Attivazione della Telomerasi

Struttura dei Telomeri e il Problema della Replicazione delle Estremità

I telomeri cromosomici umani sono costituiti da ripetizioni tandem dell'esanucleotide TTAGGG, con una lunghezza media di 10–15 chilobasi nei giovani adulti, che si riduce a circa 5 chilobasi negli anziani e nelle cellule prossime alla senescenza replicativa. Il filamento 3' del telomero forma un'estremità a singolo filamento (G-overhang) di circa 100–200 nucleotidi che si ripiega su se stessa invadendo il DNA telomerico a doppio filamento, formando una struttura protettiva a cappio (t-loop). La DNA polimerasi richiede un primer a RNA e un filamento stampo per replicare il DNA; all'estremità 3' di un cromosoma lineare, quando il primer a RNA viene rimosso, non vi è DNA a monte per colmare il vuoto risultante. Questa limitazione strutturale, il problema della replicazione delle estremità, fa sì che ogni ciclo di replicazione semiconservativa del DNA lasci l'estremità cromosomica leggermente più corta rispetto all'originale.

Il Complesso Telomerasico, TERT, TERC e Discherina

La telomerasi è un complesso ribonucleoproteico che risolve il problema della replicazione delle estremità sintetizzando de novo nuove ripetizioni telomeriche sull'estremità 3' del cromosoma. I suoi due componenti principali sono: TERT (trascrittasi inversa della telomerasi), la subunità proteica catalitica che svolge la reazione di retrotrascrizione; e TERC (componente RNA della telomerasi, detta anche hTR), il templato a RNA che contiene la sequenza 3'-AAUCCC-5' complementare alla ripetizione telomerica TTAGGG. TERT utilizza TERC come templato interno per estendere il G-overhang, aggiungendo ripetizioni TTAGGG in modo iterativo. Il complesso contiene anche proteine accessorie tra cui la discherina (che stabilizza TERC) e i componenti della shelterina POT1, TPP1, RAP1, TIN2 e altri, che regolano l'accesso della telomerasi al telomero. Le mutazioni della discherina causano la discheratosi congenita, una sindrome di invecchiamento precoce con telomeri criticamente corti, stabilendo il ruolo essenziale di una corretta stabilità di TERC nel mantenimento dei telomeri.

Regolazione dell'Espressione di TERT, Perché la Maggior Parte delle Cellule Adulte Non Possiede Telomerasi

Il componente limitante dell'attività telomerasica funzionale nelle cellule somatiche adulte è l'espressione di TERT. Mentre TERC è espresso in modo costitutivo nella maggior parte dei tipi cellulari, TERT viene silenziato da meccanismi epigenetici, principalmente la metilazione del promotore e le modificazioni istoniche repressive nel locus del gene TERT, nella stragrande maggioranza delle cellule differenziate adulte. Solo le cellule che richiedono una capacità proliferativa continua esprimono livelli significativi di TERT: cellule staminali embrionali, cellule staminali dei tessuti adulti (ematopoietiche, intestinali), cellule della linea germinale e, in modo patologico, circa l'85–90% delle cellule tumorali umane, nelle quali TERT viene riattivato. La logica evolutiva è che il silenziamento di TERT nelle cellule somatiche riduce il rischio di cancro limitando il potenziale replicativo delle cellule che acquisiscono mutazioni oncogeniche; il costo è il progressivo accorciamento dei telomeri e l'eventuale senescenza cellulare in funzione dell'età.

Meccanismo d'Azione Proposto per Epitalon, Regolazione Pineale di TERT

Epitalon (Ala-Glu-Asp-Gly) è un tetrapeptide sintetico sviluppato da Vladimir Khavinson presso l'Istituto di Bioregolazione e Gerontologia di San Pietroburgo. Il suo meccanismo d'azione proposto è incentrato sulla ghiandola pineale, la piccola struttura endocrina nel cervello che secerne melatonina, come intermediario. Il gruppo di Khavinson ha proposto che Epitalon stimoli la ghiandola pineale ad aumentare la secrezione di melatonina, e che questa maggiore segnalazione della melatonina promuova l'espressione del gene TERT in vari tipi cellulari attraverso vie mediate dai recettori della melatonina. Studi in vitro condotti da questo gruppo di ricerca hanno riportato che il trattamento con Epitalon di cellule somatiche umane (incluse cellule renali fetali e cellule di donatori anziani) ha prodotto aumenti misurabili dell'espressione di TERT e dell'attività enzimatica della telomerasi, e che le cellule trattate hanno compiuto un numero maggiore di raddoppiamenti di popolazione rispetto ai controlli. Un articolo del 2003 ha riportato un allungamento dei telomeri nelle cellule trattate con Epitalon rispetto ai controlli. La replicazione indipendente di questi specifici risultati è rimasta limitata.

Senescenza Cellulare, SASP e le Conseguenze a Valle dell'Erosione dei Telomeri

Quando i telomeri di una cellula si accorciano fino a raggiungere una lunghezza criticamente ridotta, la struttura a t-loop non può più essere mantenuta e l'estremità cromosomica non protetta viene riconosciuta come una rottura a doppio filamento dalla risposta al danno al DNA (DDR). Questo attiva le chinasi ATM/ATR, che fosforilano e stabilizzano p53, che a sua volta guida l'espressione di p21, un inibitore delle chinasi ciclina-dipendenti che blocca la progressione del ciclo cellulare, instaurando un arresto permanente della crescita: la senescenza replicativa. Le cellule senescenti non muoiono; rimangono invece metabolicamente attive e sviluppano il fenotipo secretorio associato alla senescenza (SASP), secernendo citochine pro-infiammatorie, proteasi e fattori di crescita nel tessuto circostante. L'accumulo di cellule senescenti con l'età è proposto come motore dell'infiammazione cronica di basso grado ("inflammaging") e come fattore che contribuisce al declino funzionale dei tessuti, alla perdita dei pool di cellule staminali e all'aumento della suscettibilità al cancro. Gli interventi volti al mantenimento della lunghezza dei telomeri, sia attraverso l'attivazione della telomerasi sia attraverso approcci senolitici (eliminazione delle cellule senescenti), sono aree centrali dell'attuale ricerca sulla longevità.