלק ולגדול, או שהם מתים דרך תהליך של מוות תאי מתוכנת הידוע כ- apoptosis.
בהתחשב באילוצים לעיל, מעריכים שאורך החיים של תא מושפע מאוד מאורך הטלומרים, כאשר הזדקנות קשורה לתהליך שבו טלומרים נעשים קצרים יותר בהדרגה ומגיעים לאורכם הקריטי.
חשוב לציין, עם זאת, שאין זה ברור לחלוטין האם התקצרות טלומרים היא הגורם או רק סמן של הזדקנות תאים.
יתר על כן, מספר גורמים אחרים, כמו תפקוד לקוי של מיטוכונדריה ונזק למולקולות אחרות, נחשבים גם הם כתורמים להזדקנות.
עם זאת, מעריכים שקצב התקצרות הטלומרים קשור באופן הדוק למהירות בה תאים מזדקנים. לדוגמה, מחקרים על בעלי חיים מראים שמינים עם קצב גבוה יותר של התקצרות טלומרים נוטים להזדקן מהר יותר ובעלי תוחלת חיים קצרה יותר.
נקודות מפתח
- כאשר טלומרים נעשים קצרים מדי ומגיעים לאורך קריטי, תאים מפסיקים לגדול ו/או מתים. תהליך זה עשוי להיות בבסיס ההזדקנות.
- הקצב שבו טלומרים מתקצרים עם הזמן משפיע על הקצב שבו תאים מזדקנים.
- לא ברור האם התקצרות טלומרים גורמת להזדקנות או היא רק סמן של הזדקנות.
מה קורה לאורך הטלומרים כשאנחנו מזדקנים?
אורך הטלומרים נעשה קצר בהדרגה ככל שאנחנו מזדקנים. בהקשר זה, אורך הטלומרים עשוי להיות סמן שימושי לגיל הביולוגי שלנו. הוא לעתים מכונה 'שעון טלומרי'.
נמצא שלתינוקות שנולדו יש טלומרים שאורכם בין 12,000 – 7,000 זוגות בסיסים (או 7-12 kb / kilobases ).
לאורך חיינו, ככל שתאים ממשיכים להשתכפל ואנחנו צוברים נזק מעקה חמצונית (שניהם גורמים להתקצרות טלומרים) אורך הטלומרים יורד.
מחקרים מציעים שאנחנו מאבדים בין 15 ל-50 זוגות בסיסים בשנה.
הגרף למעלה ממחיש כיצד אורך הטלומרים יורד עם הגיל (קו ורוד = נשים, קו כחול = גברים). שימו לב כיצד הטלומרים מתקצרים במהירות בשנות החיים הראשונות וגם מהר יותר (מסומן על ידי שיפוע תלול יותר) בשני העשורים הראשונים של החיים. זאת מכיוון שהחיים המוקדמים מאופיינים בצמיחה מהירה ושכפול תאים, התורמים להתקצרות טלומרים.
סוגי תאים שונים יש להם אורכי טלומרים שונים שמתקצרים בקצב שונה. מדענים, נוטים להשתמש באורך הטלומרים בתאי דם לבנים (לויקוציטים) כדי להעריך שינויים כלליים באורך טלומרים בבני אדם.
נקודות מפתח
- הטלומרים שלנו נעשים קצרים יותר ככל שאנחנו מזדקנים.
- שינויים באורך הטלומרים עשויים לספר לנו על הגיל הביולוגי שלנו.
מה אורך הטלומרים מספר לנו על מהירות ההזדקנות שלנו?
במקום האורך המוחלט של הטלומרים שלנו בנקודת זמן אחת, השינוי באורך הטלומרים לאורך זמן הוא זה ששופך אור על המהירות בה התאים שלנו מזדקנים.
להמחשת נקודה זו: בני אדם נולדים עם טלומרים באורך של בין 5 – 12,000 זוגות בסיסים, בעוד שלעכברים יש טלומרים ארוכים יותר (כ-50,000 זוגות בסיסים). כמובן, לעכברים יש תוחלת חיים קצרה משמעותית מבני אדם, מה שעשוי להיות קשור בחלקו לכך שהטלומרים שלהם מתקצרים בקצב מהיר הרבה יותר (7,000 זוגות בסיסים בשנה בעכברים לעומת 15-50 זוגות בסיסים בשנה בבני אדם).
קצב גבוה יותר של התקצרות טלומרים (הידוע גם ככליית טלומרים) מרמז על קצב מהיר יותר של הזדקנות.
לפי השקפה זו, אם ניקח שני אנשים באותו גיל כרונולוגי, האדם עם אורך הטלומרים הקצר יותר (בנקודת זמן מסוימת) עשוי להיחשב מבוגר יותר ביולוגית כי הוא חווה קצב גבוה יותר של התקצרות טלומרים.
עלינו להיזהר לפני שנסיק מסקנה זו, זאת מכיוון שלא כולנו נולדים עם טלומרים באורך זהה.
לחלק מאיתנו עשויים להיות טלומרים ארוכים יותר (למשל אלה באחוזון ה-90 [קו אדום בגרף למטה]), בעוד שלחלק מאיתנו יש טלומרים קצרים יותר (למשל אלה באחוזון ה-1 [קו כחול בגרף למטה]). אורך טלומרים קצר יותר אינו מרמז בהכרח על קצב גבוה יותר של התקצרות טלומרים והזדקנות מואצת.
לכן, כאשר משתמשים באורך טלומרים לניתוח הזדקנות, עלינו להתחשב בשונות האינדיבידואלית באורך הטלומרים בלידה.
עם זאת, אורך טלומרים קצר מהממוצע לקבוצת גיל מסוימת נקשר לאריכות ימים מופחתת וסיכון גבוה יותר למוות ממחלות לב וכלי דם.
הדבר מרמז שאורך טלומרים קצר מהממוצע הוא סמן להזדקנות מואצת.
נקודות מפתח
- קצב התקצרות הטלומרים (ולא אורך הטלומרים המוחלט כשלעצמו) הוא סמן למהירות בה התאים שלנו מזדקנים.
- אורכי טלומרים קצרים יותר בנקודת זמן מסוימת עשויים, בהינתן מגבלות מסוימות, להצביע על קצב מהיר יותר של התקצרות טלומרים והזדקנות מהירה יותר.
- אנשים מראים שונות ניכרת באורך טלומרים בלידה ובתוך קבוצות גיל ספציפיות.
- אורך טלומרים קצר מהממוצע לקבוצת גיל מסוימת עשוי להצביע על הזדקנות מואצת ונקשר לאריכות ימים מופחתת.
מהו הגן TERC?
הגן TERC מקודד יחידת משנה של האנזים טלומראז.
כפי שתואר קודם, טלומראז הוא אנזים שמוסיף רצפים לטלומרים ובכך עוזר לשמור על אורכם ולמנוע מהם להתקצר.
הגן TERC מקודד לחלק מהאנזים הידוע כרכיב ה-RNA של טלומראז, המשמש כתבנית ליצירת רצפי הטלומר החוזרים.
נקודות מפתח
- הגן TERC שלך מקודד לחלק מהאנזים טלומראז.
- האנזים טלומראז פועל לשמירה על אורך הטלומרים.
אילו וריאנטים של הגן TERC אתם מנתחים?
תכונת "טלומרים והזדקנות ביולוגית" (TERC) בוחנת SNPs שונים בתוך ומסביב לגן TERC.
אחד ה-SNPs המרכזיים המנותחים מסומן כ-rs12696304, הגורם לשינוי של C ל-G בקוד ה-DNA של הגן TERC. זה יוצר שני וריאנטים או אללים שונים של הגן TERC: האלל 'C' והאלל 'G'.
כפי שנסביר בסעיף הבא, האלל 'G' קשור לאורך טלומרים קצר יותר והזדקנות מואצת.
נקודות מפתח
- תכונת ההזדקנות המקושרת-טלומרים (TERC) שלך בוחנת SNPs של הגן TERC, כולל rs12696304.
- האלל 'G' של הגן TERC (rs12696304) קשור לאורך טלומרים קצר יותר והזדקנות מואצת.
כיצד וריאנטים של הגן TERC משפיעים על אורך טלומרים ומהירות ההזדקנות?
מספר מחקרים מציעים שהאלל 'G' של הגן TERC (שנוצר על ידי ה-SNP rs12696304) קשור לאורך טלומרים קצר יותר.
קשר זה הודגם באוכלוסיות שונות, כולל נבדקים אירופאים, דנים, כווייתים וסינים מהאתניות האן.
במחקר גדול , חוקרים מצאו שלאנשים שירשו עותק אחד של האלל 'G' (אנשים עם הגנוטיפ GC) היה אורך טלומרים נמוך ב- 75 זוגות בסיסים קצר מהממוצע.
לאלה עם שני אללי 'G' (כלומר הגנוטיפ GG) היו טלומרים קצרים בכ-150 זוגות בסיסים.
אורך טלומרים קצר יותר בנושאי האלל 'G' מציע שווריאנט גן זה קשור לקצב מוגבר של התקצרות טלומרים. זה, בתורו, מרמז על הזדקנות תאים מואצת.
בהקשר זה, אותו מחקר מצא שטלומרים מתקצרים בקצב של כ-21 זוגות בסיסים בשנה. בהינתן קצב התקצרות טלומרים זה, ירושת אלל 'G' אחד (הקשור לטלומרים שהם 75 זוגות בסיסים קצרים יותר) קשורה ל-3.6 שנות הזדקנות נוספות.
באופן דומה, ירושת שני אללי 'G' (הקשור לטלומרים קצרים יותר ב- 150 זוגות בסיסים ) שקולה ל-7.2 שנות הזדקנות נוספות.
כפי שצוין קודם, יכול להיות שהאלל 'G' פשוט קשור לאורך טלומרים קצר יותר בלידה ולא בהכרח לקצב מוגבר של התקצרות טלומרים ,חלק מהמחקרים מציעים שזה לא המקרה.
לדוגמה, במחקר אחד, חוקרים השוו אורך טלומרים בשריר שלד (שנשאר די יציב לאורך זמן כיוון שתאי שריר שלד אינם משתכפלים בתדירות גבוהה) לאורך טלומרים בלויקוציטים (LTL), שכן מתקצר לאורך זמן. אם היחס של LTL לאורך טלומרים בשריר (MTL) נמוך יותר בנושאי האלל 'G', זה היה מציע התקצרות טלומרים מוגברת לאורך החיים ולא פשוט לידה עם טלומרים קצרים יותר.
כפי שמראה הגרף למטה, זה היה בדיוק המקרה, נשיאת עותק אחד (GC) או שניים (GG) של האלל 'G' קשורה ליחסי LTL:MTL נמוכים יותר.
לכן מעריכים שאורך הטלומרים הקצר יותר הקשור לאלל 'G' של הגן TERC נובע מקצב מוגבר של התקצרות טלומרים והזדקנות מואצת. הסיבות מאחורי קשר זה אינן ברורות, אם כי זה עשוי לערב שינויים בפעילות הטלומראז.
נקודות מפתח
- האלל 'G' של הגן TERC (rs12696304) קשור לאורך טלומרים קצר יותר והזדקנות מואצת.
- אורך טלומרים קצר יותר בנושאי האלל 'G' נובע כנראה מקצב מוגבר של התקצרות טלומרים, המצביע על קצב מהיר יותר של הזדקנות.
תכונת "טלומרים והזדקנות ביולוגית" (TERC)
תכונת טלומרים והזדקנות ביולוגית (TERC) בבדיקה הגנטית של MaxGenes מנתחת וריאנטים של הגן TERC שלך (כולל rs12696304).
בהתבסס על הווריאנטים של הגן שלך, אתה תסווג לאחת משלוש קטגוריות:
- אורך טלומרים מופחת (הזדקנות מואצת)
- אורך טלומרים מופחת באופן מתון (הזדקנות מואצת באופן מתון)
- אורך ממוצע
