TelomererogTelomerasevedaldringogvedenkeltesykdommer

av

KnudB.Landmark

Knud_landmark@hotmail.com,91702016

Furulundtoppen19,0282Oslo

og

AmundEvensen

Amund_evensen@hotmail.com,99355255

Strandveien80,9007Tromsø

Kull2007

5.årsoppgaveiStadiumIV–Profesjonsstudietimedisin,UniversitetetiTromsø

Veiledere:

KnudH.Landmark,professoremeritus,dr.med.,UniversitetetiOslo

K.h.landmark@medisin.uio.no,97519255

ØrjanOlsvik,professorikliniskmikrobiologi,UniversitetetiTromsø

Orjan_olsvik@uit.no,77646201

Nøkkelord:Telomerer,Telomerase,Aldring,Kardiovaskulærsykdom,Kreft.

2

Innholdsfortegnelse

I.Sammendrag 3

II.Introduksjon 4

III.Metodeogmateriale 7

IV.Resultater 7

A.Effekteravtelomererogtelomerasepåaldring 7

1.Dyreeksperimentellestudier 7

2.0Humanestudier 8

2.1Telomerlengdesomenmitotiskklokke 12

2.2Faktorersombestemmertelomerlengdeibefolkningen13

2.3Telomerlengdesombiomarkørpåaldring 14

B.Telomererogtelomerasevedforskjelligesykdomstilstander 21

1.Kardiovaskulæresykdommer 21

2.Kreft‐ogblodsykdommer 29

3.Autoimmunesykdommer 39

4.Progeroidsyndrom 41

5.DemensogAlzheimerssykdom 45

6.Andresykdommer 45

C.Intervensjonerrettetmottelomererogtelomerase 47

V.Konklusjon 49

VI.Litteraturliste 50

VII.Figurtekster 54

VIII.Ordliste 58

IX.Englishsummary 59

3

I.Sammendrag

Denstoreøkningenpåfokusrundttelomererogtelomerasesinnvirkning

påmenneskersbiologi,ogdetfaktumatdetteeretforholdsvisnytt

forskningsfeltiethistoriskperspektiv,erbakgrunnenfordenneoppgaven.

Metodeogmateriale:grunnlagetfordenneoppgaveneretikke‐

systematisklitteratursøkiPubMedsamtetskjønnsmessigutvalgav

eksisterende,relevanteartikler.

TelomerererkorteDNA‐sekvenserpåendenavhumanekromosomer,som

beskytterkromosomendeneoghindrertapavfunksjoneltDNA.

Telomereneforkortesvedhvercelledeling,ognårtilstrekkeligantall

telomererblirkritiskkorte,triggescellulæraldringellerapoptose.

Telomerforkortningerassosiertmedakselerertaldringogøktdødelighet

fraenrekkesykdomstilstander,deriblantkardiovaskulære,autoimmuneog

progeroidesykdommer,Alzheimersdemens,kognitivsvikt,paranoid

schizofreniogkreft.

Enzymettelomerasebyggeropptelomerene,ogforhindrerdermed

telomerforkortning.Normaltuttrykkesimidlertidikketelomeraseihumane

somatiskeceller,meni90%avkrefttilfellerertelomeraseaktivertog

spillerdermedensværtviktigrolleikreftutvikling.Ifremtidenkan

intervensjonerrettetmotåhemmetelomerasetenkesåkunnebehandle

kreftpådenenesiden,ogforhindrealdringvedåaktiveretelomerasepå

denandreside.

4

II.Introduksjon

TelomerererkorteDNA‐sekvensersomikkekoderforfunksjoneltDNA.Det

vilsiattelomerenesbaserekkefølgeikkeergjenstandforDNA‐replikasjon

ellerRNA‐syntese(1).Telomereneslengdevariermye.Avhengigav

donoralder,vev,ogcellensreplikasjonshistorie,varierertelomerlengden

hosmenneskermellom500–15000basepar(2).

Telomerenefinnespåendenavkromosomeneogbeståravrepeterende

sekvenseravnukleobasene:TTAGGG(3).Telomerenshovedfunksjonerå

beskyttekromosomendeneoghindretapavfunksjoneltDNA.Telomerenes

beskyttelseavDNAeternødvendigforåskillekromosomendenefraDNA‐

bruddiselvegenomet.EtsliktDNA‐bruddigenometledertil

cellesyklusarrestogDNA‐reparasjon,ellerindusererapoptosenårskaden

erforalvorligellerikkereparerbar.IkontrasttilDNA‐brudd,erdetikke

ønskeligatkromosomendeneutløsertilsvarendeDNA‐skaderespons.

Telomereneforhindrerinduksjonavenslikrespons,ogerenforutsetning

foråopprettholdekromosomalstabilitet(4).

Foråoppfyllesinbeskyttendefunksjonmåtelomererhaenvisslengde.

Telomerbindendeproteinerbindermedhøyspesifisitettiltelomerer,oger

avgjørendeforåstabiliseretelomerstrukturen.Problemetmedtelomerer

eratdeforkortesvedhvercelledeling,detsåkalte

endereplikasjonsproblemettilDNA‐polymerase(4).Måtentelomerer

hindrertapavfunksjoneltDNA,ersomfølger:foråkunneinitiereDNA‐

replikasjonpå”leadingstrand”,måprimerenhaetseteåfestesegpå.

PrimerenerenenkelttrådetbaserekkesomerstartstedetforDNA‐

replikasjonen.ÅrsakentilatdettrengsenprimereratDNA‐polymerase,

enzymetsomlagerDNAet,kunkanleggenukleotider(beståendeaven

base,enkarbonringogenfosfatgruppe)tilenalleredeeksisterende

nukleotidrekkefølge,idettetilfelletprimeren.Telomerenfungereraltsåfor

setetderprimerenfesterseg(Figur1).Dersommantenkersegatprimeren

skullefestesegpådetfunksjonelleDNAet,villedennekorteDNA‐biten

5

(somDNA‐primerenfestersegpå)ikkeblireplikertvedcelledeling,og

dermedvilledenhagåtttapt.Den”nye”DNA‐trådenvillealtsåmangleen

delavbasenesomdenopprinneligeDNA‐trådenhaddedersomtelomerer

ikkefantes(5).

Figur1

Kritiskkorte,dysfunksjonelletelomerergjenkjennessomDNA‐skadeog

induserercellesyklussjekkpunkt,enmekanismedercellenundersøkerom

denerklarforågåinninestefaseavcellesyklus.Tosjekkpunkterharblitt

identifiserttilåbegrensecellulærlevealdersomresponspå

telomerdysfunksjon.Detførstepunktet(førstemortalitetsstadium,M1)

karakteriseresavenpermanentcellesyklusarrest.Dettesjekkpunktetkalles

cellulæraldring,ogavhengeravattumorsuppressorgenetp53aktiveres.

DersomDNAetskades,kanp53initiereapotose,stoppecellesykluseller

aktivereDNA‐reparasjonsproteiner.Humanefibroblasterentrercellulær

aldringetter50‐70celledelinger.Cellermedmutertp53kanomgåM1,og

fortsetteåprolifereretiltrossforkritiskkorteogdysfunksjonelle

telomerer.Imidlertidvilvideretelomerforkortningledetilytterligere

dysfunksjon,og2.sjekkpunkt(andremortalitetsstadium,M2)induseres.

Dettestadietblirkaltkrise,eruavhengigavp53,ogerkarakterisertav

massivkromosomustabilitetogcelledød.Telomerforkorting,cellulær

aldringogkrisebegrenserdenreplikerendelevealderentilceller,vedå

virkesomentumorsuppressormekanisme.Påenannensidekan

6

telomerdysfunksjonog‐sjekkpunkt,bidratilåutmattecellulærefunksjoner

ogsvekkeopprettholdelseavorganerunderaldring(4).

Gjennomsnittligtelomerlengdeerviståværeomvendtproporsjonalmed

alder.Mennharnoekorteretelomerlengdeennkvinner,ogforkortingen

avtelomererskjerforterehosmennennhoskvinner,30mot20basepar

perår,ogkanisåmåteværemedpååforklareattelomerlengdeeren

indikasjonforbiologiskalder(3).

SpesielleproteinererassosiertmedtelomeriskDNA:telomerase,terminalt

restriksjonsfragment1(TRF1)ogterminaltrestriksjonsfragment2(TRF2).

Telomeraseerenzymetsombyggeropptelomeren.Telomerasenbestårav

tosubenheter:TERT,(telomerasereversetranscriptase)somlagernye

TTAGGG‐sekvenser,ogTERC(telomeraseRNAcomponent)somfungerer

somRNA‐malenfortelomersekvensene.TRF1ogTRF2bindersegtil

TTAGGG‐sekvensenepåtelomerenogdannerstoreproteinkomplekser

somregulerertelomerlengde‐ogstruktur(Figur2)(2,6).Telomeraseer

aktivtiembryogenesen,menundertrykkessåideflestesomatiskeceller

medunntakavkjønnscellerogenkeltestamcellerogprogenitorceller(4).

Figur2

7

III.Metodeogmateriale

Grunnlagetfordenneoppgaveneretikke‐systematisklitteratursøki

PubMedsamtetskjønnsmessigutvalgaveksisterende,relevanteartikler.

IV.Resultater

A.Effekteravtelomererogtelomerasepåaldring

1.Dyreeksperimentellestudier

Studierpåmusmeddefekttelomerase,harvistdeførsteeksperimentelle

bevispåatforøkttelomerforkortningkansvekkevedlikeholdavorganerog

reduserelevealder.MusbærerenhomozygotdelesjonaventenRNA‐

komponententiltelomerase(TERC‐/‐),ellerdenkatalytiskesubenheten

(TERT‐/‐).Begge”knockouts”manglertelomeraseaktivitet,ogviserlik

fenotype(fremtoningspreg)iresponspåtelomerforkortning.TERC‐/‐mus

medkortetelomerer,vistefenotypeforprematuraldring,somspesielt

rammetorgansystemermedstorcelleomsetning.Akselerertaldringhos

dissemusene,korrelertemeddenøktefrekvensenavcellermedkritisk

kortetelomererogfriekromosomender.Aldrendemusmed

dysfunksjonelletelomerervisteenatrofiavintestinaltepitelogavmiltens

hvitepulpa,svekketB‐lymfopoeseogreduksjoniantallogfunksjonav

hematopoetiskestamceller.Viderehaddemuseneredusertevnetil

organregenerasjon,samtredusertstressrespons(4).

EksperimenterpåTERC‐/‐musavslørteatcellensindresjekkpunkterog

forandringericellensytremiljøbidrartilreduksjonistamcellefunksjon.

Cellesyklusinhibitorenp21eretprotein,hvisuttrykkreguleresavp53.p21

induserercellesyklusarrestsomresponspåDNA‐skade(studierpåhumane

fibroblasterharvistatenoppreguleringavp21induserercellulæraldring

somresponspåtelomerdysfunksjon).Delesjonavp21forlengerlevealder

hosTERC‐/‐mus,utenåfremmeutviklingavkreft.Denøktelevealderhos

p21‐/‐TERC‐/‐muskorrelerermedenforbedringistamcellefunksjonog

8

vedlikeholdavorganer.Eksperimenteneviseratcellensindresjekkpunkter

kanbegrensestamcellefunksjonogorganismenslevealder,somresponspå

telomerdysfunksjon.Videreindikererfunneneathemmingavcellensindre

sjekkpunkter,kanværeetterapeutiskmålforbehandlingav

aldersassosiertorgandegenerasjon(4).

2.0Humanestudier

Populasjonsstudierviserateldremenneskerigjennomsnittharkortere

telomererenndenyngrebefolkningen.Kandetåforhindre

telomerforkortning,væreviktigforåleveetlangtliv?Hvistapav

telomeriskDNA(tDNA)fortløpendekanerstattesvedhverreplikasjon,kan

antalletcelledelingerteoretiskværeuendelig,ogingentegntilaldringvil

fremkomme.Imidlertideruendeligantallcelledelingerogsåenegenskap

manserhoskreftceller.Videreharmansettatikkeallemenneskerhar

reduserttelomerlengdemedøkendealder.Omlag1/3avdenaldrende

befolkningenviseruforandretellerøkttelomerlengde.Selvom

signifikansenavdenneobservasjonenfortsattikkeerkjent,trornoen

forskereatdettekanværeenutroliganti‐aldringsmekanisme,mensandre

trordeterentidligindikatorforkreft.Forattelomererskalforlenges,

trengstelomeraseforåerstatteDNA‐sekvensenesomgårtaptved

replikasjon.Medaldringdeaktiverestelomerase,ogcellereproduksjoner

ikkelengermulig.Cellenesomikkedør,erdesomkanreplikeresuendelig

antallganger,sliksomkreftceller.Dissecellenemåhaaktivtelomerase.To

aktuellespørsmålblirdaomdetermuligåkurerekreftvedådeaktivere

telomerase,ogommankanforhindrealdringvedåaktiveretelomerase.

Hvisforskerekanaktivereenzymettelomeraseihelekroppentileldre

mennesker,kanmantenkesegatcellereplikasjonigjenfinnersted,men

medfareforkreft(7).

Denbegrensedereplikasjonskapasitetentilhumanefibroblasteri

cellekulturerveletablert,ogharistorutstrekningblittbruktsommodell

forcellulæraldring.Iencanadiskstudiefra1990undersøktemaneffekten

9

avcelledelingogalderpåtelomeriskDNA.Tildettedyrketmanikke‐

transformertehumanefibroblasterinvitroinntilcellulæraldringoppstod

(nårnormalediploidecellermisterevnentilåvokseogdelesegmer),og

medjevnemellomromblestørrelsenavterminaltrestriksjonsframent

(TRF)bestemtmedSouthernblotanalyse(metodeforådetektereen

spesifikkDNA‐sekvensfraDNA‐prøve).TRFkanbrukessommålpå

telomerlengde.(8).

Gjennomsnittligtelomerlengdebleredusertmedomlag2kilobaser(kb)

vedkumulativepopulasjonsdoblinger,ogdentotalemengdentelomerisk

DNAminket,noesomindikereretfaktisktap,ogikkebarerearrangeringav

telomerer(Figur3).Studienantarattelomerlengdentilsomatiskecellerer

omlag4kb,ogettappå2kbvilderforrepresentereettapavstoredeler

avdenfunksjonelletelomerfunksjonen.Dennetelomerforkortningen

gjennomaIdringhoshumanefibroblastericellekulturkanværesignifikant.

Ettersomhvercelleinneholder92telomerer(2X46kromosomer)og

distribusjonenavtelomerlengdeerstor,vilettapav2kbfraden

gjennomsnittligelengdenkanskjekunnemedføreenstorøkningiandelen

cellersommanglerTTAGGGframinstentelomer.Tapavbareentelomer

kanforårsakepermanentcellesyklusarrestogkromosomalinstabilitet

(CIN),somerkarakteristiskialdrendefibroblaster.CINinvolverer

mutasjonersomgirtapellervinnavheleellerdeleravkromosomer,oger

antattåværeentidlighendelseikarsinogenesen.Istudienspekuleresdeti

omtapetavtelomeriskDNAitaktmedaldringeninvitro,ogsåkan

forekommenårsomatiskecellerdelerseginvivo,ogfremhevervidereat

deterviktigåbestemmeeffektenavdonoralderogvevstypepå

telomerlengde(8).

10

Figur3

Telomerlengdehosmenneskereristorgradgenetiskbestemt,menvi

kjennerogsåtilenaldersavhengigforkortning.Telomerlengdeerderfor

blittlagtframsomenmarkørpåbiologiskaldring,ogerblittassosiertmed

aldersrelatertsykdomsomforeksempelkardiovaskulærsykdom.Imidlertid

erdetuklartomtelomerlengdesombiomarkørforbestemtesykdommer

skyldeskortetelomerervedfødsel,akselererttelomerforkortningilivet,

ellerenkombinasjonavdeto.Sammenhengenmellomoksidativtstressog

inflammasjonpåtelomerforkortningstøttesidagavtverrsnittsstudier,

mendettrengslongitudinellestudierformerpresiståkunnevurdere

telomerforkortningogdensantatteeffektpåakselerertaldring.Iteksten

somfølgervilvisepånoenavideenesomDeMeyeretal.presentererisin

oversiktsartikkel(9).

11

Ideenomattelomererfungerersomenbiologiskklokkepåcellulærtnivå

bleførstanerkjentdaAlexeyOlovnikovoppdagetatDNA‐replikasjon

medførteprogressivtelomerforkortning,detsåkalte

endereplikasjonsproblemet.Inormalesomatiskecellerlederdenne

telomerforkortningentilkritiskkortetelomererogcellulæraldring,en

tilstandkarakterisertavfraværavreplikasjonogbiokjemiskeforandringer.

Detteforklarerobservasjoneneavatdeflestecellekulturerbarekan

gjennomgåetbegrensetantalldelingerinvitro,kalt”theHayflicklimit”.

ViderepåvirkestelomerforkortningavatreparasjonenavenkelDNA‐tråd‐

skadeassosiertmedoksidativtstress,ermindreeffektivitelomeriskDNA

enncentromeriskDNA(dendelenavkromosometsombinder

søsterkormatidenesammen).DettegjøratDNA‐forkortningpåvirkesav

bådeoksidativtstressogdencellulæreantioksidantkapasiteten(Figur4)(2,

9).

Figur4

12

Påorganismenivåervirkningenavtelomerlengdepådenkomplekse

aldringsprosessen,førstogfremstvurdertgjennomepidemiologiske

tverrsnittsstudier.Ideflestetilfellerblirtelomerlengdentilperifere

leukocytterbruktsomsystemisktelomerlengde,daobservasjonerstøtter

atdennelengdenistorgradgjenspeilesiforskjelligvev.Detsynessom

systemisktelomerlengdereflektererfunneneinvitro,dadetien

populasjonerenklarnegativassosiasjonmellomtelomerlengdei

leukocytterogpersonenskronologiskealder.Manantarderforat

telomerlengdeiperifereleukocytterogsåinvivoerensystemiskmarkør

forbiologiskalder.Imidlertidertelomerlengdesombiomarkørfor

systemiskaldringfortsattuavklart.Denkausalesammenhengenviser

mellomkritiskkortetelomererogcellulæraldring,holdernødvendigvis

ikkestandpåorganismenivå.Deterlikesannsynligatbiologiskeprosesser

somliggertilgrunnforalderdom,ogsåpåvirkertelomerlengdesomen

konfunderendefaktor.Øktnivåavoksidativtstressoginflammasjonerde

mestsannsynligeprototypenepåslikekonfunderendefaktorer(9).

2.1Telomerlengdesomenmitotiskklokke

Detnåværendeparadigmetomtelomerfunksjon,erattelomererfungerer

somenmitotiskklokkesomtellerantalletcelledelinger,oginitierer

cellulæraldringnårenellerfleretelomerererkritiskkorte.Somtidligere

nevntkancellerunngåkritisktelomerforkortning,cellulæraldringog

oppnåsågodtsomevigliv,vedåaktivereenzymettelomerase.Denne

egenskapenserviistamceller,kimcellerogideflestetilfelleravkreft.En

farmakologiskaktiveringavtelomerasekanderfortenkesåværeenmulig

terapimotaldersrelatertsykdommermedcellulæraldring.Påenannen

sideertelomeraseinhibitorerblittforeslåttsomennymulighetfor

kjemoterapi.Detteillustrererkompromissetmellomakselerertbiologisk

aldring,ogrisikoforkreft(9).

13

2.2Faktorersombestemmertelomerlengdeibefolkningen

Hosmenneskererarvestimerttilåståfor40%til80%avtelomerlengden.

Nåværendebevispekermotattelomerlengdenedarvespaternalt.Paternal

aldervedfødseleridentifisertsomenviktigfaktorfortelomerlengde.Barn

aveldrefedresynesåhalengretelomerer,noesomsamsvarermed

tidligerefunnomatsædcellerstelomerlengdeøkermeddonoralder.Etter

fødselredusereslengdenpåtelomerenegradvismedkalenderår.Hosbarn

ertelomerforkortningsratenstørreennhosvoksne.Selvomtelomerlengde

vedfødselerlikmellomkjønnene,harvoksnemennigjennomsnittkortere

telomererennkvinner(9).IfølgeStatistiskSentralbyråvilen26årgammel

mannbosattiAkershuskunneforventeåbli80årogtomåneder,enlike

gammelkvinnebosattisammefylkevilkunneforventeåbli83årogni

måneder(10).Dettekanforklaresmedatmennharenhøyere

telomerforkortningsrate.Enforeslåtthypoteseeratmennigjennomsnitt

erhøyereogstørreennkvinner,ogflerecelledelingererderfornødvendig

foråoppnåogopprettholdedereskroppsstørrelse.Dettekanværeen

muligforklaringpåhvorformennigjennomsnittharkortereforventet

levetidennkvinner(9).

Sidentelomeraseaktiviteterhøyereogistørregradregulerthosbarni

utvikling,vilspesieltpostnatalvektøkningværeviktig.Denneteorien

imøtekommerBarkerhypotesen,somsieratlaverefødselsvektvil

predisponerebarnforaldersrelatertesykdommer,spesielthjerte‐og

karsykdommer,dademåinnhentedenlavefødselsvektenitidligbarndom.

Deleravdennehypotesensynesåværekorrekt,mentelomerenes

medvirkningertvilsom.Barnrundt5årsaldermedlavfødselsvektseruttil

åhakorteretelomerer,mentverrsnittsstudierviseringenellerbare

begrensetassosiasjonmellomtelomerlengdeogkroppstørrelsesenerei

livet.Detteerutilstrekkeligforåforklareforskjellenitelomerlengde

mellommennogkvinner,ogtilåkobledenneforskjellenmed

kjønnsforskjelleriforventetalder(9).

14

2.3Telomerlengdesombiomarkørpåaldring

Somtidligerenevntertelomerlengdeblittlagtframsomenmarkørpå

biologiskaldring,dadeterenklarnegativassosiasjonmellom

telomerlengdeogpersonerskronologiskealder.Detteblirstøttetavin

vitro‐resultaterpåcellulæraldringogtelomerforkortningmedøkt

kalenderår,ogytterligereforsterketavatmennharraskere

telomerforkortningsrateennkvinner,somsamsvarermedforskjelli

forventetlevealdermellomkjønn.Detteharledettilmangestudiersom

serpåmuligeassosiasjonenermellomtelomerlengdeogaldersrelaterte

sykdommer.Imidlertiderdetuklartomtelomerlengdesombiomarkørfor

bestemtesykdommer,skyldeskortetelomerervedfødsel,akselerert

telomerforkortningilivet,ellerenkombinasjonavdeto.Menskorte

telomerervedfødselførstogfremstergenetiskbestemt,avhenger

telomerforkortningsratenmestsannsynligavsamspilletmellomgenetikk

oglivsstil.Detteledertilfleremuligescenariersomkanforklare

biomarkørrollentilsystemisktelomerlengdeialdersrelatertsykdom,der

forskjelligesykdommerkanskjekreverforskjelligemodeller.Deterderfor

viktigåforståforskjellenmellomsystemisktelomerlengdedaforeksempel

iperifereblodleukocytter,ogfokaltelomerlengdeivev(9).

Enteorigårpåataldringsomfenotypeerassosiert,kausaltellerikke,med

oksidativtstress,inflammasjonellerandretelomerforkortningsfaktorer,

menikkecellulæraldring.Hvisdenneprosessenvirkerpåsystemisknivåi

storgrad,kandetteresultereiatkorteresystemisktelomerlengde

assosieresmedaldringsomfenotype.Enobservasjonsomstøtterdenne

mekanismeneratdeterobservertkorteresystemisktelomerlengdehos

personermedosteoartrose,mestsannsynligsomfølgeavoksidativtstress

ogkroniskinflammasjon(9).

15

Enannenteoriforeslårataldringsomfenotypefortrinnsvisbestemmesav

engenetiskbestemttelomerlengdevedfødsel,utenatenakselerert

telomerforkortningsrateertilstede.Personeneerdapredisponertforat

enaldersrelatertsykdomskaloppståsenereilivet.Hvisdetteertilfelle,vil

denhøyesynkronitetenmellomtelomerlengdeiulikevevvedfødsel,

antydeattelomerlengdeiperifereleukocytterkanværeengodbiomarkør

forfokaltelomerlengde.Skjøntdettevilreflektereenkausalsammenheng

mellomtelomerlengdevedfødseloglevealder(9).

Endeligkanaldringsomfenotypeværeassosiertmedbådetelomerlengde

vedfødselogakselererttelomerforkortning.Dettebetyratdeterenkausal

sammenhengmellomaldringsomfenotypeogcellulæraldring.Der

telomerlengdevedfødseleransvarligforenaldringsomfenotype,vildet

væretelomerforkortningsratensombestemmervedhvilkepunktiliveten

kritiskkorttelomerlengdevilblinådd,ogfenotypenoppstår(9).

Sidenendrettelomerforkortningsrateresultereriforskjelligtelomerlengde,

vilbarelongitudinellestudierværeistandtilåtilskriveviktighetenav

telomerlengdeog/ellertelomerforkortningsrate,ogdermedkartlegge

dynamikkentiltelomererogbetydningenavtelomerlengdesombiomarkør

ialdringsomfenotype(9).

Deflestehumanevevogorganervisersignifikanttelomerforkortningunder

aldring,deriblantperifereblodceller,lymfocytter,nyreepitel,vaskulære

endotelceller,hepatocytter,intestinaleepitelceller,lungeepitelcellerog

muskler.Noenfåorganerogvevviseringensignifikanttelomerforkortning

underaldring.Vedanalyseavhelorganbiopsiavhjernen,såmaningen

signifikanttelomerforkortning,mendeteruvisstomenkelte

subpopulasjoner,somhumaneneuronalestamceller,kanhaaldersrelatert

forkortning.Determuligatandrecelletypermedtelomerforkortning,kan

påvirkehjernensfunksjonunderaldring.Idenforbindelseserman

lymfocyttermedunormaltkortetelomererhospasientermedAlzheimers

sykdom(4).

16

Viderekorrelererkortetelomereriperifertblodmeddårligutfallog

restfunksjonetterhjerneslag.Isamsvarmedsitthøyeuttrykkav

telomerase,opprettholderkjønnscellerlangetelomerervedaldring.

Imidlertidservientelomerforkortningistamcellerunderaldring,tiltross

foruttrykkavtelomerase(riktignoklavenivåer).Enteorierattelomerasei

stamcellerbesørgerdenstoreproliferativekapasiteten,men

telomerasenivåeterikketilstrekkeligforåopprettholdestabiletelomereri

stamcellerslevealder.Itrådmeddennehypotesen,erdettenkeligat

telomerforkortningbidrartilaldersrelatertreduksjonistamcellefunksjon.

(4).

Telomerlengdenreduseresmedalderialtmitotisk(somgjennomgår

celledeling)vevmedunntakavkimbanen(denveienarvestoffetoverføres

fragenerasjontilgenerasjon)hvorlengdenopprettholdesavenzymet

telomerase.Pasientermedautosomaldominantdyskeratosiscongenita,en

medfødtsykdommedprogeroidetrekk,bærerenmutasjonigenetsom

koderforTERC.Dissepasienteneharkorteretelomerer,funnsomindikerer

akselerertaldringogtidligdød,somregelavinfeksjonersekundærttil

benmargsvikt.Denkortestegjennomsnittligetelomerlengdeniblod‐DNA

hosnormaleeldre,overlapperpasientermeddyskeratosiscongenitamed

lengsttelomerlengde.Videresamsvarertelomerlengdeniblodmedvevfor

øvrigikroppenhospasientermeddyskeratosiscongenita(11).

Meddettesomutgangspunkt,gjordeCawthonetal.enstudiederman

ønsketåfinneutomkortetelomereriblod‐DNAvarassosiertmedøkt

mortalitetsrateframultiplealdersrelatertesykdommer.Foråundersøke

dette,sammenlignetmantelomerlengdemedoverlevelseogdødsårsak

hos143personersomhaddegittblodmellom1982‐1986.Medio2002var

101dødsfallkjent,mensderesterende42personenebleundersøkti

forholdtilnårdesistvarobservertilive.Vedtidspunktforblodgivningvar

alleforsøkspersonenemellom60‐97år,ingenvarislekt,ogdehaddeikke

enbestemtsykdomstilstand.VedåmåleT/S‐ratio(telomere‐to‐single‐copy

17

generatio–somerdemonstrertåværeproporsjonalmedgjennomsnittlig

telomerlengdeiencelle)relativttilenDNA‐prøvereferanse,kunneman

bestemmestørrelsenpåTRF,ogderetterberegnetelomerlengde

tilnærmetiantallbasepar(bp).Ettersomeldregjennomsnittligharkortere

telomererennyngre,ogdetderforeruhensiktsmessigåsammenlikne

telomerlengdehos60og97åringer,blepersoneneistudieninndelti6

grupperpåbakgrunnavaldervedblodgivning.Gruppenebleogsådeltinn

halvdelerogkvartilerpåbakgrunnavtelomerlengden.Personenemed

telomerlengdeinedrehalvdelisinaldersgruppebleslåttsammen,og

deresoverlevelseblesammenliknetmedpersoneneidenøvrehalvdelen.

Tilsvarendebleutførtfornedrekvartil,sammenlignetmedpersonenei

øvre75%.Detvaringenstatistisksignifikantforskjelligjennomsnittligalder

mellomnedreogøvrehalvdelinnenforhvergruppe(p=0,894),ellernedre

ogøvrekvartil(p=0,469).Coxmodellenblebruktforåkontrollere

variasjonerimortalitetsratesomskyldesaldersforskjeller,bådemellomog

innadialdersgruppen(11).

Telomerlengdenhospersonenevariertefra1930til4310bp,ogforhvert

årfrablodgivningbleomkring14bptapt.Mansåingensignifikantforskjell

itelomerforkortningenmellommennogkvinner(p=0,645).Kvinners

telomerervar3,5%lengreennmennsetteraldersjustering,menfunnet

varikkestatistisksignifikant(p=0,157).Personeneihalvdelenmedkortest

telomererhaddenestendobbelsåhøymortalitetsrate,medenratiopå

1,86(95%konfidensintervall(KI)1,22‐2,83,p=0,004),iforholdtildenøvre

halvdelen.Tapetimedianlevealderassosiertmedkorteretelomerervar

4,8årforkvinner(p=0,033)og4,0årformenn(p=0,047).Telomerlengde

varensignifikantprediktorformortalitetforpersonermellom60‐74år

(p=0,021),ogenmoderatprediktorfordeover75år(p=0,086)(Figur5).

Personenemedtelomerlengdeinedrehalvdelhadde3,18høyere

mortalitetsratioforhjertesykdom(95%KI1,36‐7,45,p=0,0079),

sammenlignetmeddenøvrehalvdelen.Viderehaddede25%inederste

kvartil8,54gangerhøyeremortalitetsratiofrainfeksiøsesykdommer(95%

18

KI1,52‐47,9,p=0,015),sammenlignetmedde25%iøverstekvartil.Man

fantingensignifikantsammenhengmellomtelomerlengdeog

cerebrovaskulæresykdomellerkreft(11).

Figur5

19

Disseresultatenestøtterhypotesenomattelomererforkortningbidrartil

øktmortalitetsratioforflerealdersrelatertesykdommer.Alternativtkan

dethendeattelomerforkortningikkepåvirkermortalitet,menblir

kontrollertavbiologiskaldringsomøkermortalitetsratenvedandre

mekanismer.Telomerlengdekanpåvirkesavflerefaktorer,som

telomeraseaktivitet,antallcelledelingerogoksidativtstress,somigjenvil

kunnepåvirkesavmiljøoggenetiskefaktorer(11).

Ienkasus‐kontrollstudieønsketmanåstudereakselerertcellealdringi

blodcellerhoshemodialysepasienter.Tildettesåmanpåperifere

mononukleærecellerfra15hemodialysepasienterog15jevnaldrene

kontroller.Vanligvisgjennomgåruremiskepasienterhemodialysetre

gangerperuke,oghosdissepasientenevildeperiferemononukleære

blodcelleneaktiveresvedhverhemodialyseprosedyre.Manønsketåseom

gjentattstimulertemononukleæreblodcellerkaninntatelomeravhengig

cellearrest,såkaltstressindusertprematuraldring,sometresultatavstadig

aktiveringsindusertreplikasjon.Karakteristisketrekkvedaldrende

mononukleæreblodcellerinkluderertelomerforkortning,øktuttrykkav

p53,forandretuttrykkavcelleoverflatemolekyleneCD14/CD16og

overproduksjonavinterleukiner.Såledeskanprematurtaldrendeceller

identifisereshvisdissekarakteristikkeneertilstede,ogstuderesmed

flowcytometri,hvishensikteranalyseogsorteringavcelleriløsningog

studerecellensegenskaper(12).

Telomerforkortningvartilstedei40±6%avcellenefra

hemodialysepasientenemotunder5%hoskontrollene,oggjennomsnittlig

telomerlengdenidetogruppenevarhenholdsvis8,2±0,4mot11,5±0,7

(p<0,001)(Figur6).Prosentandelenavcellenemedkortetelomerer

korrelertepositivtmedserumnivåetavCRP(r=0,74,p=0,007),som

reflektererinflammasjon.Dettefunnetstøtterteorienomatcellermed

kortetelomererharenrolleikroniskinflammasjonhosdissepasientene,

menenendeligpatofysiologiskforklaringpådetteerfortsattikkekjent.

20

Uttrykkavp53varøktimononukleæreblodcellerfra

hemodialysepasienter,oghøytuttrykkavp53varobserverti39±5%av

cellene,mensrestenavcellenevistesammep53‐nivåsom

kontrollgruppen.Mononukleærecellerfrahemodialysepasientermed

reduserttelomerlengde,visteihovedsakCD14dim/CD16brightfenotype,

menscellermednormaltelomerlengdepresenterte

CD14bright/CD16dimfenotype.Endeligprodusertemangemononukleære

blodcellerfrahemodialysepasienterspontantdeproinflammatoriske

cytokineneIL‐1β(29,5±6%)ogIL‐6(31,1±5%),mensbareenliten

prosentandelavkontrollcellenevarcytokinproduserende(12).

Figur6

Studienvisertilstedeværelseavenprematurtaldrendesubpopulasjonav

periferemononukleæreblodcellerhos30‐47%avhemodialysepasientene.

Dissealdrendecelleneresulterersannsynligvisfrarepetertaktivering,og

kanhaenpatofysiologiskrolleidenkroniskeinflammasjonensomer

beskrevethoshemodialysepasienter(12).

producing cells was detected in patients andcontrols (Table 2).

DISCUSSION

The present study was performed to investi-gate whether mononuclear cells from patients onmaintenance hemodialysis therapy present fea-tures of premature senescence. Our results showthat in these patients, 30% to 47% of mono-nuclear cells fulfill the main characteristics ofsenescent cells, which are short telomeres, in-creased p53 expression, CD14dim/CD16bright

phenotype, and spontaneous cytokine produc-tion.

Telomere length was assessed by means of theFISH in flow cytometry technique, a methodvalidated by us and others.15,16 Our results showthat a significant percentage of mononuclear cellsfrom hemodialysis patients have short telomeres,and the rest of the cells do not seem to beaffected. Thus, only a number of cells appear tobe senescent (short telomeres); this is not surpris-ing because cells are renewed by those broughtinto the circulation from bone marrow. Expect-

Fig 1. Telomere length measured by means of FISH in flow cytometry. (A) Telomere length in human mono-nuclear cells from hemodialyzed patients and age-matched controls. (B) Representative histogram of telomerefluorescence from a hemodialysis patient. Mononuclear cells were gated in region 1 (R1) on the basis of forwardversus side scatter (FSC versus SSC). Region 2 (R2; cells in G0/G1) were selected out from R1 according to FSC andpropidium iodide (PI) fluorescence. Telomere length was calculated by subtracting the mean background telomerefluorescence from the mean fluorescence obtained with the telomere probe. Two different subsets of cells wereobserved: cells showing normal telomeres (T1) and cells showing short telomeres (T2).

RAMÍREZ ET AL356

21

B.Telomererogtelomerasevedforskjelligesykdomstilstander

1.Kardiovaskulæresykdommer

Telomerlengdeogtelomerforkortingerantattåhaendirektekorrelasjon

medbiologiskaldringogkardiovaskulæresykdommer.Fordi

kardiovaskulæresykdommerofteeraldersbetingetesykdommer

(forekomstøkermedalder),erdettenktattelomerlengdekanværeen

viktigmarkørforrisikofornettoppdennetypensykdommerogogsåhaen

prediktivegenskapmedtankepåutviklingavkardiovaskulærsykdom.Det

ergjortstudierderkorteretelomererblepåvisthospersonersomhadde

diabetes,øktpulstrykk(systoliskminusdiastoliskblodtrykk),degenerativ

aortastenose,øktinsulinresistens,øktfysiologiskstress,gjennomgått

hjerteinfarktiungalder,øktrisikofordødsomfølgeavkardiovaskulær

sykdomoghospersonersomrøykte.Menikkealledisseresultatenekunne

påvisesiandrestudier(3).

Ienkasus‐kontrollstudieblelengdenpåtelomererihviteblodceller

sammenliknetmedrisikoforåfåhjerteinfarktiungalder.Bakgrunnenfor

studienvaratendelavdesammeforskerneidenovennevntestudien

tidligerehaddefunnetienannenstudieatgjennomsnittligterminalt

restriksjonsfragment(TRF)varsignifikantkorterehospersonerderalletre

koronararterienevisteaterosklerosevedangiografisammenliknetmed

personermednormalangiografi(13).

Detbleistudienpåvistensignifikantsammenhengmellomgjennomsnittlig

TRF‐lengdeogtidlighjerteinfarkt.GjennomsnittligTRF‐lengdebledeltoppi

kvartiler(lengstikvartil1,kortestikvartil4)ogfordetokvartilenemed

kortesttelomelengde,varoddsratioforhjerteinfarkthenholdsvis3,27

(kvartil3,p<0,0001,95%KI1,79‐5,97)og2,79(kvartil4,p=0,0001,95%KI

1,53‐5,11)sammenliknetmedkvartiletmedlengsttelomerlengde)(Figur

7).Forbeggekjønnibådekasus‐gruppenogkontroll‐gruppenidenne

studienvargjennomsnittligårligtapavtelomerlengde26,4basepar.

22

GjennomsnittligforskjellpåTRFhospersonermedaterosklerose(kasuser)i

detrekoronararterienesammenliknetmedpersonermednormal

angiografi(kontroller)var299,7±69,3basepar–detterepresenterer

dermedenbiologiskaldersforskjellpåelleve(299,7/26,4=11,35)år

(p<0,0001)(13).

Figur7

Ienannenstudiebletelomerlengdenileukocytterbruktforåundersøke

mortalitethospasientermedkoronarsykdom(aterosklerosei

koronararteriene).Deltakereneistudien,780personer,bledeltinni

kvartilermed195personerihvertkvartilsomrepresentertederes

telomerlengde.Iløpetavengjennomsnittligoppfølgingstidpå4,4årvar

det166dødsfallblantde780.Detvistesegåværeensignifikantforskjelli

andeldødeihvertkvartil(p=0,04).Detvar54dødsfallikvartiletmed

kortesttelomerlengdeog31dødsfallikvartiletmedlengsttelomerlengde.

Etteraldersjusteringvarrisikoen1,8gangersåhøyikvartiletmedkortest

telomerlengde(p=0,008,95%KI1,2‐2,9)(14).

Ien(kvalitativ)studieundersøktemantelomerlengdetilendotelceller,da

gjentatteskaderpåendotelmedpåfølgendecelleomsetningfratunica

intimaogmedia,erdelaktigidannelsenavaterosklerose.Manønsketåse

påomtelomerlengdeiendotelceller,erenmarkørforreplikativalderog

23

delingskapastitetihumantvaskulærtvev.Tildetteblehumane

endotelcellerfravenaumbilicalisogarteriaogvenailiacasamletinnforin

vitro‐studier.Vevsprøverfraaorta,samtarteriaogvenailiacable

innhentetmedautopsi4‐24timerpostmortemfra13personerialderen3

–102årforinvivo‐studier.Telomerlengde(TRF)blevurdertmedSouthern

Blot‐analyse(metodeforådetekterespesifikkeDNA‐sekvenser)(15).

GjennomsnittligTRF‐lengdebleredusertsomenfunksjonav

populasjonsdoblingerihumaneendotelcellerikulturfravenaumbilicalis,

samtarteriaogvenailiaca.Nårendotelcellerbleundersøktfor

gjennomsnittligTRF‐lengdeinvivosomfunksjonavdonoralder,såmanen

signifikantstørrereduksjonsratehoscelleriarteriailiacaennivenailiaca

(102bp/årvs.47bp/år,p<0,05).Dissetallenesamsvarermedhøyere

hemodynamiskstressogøktcelleomsetningiarteriene.Mansåvidereat

telomerforkortningsratensomfunksjonavdonoralder,varstørreiDNAfra

intimacelleriarteriailiaca,sammenlignetmedintimacellerfraarteria

thoracicainterna(147bp/årvs.87bp/år,p<0,05),enregionavarterietreet

somergjenstandformindrehemodymamiskstress,ogsomindikererat

effektenikkeervevsspesifikk(Figur8).DNAfravevitunicamediafra

arteriailiacaogarteriathoracicainterna,visteingensignifikantforskjelli

telomerforkortningsraten.Dettetyderpåatkroniskstressledertilcellulær

aldring,ogatdenneermeruttaltiintimaennimedia.Endotelcellerin

vitroopplevertelomerforkortningsomenfunksjonavreplikativalder,

mensinvivoviltelomerforkortningengenereltværestørstivevsomer

involverti,ellerpåvirketav,aterogenesen.Studienviserattelomerlengde

kananvendestilåmonitorerereplikasjonshistorientilvevsomerinvolvert

iaterosklerose,ogatreplikativaldringivaskulærecellerkanspilleen

kritiskrolleiaterogenesen(15).

24

Figur8

Aldersbetingetendoteldysfunksjonerogsåenrisikofaktorforutviklingav

kardiovaskulærsykdom.Detbleienstudievistattelomerlengdeni

endotelcellerfrakoronararteriervarsignifikantlaverehospasientermed

koronarsykdomennhosalderssammenliknbarepersoneruten(p<0,00001).

DetteblevistvedhjelpavT/C‐ratiosomsiernoeomforholdetmellom

telomerisk(T)ogcentromerisk(C)DNAietkromosom,ogdermedlengden

påtelomerenidetaktuellekromosomet(Figur9)(16).

Figur9

25

T/C‐ratioforpersonermedaterosklerose:0,462±0,135.

T/C‐ratioforpersonerutenaterosklerose:1,002±0,212.

Isammestudiebledetogsåvistattelomereneiendotelcellenehos

personermedkoronarsykdomvarkortereisegmenteravarterienederdet

varateroskleroseennisegmenterutenaterosklerose(p<0,05)(16).

Statinbehandlingharvistsegåhindreforkortingavtelomereri

endotelprogenitorceller(EPC).Opprettholdelseavendoteletsfunksjonog

integriteterviktigforåhindreutviklingavaterosklerotiskeplakk.

Endotelprogenitorcellenestårfordette.Defjernerendotelcellersomer

apoptotiskeellerskadetpågrunnavkardiovaskulærerisikofaktorer.Få

endotelprogenitorcellerkanlettereføretildannelseavaterosklerotiske

plakk.Ienstudiebledetundersøktombehandlingmedlipidsenkende

medikamenterforhindrettelomerforkortingiendotelprogenitorceller.I

studienble100personermedstabilkoronarsykdomsammenliknetmed25

personerutenkoronarsykdom(17).

Avde100medkoronarsykdomfikk50personer10mgatorvastatindaglig

(ansettsomintensivlipidsenkendebehandling)og50fikk10mg

pravastatindaglig(ansettsommoderatlipidsenkendebehandling).Disse

hundrehaddeikketidligerefåttstatinbehandling.Oppfølgingstidenvartolv

måneder.Vedstartenavstudienvardetingenforskjellpå

kolesterolnivåeneidetogruppenesomskullefålipidsenkendebehandling

(p<0,05).Telomerlengdeigruppenmedkoronarsykdomsammenliknet

medgruppenutenkoronarsykdomvarvedstudiestart31%kortere

(p<0,05).HosbeggegruppenevardetnedgangiLDL‐ogtotalkolesterolog

økningiHDL‐kolesterol.Idengruppenderdetblegittintensiv

lipidsenkendebehandling,vardetenstatistisksignifikantstørrenedgangi

bådeLDL‐kolesterol(30%mot17%,p<0,01)ogtotalkolesterol(43%mot

30%,p<0,01),ogstatistisksignifikantøkningiHDL‐kolesterol(34%mot13

%,p=0,03).Nårdetgjaldtantallsirkulerendeendotelprogenitorceller,viste

detsegatintensivlipidsenkendebehandlingførtetilenstatistisk

26

signifikantøkningfra79,1til100,5cellerpermm2,p<0,01.Forden

moderatelipidsenkendebehandlingenvardetenøkningpå76,1til79,9

cellerpermm2,mendenneøkningenvarikkestatistisksignifikant.Nårdet

gjaldttelomerlengdeniendotelprogenitorcellene,vardetingenendringi

telomerlengdenhosdemmedintensivbehandling,dettefunnetvarikke

signikant.Mentelomerenevistevedhjelpavfluorescensmåling12,4%

mindreskadesomfølgeavoksidativtstress(p<0,01).Forgruppensomfikk

moderatbehandlingmedlipidsenkendemedikamenter,vartelomerene

ettertolvmåneder3,9%kortere(p<0,05),mensskadesomfølgeav

oksidativtstress,viste2,2%mindreskade(ikkestatistisksignifikant).En

muligforklaringpåhvorforatorvastatinforhindreraldringav

endotelcelleneerfordiatorvastatinførertillaverenivåeravfrie

oksygenradikalerinneiendotelcellene.Enmuligforklaringpåhvorforikke

pravastatinharsammeeffekt,erfordiatorvastatinermerlipofiltogderfor

letterekantrengegjennomcellemembranentilendotelcellene.Deterogså

enmulighetatatorvastatinharstørreantioksidantegenskaperenn

pravastatin(17).

Kronologiskaldringerhovedrisikofaktorenforstivhetistorearterier.Dette

erigjenenrisikofaktorforkardiovaskulærsykdom.Ienfransk(kohort)

studiebledetundersøktomkorteretelomerer(TRF)haddesignifikant

sammenhengmedøktpulstrykk(PP)ogøktpulsbølgehastighet(PWV)(to

faktorersomtyderpåøktarteriellstivhet).Formennbledetviststatistisk

negativkorrelasjonmellomøktpulsbølgehastighetoglengdenpåTRF(r=‐

0,31,p=0,001)ogmellompulstrykkogTRF‐lengde(r=‐0,34,p=0,0002).For

kvinnerkunnedetikkevisesensignifikantsammenheng(negativ

korrelasjon)mellomTRFogpulstrykk(r=‐0,17,p=0,15),kun

pulsbølgehastighet(r=‐0,29,p=0,02)(Figur10)(18).

27

Figur10

Telomerlengdeileukocytterkanforutsimorbiditetogmortalitethos

pasientermedkardiovaskulærsykdom.Enrekkeepidemiologiskestudier

haravdekketatpersonermedkjentkardiovaskulærsykdomharstørre

overlevelsedersomdeharethøytinntakavomega‐3‐fettsyrer(19).

Hvamekanismenbakdetteer,erikkefullstendigkartlagt.Ienlongitudinell

studiemed608personerbledetiløpetavenfemårsperiodeundersøktom

nivåeneavomega‐3‐fettsyreriblodethaddesammenhengmed

telomerforkortingileukocytter.Personeneistudienbledeltoppikvartiler

utfraderesnivåeravomega‐3‐fettsyrer.Personenikvartiletmedlavest

nivåeravomega‐3‐fettsyrer(kvartil1),haddestørstforkortingav

telomerene.Sammenliknetmedpersoneneigruppenmedhøyestnivåerav

omega‐3‐fettsyrer(kvartil4)haddedeenforkortingpå0,13(95%KI0,09‐

0,17)T/S‐enheter(telomere‐to‐single‐copygeneratio–etmålpåforhold

mellomtelomersekvenserogbetaglobin‐DNAikromosomet)mot0,05(95

%KI0,02‐0,08)T/S‐enheterfordemmedhøyestnivåavomega‐3‐

28

fettsyrer(p<0,01)(Figur11).Detteresultatetindikereratomega‐3‐fettsyrer

kanhindredenbiologiskealdringsprosessen(19).

Tilskuddavomega‐3‐fettsyrerikostenharvistøktoverlevelsehos

personermedgjennomgåtthjerteinfarkt.Positivhelseeffektavomega‐3‐

fettsyrererogsåvistvedenrekkeandretilstanderhosdyrogmennesker

somforeksempelstiveblodkar,sviktendekognitivfunksjon,

makuladegenerasjonogforventetlevealderhosgnagere(såmyesomen

tredel).Redusertforkortingavtelomerererenmuligforklaringpådette

(19).

Figur11

Enmuligforklaringpåhvorforomega‐3‐fettsyrerbremser

telomerforkortingenkanforklaresutfraforståelsenavoksidativtstressog

hvordanoksidativtstressøkerforkortingenavtelomerer.

Oksygenradikaler,somdannespga.oksidativtstress,angripersærligGGG‐

baserekkeritelomerer(telomererbestårsomnevntatrepeterende

sekvenseravnukleobaseneTTAGGG)ogførertiløkttelomerforkorting

undermitosen.Etøktinntakavomega‐3‐fettsyrerførertillaverenivåerav

F2‐isoprostaner,etanerkjentmålpåsystemiskoksidativtstress,oghøyere

nivåeravantioksidantenekatalaseogsuperoksiddismutase.Resultatetav

29

dettevilværeøkthemmingavdefrieradikaleneogderforbegrenseden

negativeeffektenavoksidativtstresspåtelomerene.Enannenmulig

forklaringpåomega‐3‐fettsyrenesbeskyttendeeffektpåtelomerenekan

væreenøktaktivitetienzymettelomerase.Detvartidligereantattat

telomerasekunfantesistamceller,kreftcellerogkjønnsceller.Dethar

imidlertidblittpåvisttelomeraseaktivitetiperifereblodceller.Detvisteseg

atomega‐3‐fettsyrerbidrotiløkttelomeraseaktivitetinettoppdenne

typenceller.Pådenannensidebledetiadenocarcinomcellerfra

colonkreftvistatomega‐3‐fettsyrerførtetilnedsatttelomeraseaktivitet

(19).

Detersannsynligattelomerlengdeikkeerdenrisikofaktorensomhar

størstbetydningforutviklingavkardiovaskulærsykdom.Somnevntover,

erdissetypersykdommeroftealdersbetinget.Histologiskercellealdringen

viktigfaktoridannelsenavaterosklerotiskplakk,ogin‐vitro

aldringsinduksjonavendotelcellerihjertet,førertiluttrykkavmolekyler

somerinvolvertiaterogenesen.Detteharbidratttil,iallefalldelvis,at

hypotesenomatindividuelleforskjelleririsikoforkardiovaskulærsykdom

harsammenhengmedvariasjonenibiologiskaldring(13).

2.Kreft‐ogblodsykdommer

Insidensenavkreftøkerkraftigmedalder,ogkreftkansåledessespåsom

enaldersrelatertsykdom.Telomerforkortningsynesåhaentodeltrollei

kreftutvikling.Opprinneligtenktemanattelomerforkortningbegrenset

levetidentilhumaneceller,ogdermedvirkersomen

tumorsuppressormekanisme.Ifølgedennehypotesenmåkreftceller

stabiliseretelomereneforåoppnåudødeligproliferativkapasitet,ogman

seriover90%avkrefttilfellerensterkreaktiveringavtelomeraseforå

sikredette.Detkandavirkemotstridendeatdeallerflestekreftcellerhar

veldigkortetelomerer,ogvesentligkortereennomliggendeikke‐

transformertvev(4).

30

Studierpåmusmeddefekttelomerase,harsørgetforenplausibel

forklaringpådettetilsynelatendeparadokset.Dissestudieneharvistat

telomerdysfunksjonindusererkromosomalinstabilitet(CIN),ogdermed

økerkreftinitieringsraten.TelomerdysfunksjonindusererDNA‐

skaderespons,inkludertaktiveringavDNA‐reparasjon.Denvanligsteveien

forDNA‐reparasjonihumanecellererikke‐homologendesammenbinding

(NHEJ–nonhomologousendjunction),hvisfunksjoneråreparere

dobbelttrådetDNA‐brudd.AktiveringavNHEJførertildannelseav

kromosomalefusjoner,somresponspåtelomerdysfunksjon.Itillegghar

detblittvistatNHEJ‐uavhengigemekanismerkaninduserekromosomale

fusjoner,somresponspåtelomerforkortning.Nårcellermedfuserte

kromosomerentrercellesyklus,måfusjonenbrytesianafasen,stadietder

kromosomenebevegersegtildemotliggendepoleneundermitosen.

DenneprosessenledertiltapogvinnavDNAidattercellene.Ytterligereer

detgenerertnyebruddpunkteriDNA‐tråden,somvilindusereennyrunde

medfusjonerogbruddinesterundeavcelledeling.Denne”fusjon‐bro‐

brudd‐syklusen”,kanbidratilakkumuleringavCINialdrendehumane

celler,ogsåledestilakkumuleringavgenetiskeendringersomledertil

cellulærtransformasjon.StudierpåTERC‐/‐musharvistattapav

sjekkpunktgener(spesieltp53),samarbeidermedtelomerdysfunksjonom

åindusereCINogkreftinitiering(4).

Ikontrasttiløkningikromosomalinstabilitet(CIN)ogtumorinitiering,

hemmertelomerforkortningutviklingavkreftogformasjonav

makroskopisktumoriTERC‐/‐mus.Svekkettumorutviklingi

telomerdysfunksjonellemus,korrelerermedenakkumuleringavhøye

nivåeravCIN‐ogDNA‐skadeitumorceller,svekkettumorcelleproliferasjon,

ogøktfrekvensavtumorcelleapoptose.Sammenindikererdissestudiene

attelomerforkortningharentodeltrolleikreft.Påensidekandetøke

kreftinitiering,vedåinduserekromosomalustabilitetoggenetiske

forandringersomledertilcellulærtransformasjon.Påenannenside

trengerkreftcelleråstabiliseretelomerforkortningen,foråunngå

31

akkumuleringavforhøyenivåeravustabilitetsomtilsluttvildrepe

kreftcellen(Figur12).Vedåaktiveretelomerasekankreftcelleroppnå

stabiliseringenavtelomereneogsikrekreftutvikling.Telomeraseinhibitorer

erderforetlovendeforskningsområdeforåbehandlehumane

telomerasepositivekreftformer(4).

Figur12

Uttrykkogaktiveringavtelomerase,samtbortfallavp53,erobservertide

flestekrefttilfeller.Motsattharforsterketp53‐responsvistsegågiøkt

kreftresistens,korterelevetidogtidligaldringsassosiertefenotyperi

studierpåmus.Ibeggetilfellerseraldringuttilådelvisdrivesavengradvis

utmattelseavfunksjonsevnentilstamceller.Sammenhengenmellomp53

ogtelomererillustreresviderevedLi‐Fraumenisyndrom(LFS),etsyndrom

sompredisponererforkreftogerassosiertmedp53‐mutasjoni

kjønnscellerekken.Detharvistsegatprogressivkreftdebutitidligalder

hosLFS‐pasienter,errelaterttilenreduksjonitelomerlengdeforhver

generasjon(2).

Icellulæreinvitromodellerframangeforskjelligecelletyper,har

overuttrykkavTERTvistsegåøkeproliferasjonogcelleoverlevelse

signifikant.Invivofunnitumormodellerhosdyr,viseratTERCoppreguleres

tidligikarsinogenesenogattelomeraseblirførstaktivertisentstadiumav

during anaphase – the stage when chromosomesmove to opposite poles of the spindle during mito-sis. This process leads to gains and losses of chro-mosomal material in the daughter cells. In addition,new breakpoints are generated that will induce an-other round of fusion and breakage in the nextround of cell division. These “fusion-bridge-breakagecycles” can contribute to the accumulation of CIN inageing human cells and thus to the accumulation ofgenetic alteration leading to cellular transformation.Studies in mTerc–/– mice have shown that loss ofcheckpoint genes (specifically loss of p53) cooperateswith telomere dysfunction to induce CIN and cancerinitiation [41].

In contrast to the increase in chromosomal insta-bility and tumour initiation, telomere shortening in-hibits tumour progression and the formation ofmacroscopic tumours in mTerc–/– mice [42]. Im-paired tumour progression in telomere dysfunctional

mice correlated with an accumulation of high levelsof CIN and DNA damage in tumour cells, as well aswith impaired tumor cell proliferation and increasedrates of tumour cell apoptosis [42]. Together thesestudies indicate that telomere shortening has a dualrole in caner. On the one hand it can increase theinitiation of tumours by inducing chromosomal in-stability and genetic alterations that lead to cellulartransformation. On the other hand, tumour cellsneed to stabilize telomere shortening to avoid an ac-cumulation of too high levels of instability thatwould ultimately kill the cancer cell (Fig. 1). This hy-pothesis appears to be in line with the observationthat most human cancers have critically short telo-meres but at the same time show a reactivation oftelomerase (see above).

Conclusion

There is increasing evidence that telomere dysfunc-tion has a causative role in human ageing, diseases,and cancer. Understanding the pathways and check-points that limit cellular function in response to telo-mere dysfunction could point to molecular targets forfuture therapies aiming to improve organ main-tenance, regeneration and health in the growingpopulation of the elderly. Moreover, these check-points are strongly connected to cancer formationand could thus be targets for future anti-cancertherapies. Telomere dysfunction and the activationof downstream pathways could also be biomarkersfor human ageing and cancer risk. An investigation

322 H. Jiang et al.

Z Gerontol Geriat 5 2007

Table 3 Telomerase mutation and disease

Disease Mutation Publication

Adult-onset pulmonary fibrosis TERT Tsakiri KD et al., 2007TERC Tsakiri KD et al., 2007

Idiopathic pulmonary fibrosis TERT Armanios MY et al., 2007TERC Armanios MY et al., 2007

Bone marrow failure TERT Vulliamy TJ et al., 2005

Aplastic anaemia TERC Vulliamy et al., 2002TERC Xin ZT et al., 2007TERT Liang J et al., 2006TERT Yamaguchi H et al., 2005TERT Xin ZT et al., 2007

Autosomal dominant dyskeratosis TERC Vulliamy TJ et al., 2006congenita (ADDC) TERC Armanios M et al., 2006

TERC Xin ZT et al., 2007TERC Vulliamy T et al., 2004TERC Goldman F et al., 2005TERC Chen JL et al., 2004TERC Wong JM et al., 2006TERC Walne AJ et al., 2007TERC Wong JM et al., 2006TERC Ly H et al., 2005TERC Cerone MA et al., 2005TERC Knudson M et al., 2005TERC Theimer CA et al., 2003TERC Lin JH et al., 2002TERC Vulliamy T et al., 2002TERC Vulliamy T et al., 2001TERC Mitchell JR et al., 1999TERT Xin ZT et al., 2007TERT Armanios M et al., 2005

MDS TERC Ly H et al., 2005TERC Ohyashiki K et al., 2005

Cri-du-chat syndrome TERT Zhang et al., 2003

Coronary artery disease TERT Matsubara et al., 2006

Telomere Shortening

Chromosomal Instability

Genetic Chaos

Tumor Progression

Tumor Cell Death

Tumor Initiation

No Telomerase Telomerase Inhibitors

Telomerase Activation

Fig. 1 Telomere shortening has a dual role in cancer formation. Telomeresshorten during ageing. In aged tissue a growing number of cells have short,dysfunctional telomeres. As a consequence chromosomal instability (CIN) in-creases, especially, when checkpoints genes are abrogated, such as p53. Thisleads to an increase in tumour initiation during ageing. However, tumour cellproliferation induces further telomere shortening and genetic chaos inhibitingtumour cell survival and tumour progression. At this stage, the activation oftelomerase in tumour cells is required for tumour progression. Therefore, telo-merase inhibitors represent a promising approach to treat telomerase-positivehuman cancer

32

kreftutvikling.OveruttrykkavTERTharvistsegåværeassosiertmed

spontanbrystepitelialneoplasioginvasivtcarcinomialdrendemus,og

uttrykkavTERTithymocytterfremmerT‐cellelymfom.UttrykkavTERCpå

grunnavtilstedeværelsenavmultiplegenkopier,harblittassosiertmed

cervikaldysplasioginvasivkreftprogresjon(2).

Karsinogenesenerofteassosiertmedoppreguleringavdetregulatoriske

genetc‐MYC,somkaninduseresvedretroviralinsersjoneller

translokasjon.c‐MYC‐bindingssekvensererbeskrevetinneiTERT‐

promotoren,ogMYC‐proteinetstimulererTERT‐transkripsjon.Uttrykkav

TERTkantillateoveraldrendecellertilåproliferereforbikrisestadiet,og

mutertMYCkandermedbidratilkarsinogeneseogtumorprogresjon(2).

HMGA2‐geneteretgenhvisproteinofteseesiøktemengdervedflere

typerkreft,ogdetantasåhaenviktigrolleitumorgenesen.Tidligerehar

mekanismenbakhvordanHMGA2påvirkertumorgenesenværtukjent.En

studieharvistatHMGA2påvirkerreguleringenavTERT,telomerasens

katalytiskesubenhet,ogisåmåteøkercellenescelledelingspotensiale

hvilketerenviktigfaktoritumorgenesen.SåkalteHeLa‐celler(cellersomi

utgangspunktetharetlavtuttrykkavHMGA2)blebrukt.Cellermedog

utenHMGA2blesammenliknet,ogdetvistesegatcellermedHMGA2

haddetregangersåhøytelomeraseaktivitet(p<0,05)(Figur13)(20).

Figur13

33

Ienprospektivstudiebledetundersøktomdetvarsammenhengmellom

telomerlengdevedstudiestartoghenholdsviskreftforekomstog

kreftdødelighethos787personer.Iløpetaventiårsperiodefikk92av787

personerkreft.Telomerlengde(ileukocytter)blemåltutfraT/S‐ratio.Det

vistesegattelomerlengdevedstudiestartvarsignifikantkorterehosdem

somutvikletkreft(telomerlengde:1,12,95%KI1,01–1,23)motdemsom

forblefriske(telomerlengde:1,53,95%KI1,47–1,59),p<0,001.Hosdem

medallerkortesttelomerervedstudiestart,bledetvistenparadoksal

økningitelomerlengden,noesomtyderpåøkttelomeraseaktivitetog

dermedøktcelledelingspotensiale/potensiellkarsinogenese.Avde92som

fikkkreft,døde44personer.De787bledeltoppitregrupperpåbakgrunn

avderestelomerlengdevedstudiestart.Sammenliknetmedgruppenmed

delengstetelomerene,varHR(hazardratio)forkreftmortalitet5,63(95%

KI1,27–24,98)forgruppenmedmiddelslangetelomererog11,11(95%

KI2,61–47,36)forgruppenmedkortesttelomerer,p<0,001(21).

Ienkasus‐kontroll‐studiebletelomeraseaktivitetogtelomerlengdei

hematopoetiskeprogenitorcellerfraperifertblodogbeinmarghos93

pasientermedentenakuttellerkroniskmyelogenleukemi,kronisk

lymfatiskleukemi,polycytemiaveraellermyelodysplastisksyndrom

sammenliknetmed108friskepersoner.Nårdetgjaldttelomarseaktiviteten

vardenuforandrethospasientermedpolycytemiaveraogkronisk

lymfatiskleukemi.Detvarenmoderat,menlikevelstatistisksignifikant,

økninghospasientermedkroniskmyelogenleukemiogmyelodysplastisk

syndromog18gangersåhøyhospasientermedakuttmyelogenleukemi

(p<0,05)(Figur14).Telomerlengdenvarsignifikantkortereicellerfra

pasientermedakuttmyelogenleukemiogkroniskmyelogenleukemi

(p<0,01)ogpolycytemiaveraogmyelodysplastisksyndrom(p<0,05)ogikke

signifikantforskjellighospasientermedkronisklymfatiskleukemi.

Pasienter(medleukemi)somfikkmoderatkjemoterapibehandling(under

seksrunder)haddesignifikantlengretelomererennpasientersomfikk

omfattendekjemoterapibehandling(merennseksrunder)meden

34

gjennomsnittligtelomerlengdepå6,4kbp(kilobasepar)mot5,0kbp

(p<0,0001).Pasientersomikkefikkkjemoterapihaddeengjennomsnittlig

telomerlengdepå6,5kbp.Dissefunnenesettunderettkanindikereatden

initialekjemoterapibehandlingeneliminertedenleukemiskecelleklonenog

atdenmeromfattendebehandlingenforkortettelomerenehosnormale,

friskeceller.Mankanhellerikkesebortfraatgrunnentildissefunnene

kanværeatpasientermedbehovformeromfattendekjemoterapii

utgangspunktethaddeflereleukemiskeceller,ogatdetergrunnentilatde

hargjennomsnittligkorteretelomererenndesomfikkmoderatbehandling

(22).

Figur14

Enrekkeepidemiologiskestudierharvistsammenhengmellom

hepatocellulærtkarsinomogovervekt.Ienstudiebledetundersøktom

detvarnoensammenhengmellomleptin,biomarkørforovervekt,

hepatocellulærtkarsinomogTERT.TERTkanforårsakenærmest

ubegrensetcelledelingspotensialegjennomoppbygningavtelomerene.

TERTblirvanligvisundertryktinormalesomatiskecelleretterfødsel.

Leverprøverhos23personerutenleversykdomblesammenlignetmed

leverprøverfra23personermedkjenthepatocellulærtkarsinom.Foråse

påleptinsmuligemaligneegenskaper,bleleptinogleptinreseptornivåeri

deaktuellelevercelleneundersøkt.Hos18av23medhepatocellulært

karsinom(HCC),bledetfunnetleptinilevercellene.Detvarsignifikante

35

høyerenivåeravtoleptinreseptorer(OB‐RIogOB‐Rs)ilevercellenemed

kreftsammenliknetmeddefriskecellene(OB‐RI:0,726±0,155mot0,0165

±0,0031,OB‐Rs:0,227±0,092mot0,0292±0,00194,p<0,001)(Figur15)

(23).

Figur15

Viderebledetundersøktomdetvarsammenhengmellomuttrykkavleptin

oguttrykkavTERT,noedetvistesegåvære(r=0,79,p<0,05).Denne

sammenhengenmellomleptinogTERTgjordeatforskerneidenaktuelle

studienvillesepåhvordanTERTicellerfraHepG2(levercellertattfraen15

årgammelguttmedhepatocellulærtkarsinom)reagertepå

leptinstimulering.CellerfraHepG2fikk50,100og200ng/mlleptinoveret

gitttidsrom.Sammenliknetmedfriskeleverceller,førtedettetilen

henholdsvisøkningiuttrykkavTERTogtelomeraseaktivitetpåca.40,45

og70%,p<0,05(Figur16)(23).

Figur16

36

Androgenererbruktsombehandlingderbeinmargensvikter,foreksempel

hospersonermeddyskeratosiscongenitaelleraplastiskanemi.Som

beskrevetiavsnittover,erabnormopprettholdelseavtelomeraseaktivitet

enviktigfaktorvedenrekkesykdommer.Dyskeratosiscongenita,en

sykdomderanemierenavfleretilstandersomopptrerhospersonermed

sykdommen,ereteksempelpåensykdommedmutasjonerigenersom

koderforblantannetTERTogTERC.Mutasjoneridissegeneneerogså

genetiskerisikofaktorerforaplastiskanemi,selvomdetteikkeerden

vanligsteårsakentildennesykdommen.Dissemutasjoneneførertillav

telomeraseaktivitet,kortetelomererileukocytterogredusert

hematopoetiskfunksjon.Androgenerharblittbruktsombehandlingfor

beinmargssviktsiden1960‐tallet,menhvordanterapienfungererpå

hematopoesenvitesikke(24).

Ienstudiebledetforsøktkartlagthvordanandrogenevirkerpå

telomeraseaktivitetog–uttrykkiperiferelymfocytterogT‐cellerfra

beinmarg.20mlblodblehentetfratrefriskepersonermedmutasjoner,og

sammemengdeblodblehentetfrapersonerutenmutasjoner(artikkel

oppgirikkeantall).T‐cellerfrabeinmargblehentetfrafriskepersoner.To

cellekulturermednormalelymfocytterbletilsatthenholdsvis0,5μMog5

μMmedetandrogen(methyltrienolone(R1881)).Telomeraseaktiviteten

øktemedca.100prosentforcellekulturensomfikkminstdose,mens

økningenicellekulturensomfikkhøyestdose,varnoeover200prosent

sammenliknetmedkontrollgruppen(p<0,001)(Figur17).Detbleogså

undersøktomtoandreandrogenergasammeeffekt(kun5μMblegitt

disseto).19‐nortestosterone‐17‐decanoate(19‐NT)gadaendoblingi

telomeraseaktivitetensammenliknetmedkontrollene(p<0,05).For6β‐

hydroxy‐testosterone(6β‐HT)gadennedosenikkesignifikantøkningi

telomeraseaktiviteten(24).

37

Figur17

Ienstudieundersøktemandenhemmendeeffektentilforskjellige

fettsyrerpåtelomerase,medspesielthenblikkpåfettsyrenemed

antitumoregenskaper,someicosapentaencsyre(EPA)ogdocosahexaensyre

(DHA).Bakgrunnenforstudienvaratflerestudierstøttersannsynligheten

foratflerumettedefettsyrerikostenhargunstigeeffekterpååhemme

tumorutvikling(25).

Foråevalueredendirekteeffektenavfettsyrerpåtelomerase,lyserteman

cellerfraDLD‐1humanekolorektaleadenocarcinomcellerogblandetdet

medforskjelligefettsyreprøver.Telomeraseaktivitetenblesåbestemt.

Mettedefettsyrerogtrans‐fettsyrervisteveldigsvakelleringenhemming

påtelomerase.Ikontrasthemmetcis‐umettedefettsyrerenzymet

signifikant,ogdenhemmendepotensenvarstørrevedenøkningiantall

dobbeltbindinger.SomvedEPAogDHA,visteandreflerumettedefettsyrer

segåværekraftfulletelomerasehemmere.Foråvurdereden

transkripsjonelleeffekten,bleDLD‐1‐cellenedyrketinærværav

fettsyreprøver,ogtelomeraseaktivitetoggenuttrykkblederetterevaluert.

DyrkedeDLD‐1‐cellermedentenEPAellerDHAresulterteien

bemerkelsesverdigreduksjonitelomeraseaktivitet(Figur18).EPAogDHA

hemmettelomerasevedånedregulereuttrykkavTERTogc‐MYC(Figur

38

19).Disseresultateneindikereratflerumettedefettsyrerdirektehemmer

denenzymatiskeaktivitetentiltelomerase,såvelsommodulerer

telomerasepåtranskripsjonsnivå(25).

Figur18

Figur19

merase activity. Modulators of mRNA expression of telomer-ase components (i.e., hTERT) have been regarded as anothertype of anti-telomerase agent. These include all-trans-retinoicacid [6], 5,6-trans-16-ene-vitamin D3 [35], ceramide [36], andcurcumin [37]. These compounds act as suppressors of hTERTmRNA expression, which result in altering telomerase activityindirectly. Therefore, two model systems were used in thepresent study to investigate the inhibitory effect of a series oflong-chain fatty acids on telomerase. A cell-free system wasused to evaluate the direct interaction of fatty acids withtelomerase, and the other, using cultured cells, assessed theindirect effect of fatty acids on telomerase activity.

In the cell-free system, we demonstrated that fatty acids,particularly PUFAs, directly inhibited telomerase derived fromhuman colorectal adenocarcinoma cells (DLD-1) (Figs. 1–4).The following profiles, 1–8, for telomerase inhibition werededuced by testing a series of fatty acids, that 1, thetelomerase-inhibitory potency of a fatty acid increases with

the number of double bonds; 2, cis-fatty acids have higher anti-telomerase activities than trans-isomers; 3, cis-fatty acids withthe first double bond between carbon atoms 9 and 11 are morepotent inhibitors than those with double bonds occurringearlier; 4, saturated fatty acids barely inhibit telomeraseactivity; 5, cis-mono-fatty acids with a chain length of morethan C16 exhibit an inhibitory effect; 6, among cis-fatty acidswith an equal number of double bonds, shorter chain length ismore favorable for inhibition; 7, hydroxy-fatty acids are lesseffective in telomerase inhibition than their corresponding fattyacids which lack the hydroxyl group; 8, an esterified fatty acidcompletely lost its anti-telomerase activity.

Contrary to the first result above 1, Oda et al. [38]recently reported that oleic acid (18:1, D9cis) was thestrongest telomerase inhibitor among the fatty acids theytested. They also mentioned that the rank order of effectiveinhibitor was as follows: 18:1 D9cis >18:2 D9–12cis >18:3D9 – 12 – 15cis = 18:3 D6 – 9 – 12cis > 18:4 D6 – 9 – 12 –15cis > 16:1 D9cis > 20:1 D11cis > 22:1 D13cis = 12:1D9cis =14:1 D9cis =24:1 D15cis. According to the authors’paper, the principle for their assay of telomerase activity isessentially similar to our present report, except for severalminor differences in the experimental conditions. Namely,these authors assessed the effect of fatty acids dissolved inDMSO on telomerase from human chronic myelogenousleukemia cells (K562) using the modified telomeric repeatamplification protocol (TRAP) assay with a fluorescencecapillary electrophoresis system. In contrast, we evaluatedthe telomerase activity by the stretch PCR method usingDLD-1 lysate and fatty acids dissolved in ethanol. Wecannot explain the exact reasons for the contradictory resultsobtained in the former study [38]. It is conceivable that thefatty acids actually interact with telomerase, but thecompounds might also affect other enzymes and/or con-taminants present in the cell lysate. For example, theprevious studies showed that 3V-azido-3Vdeoxythymidine(AZT) inhibits telomerase activity in concentrations ranging

Fig. 5. Cellular telomerase activity is decreased by treatment with PUFAs. (A)

DLD-1 cells were cultured with fatty acids (EPA or DHA; 50 AM each) or

without sample (control) for 4 days. Subsequently, telomerase activity in the

cell extracts was measured by the stretch PCR assay. IS, internal standard. (B)

The time and dose dependence of telomerase inhibition was evaluated by

treating DLD-1 cells with 20–50 AM fatty acids (EPA or DHA) or without

sample (control) for 4 or 7 days. Telomerase activity is expressed as a

percentage of the control. *Telomerase activity could not be analyzed, since

cytotoxicity was observed after the cultivation of DLD-1 with 50 AM DHA for

7 days. Values are meansTS.D. from three independent experiments.

Fig. 6. Effect of EPA and DHA on the DLD-1 proliferation. DLD-1 cells grown

in 96-well plates were treated with 20–50 AM fatty acids (EPA or DHA) or

without sample (control) for 3 days. The viable cells were then evaluated by

MTT assay and are expressed as a percentage of the control. Values are

meansTS.D. from five independent experiments.

T. Eitsuka et al. / Biochimica et Biophysica Acta 1737 (2005) 1–106

from 100 AM to 1.75 mM, according to the IC50

(concentration showing 50% inhibition of the enzymaticactivity) for the cell lines used [39]. Furthermore, AZTtriphosphate inhibits telomerase in leukemic blast cells (30AM) and in CHO cells (500 AM) [40]. These results clearlyindicate that the inhibitory potency of telomerase woulddepend on the cell types used in a cell-free system. Furtherstudies using the purified enzyme would be needed to fullyclarify the inhibitory strength of fatty acids on telomerase.

Compared with telomerase, considerable information isavailable concerning the structure and function of humanimmunodeficiency virus-type 1 reverse transcriptase (HIV-1RT). The three-dimensional structure of HIV-RT can bedescribed as a right hand, with subdomains referred to as thefingers, palm and thumb [41]. Highly conserved regions arelocated in the palm subdomain near the polymerase active site.These structural elements of the palm and the two a-helices ofthe thumb act as a clamp to position the template-primerrelative to the polymerase active site [42]. HIV-1 RT has beensuccessfully inhibited by two major classes of inhibitors, chain-terminating nucleoside analogs which bind to the dNTP site[43], and non-nucleoside RT inhibitors (NNRTI) which bind toa hydrophobic pocket near the catalytic center resulting in adistortion of the active site [41,44]. The NNRTI nevirapine, forexample, preferentially inhibits the translocation step ofpolymerization [41], and co-crystallization experimentsrevealed that it binds into a deep hydrophobic pocket lyingbetween the h-sheets of the palm and the base of the thumbclose to the template primer terminus [41].

Previous studies [45,46] have shown that TERT exhibitssignificant homology to RT, and so key features in theirstructure and basic mechanism of catalysis appear similar. Forexample, it has been shown that point mutations in amino acidsthat are conserved between TERT and retroviral RT (i.e., Lys443

and Arg450 in TERT, and Lys65 and Arg72 in RT) reduced orabolished activity in both enzymes [45]. Hence, telomerasewould contain hydrophobic pockets that lie between the palmand thumb, which might be targeted by small moleculeinhibitors [46].

On the basis of these previous observations [45,46], wespeculated on the inhibitory mechanism of fatty acids ontelomerase activity. Since hydroxy-fatty acids exhibited weakerinhibition than fatty acids without a hydroxyl group (Fig. 4A),the hydrocarbon chain of fatty acids may interact withhydrophobic pockets of telomerase. Generally, the hydrocarbonchain of the saturated and trans-unsaturated fatty acids islinear, while that of the cis-unsaturated fatty acids forms around shape with an increased number of double bonds.Fig. 7. Inhibitory effect of EPA and DHA on mRNA expression of hTERT and

c-myc and on cellular PKC activity. DLD-1 cells were cultured with 20–50 AMfatty acids (EPA or DHA) or without sample (control) for 4 or 7 days. The

mRNA expression levels of hTERT (A) and c-myc (B) were then measured by

real-time RT-PCR and is expressed as a percentage of the control. The mRNA

level of h-actin was used as an internal control. (C) PKC activity in the cell

extracts was then evaluated by the stretch PCR assay. Values are meansTS.D.from three independent experiments. *Expression of hTERT and c-myc mRNA

and PKC activity could not be analyzed, since cytotoxicity was observed after

the cultivation of DLD-1 with 50 AM DHA for 7 days.

Fig. 8. A mechanism for telomerase inhibition by EPA and DHA in a cell

culture experiment.

T. Eitsuka et al. / Biochimica et Biophysica Acta 1737 (2005) 1–10 7

39

3.Autoimmunesykdommer

Reumatoidartritterenkroniskinflammatorisksykdomsomangriper

synoviaogetterhvertførertilbruskskadeogødeleggelseavleddets

struktur.Aldererenstorrisikofaktorforutviklingavsykdommen(26).

KroniskstimulerteT‐cellerforårsakervevsødeleggelsenireumatoidartritt

(27).Detkanderfortenkesatetaldrendeimmunsystemerenviktigfaktor

forutviklingavsykdommen.Nårmaneldes,økermortalietav

infeksjonssykdommer,manhardårligereresponsavvaksinerogdeteren

økningireaktiveringenavviraleinfeksjoner.Detteindikererat

immunsystemetblirmindreeffektivtmedalderen.Somhosalleandre

celler,viltelomereneiT‐cellerforkortesvedcelledeling.Hospasientermed

reumatoidartritterdetfunnetattelomereneilymfocytteneforkortes

raskereenndetsomernormalt,ogdermedgjøratimmunsystemethar

høyerebiologiskalderenndenfaktiskkronologiskealderen(26).

Ienkasus‐kontroll‐studieble38pasientermedreumatoidartritt

sammenliknetmed26friskepersoner.Telomerreparasjonog–vedlikehold

blevurdertutfratelomerasensresponspåinduksjon/stimulering.IT‐celler

hosbådefriskeogsykebletelomeraseaktivitetenoppregulertsomrespons

påinduksjon.Responsenihukommelses‐T‐cellenevarlikhosfriskeogsyke,

menidenativeT‐cellenevardetensignifikantforskjell.Maksimal

enzymaktivitetiT‐cellerhospasientermedreumatoidartrittvarkunca.60

%avaktivitetenidenfriskeT‐cellepopulasjonentredageretterinduksjon

(p<0,001)ogvarfortsattsignifikantlavereetterseksdager(p=0,01)(Figur

20)(27).

40

Figur20

Telomeraseaktivitetenettertredagerkorrelertemedtelomerlengdeni

CD4+T‐celler,altsåhardeaktuelleT‐cellenesomspillerenviktigrollei

reumatoidartritt,korteretelomererennvanlig.Foråundersøkeeffekten

avnedsatttelomeraseaktivitet,bleTERT‐enheteninativeCD4+T‐celler

hemmet.Enzymaktivitetenfaltdatilomtrenthalvparten,samtidigsom

dissecellenehaddelavereoverlevelseennnormaleCD4+T‐cellerogheller

ikkeklarteådanneenlikestorcelleklon(p=0,04).Dettekantydepåat

nedsatttelomeraseaktivitetgjørdeaktuelleT‐cellenehospersonermed

reumatoidartrittmerutsattforapoptose.Etterseksdagervar2‐3%avT‐

cellenehosdefriskeapoptotiske,menstalletvaromtrentdetdobbeltefor

demmedreumatoidartritt(p<0,001).NativeCD4+T‐cellerhospasienter

medreumatoidartrittharhøyerenivåeravdetapoptoseinitierende

proteinetBim(p=0,01)oglaverenivåeravoverlevelsesproteinetBcl‐2

(p=0,02)sammenliknetmedfriskepersoner(27).

IenstudieiJapanbledettattbiopsierfraepitelcelleriglandulalacrimalis

hosellevepersoner.HosfireavdissefikkmanpåvistSjögrenssyndrom

medtørtøye.Vedhjelpavkvantitativfluorescensmålingavtelomerprober

(”insituhybridization”)kunnemanmåletelomerintensitethoshenholdsvis

personermedogutenSjögrenssyndrom.Telomerintensitet(johøyere

intensitet,jolengertelomerer)iepitelcellenefrapersonerutenSjögrens

syndromvarstatistisksignifikanthøyereiforholdtildemmedSjögrens

syndrom(7494,7±477mot6785±455,p=0,02)(28).

41

4.Progeroidsyndrom

Aldringkandefineressomtapavhomeostase.Viderepåvirkerhomeostase

opprettholdelseavallestrukturelle,metabolske,nevroendokrine,

immunologiskeoggenomiskesystemerikroppenvår.Fraetgenetisk

synspunktviltapavgenetiskhomeostasevisesegåbidrasomen

nøkkelfaktortilaldringicellerogorganismer.Tapavgenetiskstabilitetog

kjerneintegritetledertilcellulærogorganismedysfunksjon,samtfremvekst

avmaligneceller.Myeavdetvinåvetomdentettesammenhengen

mellomtapavgenetiskhomeostaseogprematurforekomstavkreftog

aldring,erutledetfragrundigestudierpåsjeldnesyndromersomskyldes

defektiDNA‐ogkromatinvedlikeholdssystemer.Dissetilstandenekan

manifesteresegpåkromosom‐,telomer‐ellerkjernemembrannivå(Figur

21)(29).

Figur21

Pasientermedprogeroidsyndromellerakselerertaldrendefenotyper,

viserenrekkefysiskeogbiologiskesærpregsomvariererbredtmellom

vev,sykdomogblandtpersoner.Etgenereltdilemmaistudierpå

telomerenesrolleiprogeroidsyndrom,erattelomerenesengasjementi

akselerertaldringkanværedirektesåvelsomindirekte.Foreksempelkan

øktcelledødsomfølgeavdefektDNA‐reparasjon,resulterei

340 K. Neveling et al.

Z Gerontol Geriat 5 2007

normalen Alterungsprozess. Dasam wenigsten bekannte Chromo-somenbruchsyndrom ist die Fan-coni-Anämie, welche durch bialle-lische Mutationen in einem vonzumindest 13 verschiedenenDNA-Reparaturgenen, darunterdas BRCA2-Gen, verursacht wird.Die Fanconi-Anämie ist die einzi-

ge Erkrankung des Menschen, de-ren Zellen eine konstitutionelleÜberempfindlichkeit gegen oxida-tiven Stress aufweisen. Die Validi-tät der freien Radikal-Theorie desAlterns lässt sich daher anhandder Fanconi-Anämie erstmalsauch am Menschen überprüfen.

! SchlüsselwörterChromosomale Instabilität –Hutchinson-Gilford-Syndrom –Werner-Syndrom –Dyskeratosis congenita-Fanconi-Anämie

Introduction

Ageing can be defined as loss of homeostasis that af-fects all structural, metabolic, neuroendocrine, im-munologic and genomic maintenance systems of ourbody [4]. From a genetic point of view, loss of ge-netic homeostasis appears as a key factor that con-tributes to ageing in cells and organisms. Loss of ge-netic stability and nuclear integrity leads to cellularand organismal dysfunction, and to the emergenceof malignant cell growth as a possible endpoint ofaccumulated alterations. Much of what we currentlyknow about the intimate connection between loss ofgenetic homeostasis and the premature occurrenceof cancer and ageing derives from the meticulousstudy of rare human syndromes that are caused bydefects in DNA and chromatin maintenance systems[32]. As depicted in Figure 1, manifestations of theseindividually rare “experiments of nature” may be ob-served at the chromosomal, telomere or nuclear en-

velope levels. In this brief review we will discusssome of the human genetic instability syndromes,emphasizing the connection between genetic insta-bility, cancer, and ageing. The classical progerias,Hutchinson-Gilford syndrome and Werner syndromewill be mentioned only briefly, since there are anumber of excellent reviews dealing with these well-known disorders (e.g.[9]). We will also exclude fromour discussion primary immunodeficiency disordersassociated with defective DNA double-strand repair[3], as these disorders are not primarily character-ized by instabilities at the chromosomal, telomericor nuclear membrane levels. Instead, we will devotemore space and emphasis to the discussion of Fan-coni anemia (FA). FA is a less well-known humangenetic instability syndrome which displays a num-ber of features that are reminiscent of acceleratedageing.

Laminopathies as paradigmsof impaired nuclear stability

In mammalian cells, integrity and shape of the nu-clear envelope is maintained by A-type lamins,members of intermediate type filament proteinswhich also form part of the nuclear matrix scaffold.Chromosomal telomeres are attached to the innernuclear lamina. There are multiple interactions be-tween chromatin and the nuclear matrix such thatlamin A/C defects are thought to impair various nu-clear functions including chromatin and chromo-some stability, telomere integrity, regulation of tran-scription, DNA replication, cell cycle control, andcellular differentiation [9]. Dominant missense muta-tions in LMNA, the gene coding for Lamin A/C, havebeen recognized as the cause of at least ten differentdisease entities, collectively referred to as “lamino-pathies”. This group of diseases includes examplesof muscular dystrophies, cardiomyopathies, lipody-strophies, neuropathies, and, most prominently, theHutchinson-Gilford juvenile progeria (HGP) syn-drome. Of interest to the gerontologist are additionalrare laminopathies with progeroid clinical manifesta-

Dyskeratosis congenita(aberrant telomeres)

Chromosome breakage syndromes

Lamin A/C

Laminopathies

Fig. 1 Major groups of nuclear instability syndromes provoking progeroidfeatures in humans. Chromosome breakage syndromes are caused by defectsin DNA-maintenance genes. Laminopathies arise due to dysfunctions of laminA/C as a major component of the inner nuclear lamina and nuclear matrix.Mutational inactivation of Dyskerin or the RNA-component of telomerase(TERT) cause excessive telomere shortening and telomere dysfunction in Dys-keratosis congenita. See text for details

42

telomerforkortningviaøktkompensatoriskcelleomsetning,ellerviadirekte

effektpåtelomeriskDNA(tDNA)(2).

Hutchinson‐GilfordProgeriasyndrom(HGPS)erensykdomsomførertil

ekstremtraskaldring.Årsakentildensværtraskealdringenskyldesen

mutasjonLaminA‐genet(LMNA).DetteførertiletmutertLamin‐A‐protein

kjentsomprogerin.Progerinfinsismåmengderogsåhosmenneskeruten

HGPS.Deterantattattelomerskadespillerenrollenårdetkommertilå

aktivereprogerinproduksjonen(30).Sykdommenrammer1/4‐8millioner

barn.Symptomerlignerdempånormalaldring,sliksomtynnhud,tapav

subkutantvev,hårtap,stiveledd,osteoporoseogkardiovaskulærsykdom.

Personersomerrammetavsykdommenblirigjennomsnitt13årgamleog

døravhjerteinfarktellerslag.Enavdecellulæredefektenehospersoner

medHGPSerkortetelomerer.Ienstudiebledetundersøktomtelomerase

kunnehindredenprematurealdringenavcellenehospersonermedHGPS.

RetroviralTERTbleinfisertifibroblasteraffisertavHGPSsomvarpåslutten

avsittproliferativepotensiale(togjenståendepopulasjonsdoblinger).

CellegruppensomfikkinfisertTERTvisteingentegntilnedgangi

proliferativkapasitetetter70populasjonsdoblinger,menscellegruppen

somikkefikkinfisertTERT,stoppetåproliferereetterto

populasjonsdoblinger.Påtrossavtilsynelatendeøkt

celledelingspotensiale,sankikkenivåetavprogerinicellenesomfikk

infisertTERT.DetvistesegogsåatTERT‐infisertefibroblasterhaddelavere

aktivitetip53‐ogretinoblastom‐tumorsupressorveiene.DersomDNA‐et

skades,kanp53initiereapoptose,stoppecellesyklusogaktivereDNA‐

reparasjonsproteiner.Retinoblastom(Rb)hindrerskadetDNAiåreplikere

seg.Effektenavp53ogRbbleundersøkt,ogifibroblastersomvarnær

sluttenavsittcelledelingspotensialebledissetohemmet.Detteførtetil68

populasjonsdoblinger.ProgerinindusererDNA‐skade.DNA‐skade

indusereraktiveringog/ellerfosforyleringavproteineromerinvolverti

DNA‐skaderesponsen.DisseproteinenesamlesiområdermedDNA‐skade

ogerisåmåtegodeindikatorerpånettoppdette.HGPS‐fibroblasterhar

43

øktDNA‐skadesignalering.IfibroblasterinfisertmedTERTvardetlangt

færreområderiDNAetmedaggregeringavnettoppslikeproteiner.Dette

indikereratTERThindrerprogerinetsDNA‐skadeligeeffekter.Hvordan

progerinetførertiltelomerdysfunksjonerikkekartlagt,mendeterting

somtyderpåatdetprogerinetførertildysfunksjonietenzym,histon

deacetylase,somerviktigireguleringenavDNA‐replikasjonenogsom

modulerertelomerkromatinstrukturen.Detteførertilraskerecellealdring

ogDNA‐skadesignaleringpåtelomerene(31).

Enrekkeandrealdringssykdommerharværtmerdirekterelaterttil

telomerdysfunksjon.BlantdisseerFanconianemi(FA)ogataxia

telangiektasia(AT),sombeggeerautosomalrecessivesykdommer.FA

skyldesmutasjoniettavminst12forskjelligeFanconigener(somkoderfor

Fanconianemikomplementeringsgruppeprotein),mensATskyldesataxia

telangiektasiamutertgen(somkoderforATM‐proteinet).Fellesfordisse

proteineneeratdeerdelaktigiDNA‐skade‐ogreparasjonssystemet.

Beggesykdommererassosiertmedakselererttelomerforkortning.Avviki

telomerreplikasjon‐ellerreparasjonantasåspilleenviktigrollei

patogenesen,spesieltiutviklingavsykdommersomskyldesimmundefekt

ellerbenmargssvikt,såvelsomøktpredisposisjonformalignitethosunge

voksne(2).

Imotsetningtilcellerfraenhverannenhumansykdom,erFA‐cellerunikt

sensitiveforoksidativtstress.IensituasjonmeddefektDNA‐reparasjon,vil

oksidativtstressledetilakkumuleringavDNA‐skade.Oksidativtstresser

densannsynligeårsakentilbenmargssvikt,neoplasiogprematuraldringi

FA,ogdennesjeldnesykdommenerdermeddenenestekjentehumane

modellenforteorienomfrieradikalerseffektpåaldring(29).

Dyskeratosiscongenita(DC)erensjeldenmultisystemsykdom,som

eksemplifisererviktighetenavtelomerintegritetforenmengde

tilsynelatendeikke‐relatertecellulærefunksjoner.DenX‐bundneformen

avDCskyldesenmutasjonidyskeringenet(DKC1),somerassosiertmed

44

RNA‐komponententiltelomerasekomplekset(TERC).Denautosomale

dominanteformenforDCharvistsegåstammeframutasjoniselveTERC

(Figur22).PasientermedDCharderforvisthomogentredusertenivåerav

TERC,ogsomfølgeavsvekkettelomerasefunksjon,hardekortere

telomererennsinejevngamlekontroller.Mensunormalhudpigmentering,

negldystrofiogleukoplakiutviklesibarne‐ogungdomsårene,vilvoksne

pasienterkunnehagastrointestinale,geniuretrale,nevrologiske,lunge‐og

skjelettmisdannelser.Denmestalvorligekomplikasjonenerlikevelat80‐90

%utviklerpancytopenipågrunnavbenmargssvikti30årsalderogøkt

risikoformalignitet.PasientermedDCviserderforenrekkeprogeroide

kjennetegn,noesomkantydepåenkausalsammenhengmellomkorte

telomererogprematuraldring.TERC‐mutasjonerharogsåblittobservert

sporadiskhospasienterutentypiskeDC‐kjennetegn,inkludert

undergrupperavaplastiskanemi,myelodysplastisksyndromogparoxysmal

nattlighemoglobinuri,somalleerstamcellesykdommer(29).

Figur22

45

5.DemensogAlzheimerssykdom

PasientermedAlzheimerharunormaltkortetelomererilymfocytter,

sammenlignetmedikkeAlzheimer‐kontroller.Ienstudiebledenne

hypotesentestet.PersonermedAlzheimersblesammenliknetfor

telomerlengdeimonocytter.Telomerlengdenhospersonermed

Alzheimersvar6,6±0,2kb,mensdenhosfriske(kontrollgruppe)var

7,3±0,2kb,p<0,05.Forpersonermedmildkognitivsvikt,vardetingen

statistiskforskjellsammenliknetmedkontrollgruppen.Detvaringen

sammenhengmellomtelomerlengdeogMMS‐score(minimentalstate

examination)(4,32).

Telomerlengdekan,somdeterforbiologiskalder,væreenbiomarkørfor

demens.Ienstudiegjortpå62kvinneligesykepleierebledetfunneten

kraftigøkningirisikoforutviklingavkognitivsvikthosdemmedkorte

telomerer.Oddsratioforutviklingavdemens/mildkognitivsviktellermild

kognitivsviktvarhenholdsvis9,63gangersåhøy(95%KI1,73–53,65)og

12gangersåhøy(95%KI1,24–116,5).Detvarogsåenstatistisksignifikant

sammenhengmellomkorttelomerlengdeoglitenhippocampus.Forhver

T/S‐ratioenhetmindrevarhippocampus25mlmindre(p=0,038)(33).

Hippocampuserviktigforblantannetlagringavlangtidsminnet(34).

6.Andresykdommer

TelomerforkortningharblittobservertilymfocyttervedkroniskHIV‐

infeksjon,ihepatocyttervedkroniskhepatitt,iintestinaltepitelvedkronisk

inflammatorisktarmsykdom,iforskjelligformerforanemi,ilymfocytter

hosAlzheimerpasienterogivaskulæreendotelcelleriaterosklerotiskplakk.

Ytterligeresynestelomerforkortningåkorreleremed

sykdomsprogresjonenienkeltesykdommer.Eteksempelpådetteer

levercirrhose,somutviklesiendestadietavkroniskleversykdom.Enmodell

indikereratkroniskhepatocyttskadeledertiløkthepatocyttomsetningog

akselererttelomerforkortning.Kritiskkortetelomerervildaføretil

46

hepatocyttaldring,somfremmerutviklingenavlevercirrhosekarakterisert

vedredusertregenerativreserve,fibrotiskarrvevogorgansvikt.Isamsvar

meddennemodellen,korrelerertelomerforkortningmedutviklingog

progresjonavlevercirrhose(4).Nyerestudierharvistatmutasjoneri

genenesomkoderfortelomerasekomponenter,erogsåimplisertifamiliær

idiopatiskpulmonalfibrose(2).

Ienstudiebletelomerlengdenhos68pasientermedschizofreniundersøkt.

Påbakgrunnavhvordandereagertepåantipsykotiskmedisineringblede

deltinnigrupper,såkalte”goodresponders”og”poorresponders”,34i

hvergruppe.Disseblesammenliknetmed76friskepersoner.Sommålpå

telomerlengdebleTRF(ikb)brukt.For”goodresponders”varTRF8,88

medstandardavvik(SD)på0,90,for”poorresponders”varTRF7,41med

SDpå0,97,forfriskevarTRF8,91medSD1,35.Detvarstatistisksignifikant

forskjellmellom”poorresponders”ogfriske,p<0,001(35).

Ienstudieble21type2‐diabetikeresammenlignetmed29friskepersoner.

Hosdiabetikernevartelomereneimonocyttersignifikantkortereennhos

friskeindivider(4,0mot5,5kb,p<0,0001).Hosdiabetikernevardetet

invertertforholdmellomtelomerlengdeniperiferemononukleære

blodcellerogmengdeoksidativDNA‐skade(r=‐0,55,p=0,018)(Figur23),

noesomtyderpåattype2‐diabetikereermerutsattforoksidativtstress.

Oksidativtstressangriper,somtidligerebeskrevet,GGG‐sekvenseri

telomerene,ogførersåtilforkortingavtelomerene(seunder

kardiovaskulæresykdommer)(36).

47

Figur23

C.Intervensjonerrettetmottelomererogtelomerase

Intervensjonerrettetmottelomererogtelomeraseharværtgjenstandfor

mangeforskningsprosjekterdesisteårene,ognoenapplikasjonerblirnå

utforsketikliniskeutprøvninger(2).

Strategierforåreddehumanecellerinvitrofrabiologiskaldring,eller

forlengedereslivsløpvedåuttrykkeektopisktelomerase,bleførst

beskrevetforoverettiårsidenogernårutinemessigbruktimange

laboratorierforåforlengelevetidentilprimærehumaneceller.Denne

tilnærmingenappellererogsåtilterapiavcellerellervev,ettersomantall

tilgjengeligecellerofteerbegrenset.SelvomektopiskuttrykkavTERT

fortsatterpåetutviklingsstadium,harsignifikantefremskrittalleredeblitt

gjortforåforsterkeallografterogkonstruerevevfortransplantasjon.

DennetypentilnærmingkanogsåværenyttigforspesifikkeT‐

celleimmunoterapiprotokoller,derspesifikkeT‐cellergjenkjenner

spesifikkeantigener(antigenerspesifikketilmelanomcellerellerHIV‐virus)

forderetteråblirenset,ekspandertinvitrooginfusertipasienter.Ektopisk

uttrykkavTERCogTERTifibroblasterfraDC‐pasienterharvistsegåredde

dissecellenesproliferativeegenskaper,ogmankantenkesegat

48

tilsvarendestrategikanbrukesibehandlingavbeinmargssviktknyttettil

mutasjonitelomerasegenet(2).

Hemmingavtelomeraseaktiviteterogsåetsværtspennendeområdefor

telomerintervensjoner,dadeflestekrefttilfelleruttrykkertelomerase.

Imidlertidgjøruklarheterrundttoksisitet,halveringstid,

administrasjonsformer,samtlangtidsforsinkelseforåoppnådødav

kreftcellerbådeinvivooginvitro,atdetfortsattgjenstårproblemstillinger

somkansvekketerapeutisksuksess.Andreformerfor

antitelomerasekreftterapitarsiktepååutnytteogåstyrke

immunresponsentiltelomerase(TERT)gjennomvaksinasjonsliknende

tilnærminger.HøyerenivåeravTERT‐proteinuttrykkesimangekreftceller,

ogTERT‐epitoperkanbearbeidesogpresenteresavantigenpresenterende

cellertilantigenspesifikkeT‐cellersomigjendrepermålcellene.Denne

gjenkjenningenavTERT‐positivekreftcellererkjentforaktivtåforårsake

kreftcelledødmyeraskereennandrestrategier,derprogressiv

telomerforkortningmåfinnested(2).

49

V.Konklusjon

Deterøkendebevisforatkortetelomererogtelomerdysfunksjonharen

viktigrolleihumanesykdommerogbidrartilaldring.Foråopprettholde

telomerlengde,erenzymettelomeraseheltessensielt.Studierpåpasienter

medtelomerasemutasjonerunderstrekerviktighetenavtelomerlengde,da

dissepasientenevisermultipletegnpåprematuraldringogsykdom.Med

økendealderblirtelomerenekortere,ogevnentilcellereproduksjongår

ned.Detteernødvendigvisikkeendårligting,daredusertcelledelingi

aldrendecellervirkersomenforsvarsmekanismemotkreftutvikling.

Dessverreviltelomermekanismenesombegrenservekstavpremaligne

celler,ogsåbesørgesterkseleksjonavcellersomikkelengerresponderpå

DNA‐skademekanismenemedaldringsomresultat.Vedåforståhvilke

faktorersombegrensercellulærefunksjonersomresponspå

telomerdysfunksjon,vilmankanskjeifremtidenkunnefinnemolekylære

målforbehandling,somtarsiktepååforbedreopprettholdelseog

regenerasjonavorganer,samtforbedrehelseidenvoksende,eldre

befolkningen.Tostoreintervensjonsspørsmålrettetmottelomererdet

forskesmyepåeromdetermuligåkurerekreftvedådeaktivere

telomerase,ogommankanforhindrealdringvedåaktiveretelomerase.

Hvisforskerekanaktivereenzymettelomeraseihelekroppentileldre

mennesker,kanmantenkesegatcellereplikasjonigjenfinnersted,men

medfareforutviklingavkreft.

50

VI.Litteraturliste

1. LandmarkKsr.,LandmarkKjr.,HaarrH.Omega‐3‐fettsyrer,telomerer,

telomeraseogkardiovaskulærsykdom.Hjerteforum.2011;24:64‐67.

2. AubertG,LansdorpPM.Telomeresandaging.PhysiolRev.2008

Apr;88(2):557‐79.

3. BekaertS,DeMeyerT,RietzschelE,etal.Telomerelengthand

cardiovascularriskfactorsinamiddle‐agedpopulationfreeofovert

cardiovasculardisease.Agingcell.2007;6:639‐647.

4. JiangH,JuZ,RudolphK.Telomereshorteningandageing.ZGerontol

Geriatr.2007;40:314‐324.

5. AlbertsB,BrayD,HopkinK,etal.Essentialcellbiology.2thed.New

YorkandLondon:GarlandScience;2004.

6. FusterJ,AndresV.Telomerebiologyandcardiovasculardisease.

CirculationResearch.2006;99:1167‐1180.

7. RanaA,MetzgerP.OpenPitBlog[Internet].USA:AdityaRana.[cited

2009Oct12].Availablefrom:

http://openpit.wordpress.com/2009/10/12/immortality/

8. HarleyCB,FutcherAB,GreiderCW.Telomeresshortenduringageing

ofhumanfibroblasts.Nature.1990May31;345(6274):458‐60.

9. DeMeyerT,RietzschelER,DeBuyzereML,etal.Studyingtelomeresin

alongitudinalpopulationbasedstudy.FrontBiosci.2008Jan

1;13:2960‐70.

10. SSB.no[Internet].Statistisksentralbyrå.[cited2011].Availablefrom:

http://www.ssb.no/befolkning/forventet.cgi

11. CawthonRM,SmithKR,O'BrienE,etal.Associationbetweentelomere

lengthinbloodandmortalityinpeopleaged60yearsorolder.Lancet.

2003Feb1;361(9355):393‐5.

12. RamírezR,CarracedoJ,SorianoS,etal.Stress‐inducedpremature

senescenceinmononuclearcellsfrompatientsonlong‐term

hemodialysis.AmJKidneyDis.2005Feb;45(2):353‐9.

51

13. BrouiletteS,SinghR,ThompsonJ,etal.WhiteCellTelomereLength

andRiskofPrematureMyocardialInfarction.Arteriosclerosis,

Thrombosis,andVascularBiology.2003;23:842‐846.

14. Farzaneh‐FarR,CawthonR,NaB,etal.Prognosticvalueofleukocyte

telomerelengthinpatientswithstablecoronaryarterydisease:data

fromtheHeartandSoulStudy.Arteriosclerosis,Thrombosis,and

VascularBiology.2008;28:1379‐1384.

15. ChangE,HarleyCB.Telomerelengthandreplicativeaginginhuman

vasculartissues.ProcNatlAcadSciUSA.1995Nov21;92(24):11190‐4.

16. OgamiM,IkuraY,OhsawaM,etal.Telomereshorteninginhuman

coronaryarterydisease.Arteriosclerosis,Thrombosis,andVascular

Biology.2004;24:546‐550.

17. SatohM,MinamiY,TakahashiY,etal.Effectofintensivelipid‐lowering

therapyontelomereerosioninendothelialprogenitorcellsobtained

frompatientswithcoronaryarterydisease.ClinicalScience(London).

2009May1;116(11):827‐35.

18. BenetosA,OkudaK,LajemiM.Telomerelengthasanindicatorof

biologicalaging:thegendereffectandrelationwithpulsepressureand

pulsewavevelocity.Hypertension.2001Feb;37(2Part2):381‐5.

19. Farzaneh‐FarR,LinJ,EpelES,etal.Associationofmarineomega‐3

fattyacidlevelswithtelomericaginginpatientswithcoronaryheart

disease.JAMA.2010Jan20;303(3):250‐7.

20. LiA,LinH,KuoC,etal.High‐mobilitygroupA2proteinmodulates

hTERTtranscriptiontopromotetumorigenesis.MolecularandCellular

Biology.2011Jul;31(13):2605‐2617.

21. WilleitP,WilleitJ,MayrA,etal.Telomerelengthandriskofincident

cancerandcancermortality.JAMA.2010Jul7;304(1):69‐75.

22. EngelhardtM,MackenzieK,DrullinskyP,etal.Telomeraseactivityand

telomerelengthinacuteandchronicleukemia,pre‐andpost‐exvivo

culture.CancerResearch.2000Feb1;60(3):610‐7.

23. StefanouN,PapanikolaouV,FurukawaY,etal.Leptinasacritical

regulatorofhepatocellularcarcinomadevelopmentthrough

52

modulationofhumantelomerasereversetranscriptase.BioMed

CentralCancer.2010;10:442.

24. CaladoR,YewdellW,WilkersonK,etal.Sexhormones,actingonthe

TERTgene,increasetelomeraseactivityinhumanprimary

hematopoieticcells.Blood.2009September10;114(11):2236–2243.

25. EitsukaT,NakagawaK,SuzukiT,etal.Polyunsaturatedfattyacids

inhibittelomeraseactivityinDLD‐1humancolorectaladenocarcinoma

cells:adualmechanismapproach.BiochimBiophysActa.2005Oct

15;1737(1):1‐10.

26. GoronzyJ,ShaoL,WeyandC.Immuneagingandrheumatoidarthritis.

RheumDisClinNorthAm.2010May;36(2):297‐310.

27. FujiiH,ShaoL,ColmegnaI,etal.Telomeraseinsufficiencyin

rheumatoidarthritis.ProcNatlAcadSci(PNAS)USA.2009Mar17;106

(11):4360‐5.

28. KawashimaM,KawakitaT,MaidaY,etal.Comparisonoftelomere

lengthandassociationwithprogenitorcellmarkersinlacrimalgland

betweenSjögrensyndromeandnon‐Sjögrensyndromedryeye

patients.MolecularVision.2011;17:1397‐404.

29. NevelingK,BechtoldA,HoehnH.Geneticinstabilitysyndromeswith

progeroidfeatures.ZGerontolGeriatr.2007;40:339‐48.

30. CaoK,BlairCD,FaddahDA,etal.Progerinandtelomeredysfunction

collaboratetotriggercellularsenescenceinnormalhumanfibroblasts.

TheJournalofClinicalInvestigation.2011July;121(7):2833‐44.

31. BensonE,LeeS,AaronsonS.Roleofprogerin‐inducedtelomere

dysfunctioninHGPSprematurecellularsenescence.JournalofCell

Science.2010august;123:2605‐2612.

32. HochstrasserT,MarksteinerJ,HumpelC.Telomerelengthisage‐

dependentandreducedinmonocytesofAlzheimerpatients.Exp

Gerontol.2012Feb;47(2):160‐3.

33. GrodsteinF,vanOijenM,IrizarryMC,etal.Shortertelomeresmay

markearlyriskofdementia:preliminaryanalysisof62participants

fromthenurses'healthstudy.PLoSOne.2008Feb13;3(2):e1590.33.

53

34. BrodalP.Sentralnervesystemet.3rded.Oslo:Universitetsforlaget;

2001.

35. YuW,ChangH,LinC,etal.Shorttelomeresinpatientswithchronic

schizophreniawhoshowapoorresponsetotreatment.Journalof

PsychiatryandNeuroscience.2008May;33(3):244‐7.

36. SampsonMJ,WinterboneMS,HughesJ.Monocytetelomere

shorteningandoxidativeDNAdamageintype2diabetes.Diabetes

Care.2006Feb;29(2):283‐9.

54

VII.Figurtekster

Figur1:øverstefigurviserhvordanprimeren(grønnstrek)festestil

henholdsvis”leading”og”laggingstrand”oghvordanbaseneprimerenpå

”leadingstrand”festersegtilikkevilreplikeres.

Figur2:figurenviseratbestemteproteinerbindersegtiltelomerene,og

bestemmertelomerfunksjonvedåreguleretelomerlengdeog‐struktur.A:

telomerenerlukketogdermedikketilgjengeligfortelomerase.B:

telomereneråpenogTTP1ogPOT1rekruttererogstimulererenzymatisk

telomeraseaktivitet,fortrinnsvishoskromosomendermedkortetelomerer.

Figur3:figurenviserredusertmengdentelomeriskDNAundergjentatt

replikasjonhoshumanefibroblasterikultur.Gjennomsnittlig

telomerlengde(a)ogtotalttelomeriskDNA(b)ervistsomenfunksjonav

alderinvitro.

Figur4:figurenviserfaktorersompåvirkertelomerlengdeihumaneceller.

Nårtelomereneblirforkortesomfølgeavreplikasjonelleroksidativt

stress,vildegjenkjennesavDNA‐reparasjonssystemet.Avhengigav

celletypeoggenersomuttrykkesicellen,kanenkeltekortetelomerender

forlengesavtelomeraseellervedrekombinasjon.Nårcellenakkumulerer

formangekortetelomerender,vilDNA‐skadesignalersomp53aktiveresog

cellenvilgåinnicellulæraldringellerapoptose.Dersomcellenikke

aktivererdisseDNA‐skadesignalene,vilcellenakkumuleregenetisk

instabilitetmedkreftutviklingsomytterstekonsekvens.

Figur5:figurenevisersammenhengenmellomtelomerlengdeiblod‐DNA

ogoverlevelse.Denmørkelinjenillustrererindividermedtelomerlengdei

øvrehalvdel,ogstipletlinjeillustrererdeinedrehalvdel.

Figur6:figurenvisertelomerlengdeihumanemononukleæreblodcellerfra

hemodialysepasienterogjevnaldrendekontroller.

55

Figur7:figurenviserhvordanTRF‐lengdesynkerfravenstremothøyreog

sammenhengenmedOddsRatioforhjerteinfarktitidligalder.

Figur8:figurenviserredusertlengdeavterminaltrestriksjonsfragment

(TRF)medøktdonoralderiintimacelleriarteriathoracicainterna(hvit)og

arteriailiaca(svart).

Figur9:figurendemonstrerermengdeforskjellenmellomtelomeriskog

centromeriskDNAhosfriske(A)ogpersonermedkoronarsykdom(B)og

såledeshvordanT/C‐ratiokanberegnes.

Figur10:AvisersammenhengenmellompulsbølgehastighetogTRF‐lengde

hosmennogkvinner.BvisersammenhengenmellompulstrykkogTRF‐

lengdehosmennogkvinner.

Figur11:figurenvisersammenhengenmellomendringitelomerlengde

(uttryktsomT/S‐enheter)ognivåavomega‐3‐fettsyrer.

Figur12:figurenviserrollentiltelomerforkortningpåkreftutvikling.I

aldrendevevharetøkendeantallcellerkritiskkorteogdysfunksjonelle

telomerer.Somenkonsekvensøkerdenkromosomaleinstabiliteten(CIN),

spesieltnåreffektenavsjekkpunktgenersomp53eropphevet.Detteleder

tilenøkningikreftinitieringvedaldring.Imidlertidvilproliferasjonav

kreftcellerindusereytterligeretelomerforkortningoggenetiskkaos,som

vilhemmeoverlevelseavkreftceller.Pådettestadieteraktiveringav

telomeraseikreftcellenenødvendigforkreftprogresjon.

Figur13:figurenvisersammenhengenmellomcellermedogutenHMGA2

ognivåavTERT.

56

Figur14:figurenvisersammenhengenmellomtelomeraseaktivitethos

friskeoghospersonermedforskjelligeblodsykdommer(HD=friske

donorer,PV=polycythemiavera,CLL=kronisklymfatiskleukemi,CML=

kroniskmyelogenleukemi,MDS=myelodysplastisksyndrom,AML=akutt

myelogenleukemi).Stjerneangirstatistiskøkttelomeraseaktivitet.

Figur15:figurenviserforskjellileptinnivåoguttrykkavleptinreseptorer

(OB‐RIogOB‐Rs)hosfriskeoghospersonermedhepatocellulærtkarsinom

(HCC).Stjerneangirstatistisksignifikantforskjell.

Figur16:figurenvisersammenhengenmellomøkningiuttrykkavTERT‐

mRNA‐nivåerognivåeravleptinadministrert.Stjerneangirstatistisk

signifikantøkning.

Figur17:figurenvisersammenhengenmellomøkningeni

telomeraseaktivitetenogmengdeavoghvilketandrogensomble

administrert.Stjerne/stjernerangirstatistisksignifikantøkning.

Figur18:figurenviserhvordantelomeraseaktivitetinhiberesiDLD‐1‐celler

vedtilstedeværelseavfettsyreneEPAogDHAiforskjelligedoseri4og7

dager.Stjerneindikererattelomeraseaktivitetenikkekunneanalyserespå

grunnavcytotoksisitet.

Figur19:figurenbeskrivermekanismenfortelomerasehemmingavEPAog

DHAietcellekultureksperiment.

Figur20:figurenviserforskjellitelomeraseaktivitetetterinduksjoni

forskjelligeT‐cellerhosfriske(gråsøyler)ogpersonermedreumatoid

artritt(sortesøyler).

57

Figur21:figurenviserulikekjerneinstabilitetssyndromersomforårsaker

progeroidekjennetegnhosmennesker.Chromosomebrakeagesyndrom,

laminopatiersomHutchinson‐GilfordProgeriasyndromogDyskeratosis

congenita,erallesykdommersomskyldesdefektiviktigestruktureri

cellekjernen.

Figur22:figurenillustrerertelomerasekompleksetsombestårav

proteineneTERTogdyskerin(DKC1),sombeggebinderspesifikttilTERC.

Mutasjonerihverkomponentkanledetilbestemtesykdommer.

AutosomaldominantogX‐bundetDyskeratosiscongenita(DC),

beinmargssvikt(BMF)ogidiopatiskpulmonalfibrose(IPF).

Figur23:figurenvisersammenhengenmellomtelomerlengdeiperifere

mononukleæreblodcellerognivåavoksidativDNA‐skade(målti8‐OH‐

deoxyguansosine).

58

VIII.Ordliste

p53–tumorsuppressorgensomkontrollerercellesyklus.Mutasjonellerskadeavdettevilkunneføretiløktfareforkreft.

TERT–telomerasenskatalytiskesubenhet.TERTlagernyeTTAGGG‐sekvenser.

TRF1ogTRF2–terminaltrestriksjonsfragment,ogsåkalttelomerrestriksjonsfragment,1og2.Kanbrukessommålpåtelomerlengde.

TERC–telomerasensRNA‐komponent.DennekoderforTTAGGG‐sekvensene.

p21–cellesyklusinhibitorsomreguleresavp53.InduserercellesyklusarrestvedDNA‐skade.

CIN–kromosomalinstabilietet.Måikkeforvekslesmedcervicalintraepitelialneoplasi.

MYC–regulatoriskgen.MutertMYCeroftetilstedevedkreft.

Retinoblastom‐tumorsuppressorgensomkontrollerercellesyklus.Mutasjonellerskadeavdettevilkunneføretiløktfareforkreft.

59

IX.Englishsummary

Thegreatincreaseinfocusontheeffectoftelomeresandtelomeraseon

humanbiology,andthefactthatthis,inahistoricalperspective,isa

relativelynewfieldofscience,isthebackgroundforthisthesis.

Methodsandmaterial:thebasisforthisthesisisanon‐systematicsearchin

literatureonPubMedinadditiontoapersonalselectionofexisting,

relevantarticles.

TelomeresareshortsequencesofDNAlocatedontheendofhuman

chromosomes.Theyprotectthechromosomeendsandpreventlossof

functionalDNA.Telomeresareshortenedduringeachcellulardivison,and

whentelomeresbecomecriticallyshort,cellularageingorapoptosisis

triggered.Telomereshorteningisassociatedwithacceleratedageingand

increasedmortalityinseveraldiseases,amongthemcardiovascular,

autoimmune,andprogeroiddiseases,Alzheimer’sdementia,cognitive

failure,paranoidschizophrenia,andcancer.

Theenzymetelomeraseisresponsibleforbuildingtelomeres,andcan

thereforeinhibittelomereshortening.However,innormal,somaticcells

telomeraseisrarelyexpressed.Onthecontrary,in90%ofcancer,

telomeraseisactivatedandthereforeplaysanimportantroleincancer

development.Inthefuture,interventionsaimedtoinhibitandactivate

telomerasearethoughttobeamethodtotreatcancerontheonehand,

andpreventageingontheother.