Telomerer og Telomerase ved aldring og ved enkelte sykdommer. Knud B. Landmark Furulundtoppen 19, 0282 Oslo

Transkript

1 TelomererogTelomerasevedaldringogvedenkeltesykdommer av KnudB.Landmark Furulundtoppen19,0282Oslo og AmundEvensen Strandveien80,9007Tromsø Kull årsoppgaveiStadiumIV Profesjonsstudietimedisin,Universiteteti Tromsø Veiledere: KnudH.Landmark,professoremeritus,dr.med.,UniversitetetiOslo ØrjanOlsvik,professorikliniskmikrobiologi,UniversitetetiTromsø 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 Faktorersombestemmertelomerlengdeibefolkningen13 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 2

3 I.Sammendrag Denstoreøkningenpåfokusrundttelomererogtelomerasesinnvirkning påmenneskersbiologi,ogdetfaktumatdetteeretforholdsvisnytt forskningsfeltiethistoriskperspektiv,erbakgrunnenfordenneoppgaven. Metodeogmateriale:grunnlagetfordenneoppgaveneretikkesystematisklitteratursøkiPubMedsamtetskjønnsmessigutvalgav 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. 3

4 II.Introduksjon TelomerererkorteDNA sekvensersomikkekoderforfunksjoneltdna.det vilsiattelomerenesbaserekkefølgeikkeergjenstandfordna replikasjon ellerrna syntese(1).telomereneslengdevariermye.avhengigav donoralder,vev,ogcellensreplikasjonshistorie,varierertelomerlengden hosmenneskermellom basepar(2). Telomerenefinnespåendenavkromosomeneogbeståravrepeterende sekvenseravnukleobasene:ttaggg(3).telomerenshovedfunksjonerå beskyttekromosomendeneoghindretapavfunksjoneltdna.telomerenes beskyttelseavdnaeternødvendigforåskillekromosomendenefradnabruddiselvegenomet.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:foråkunneinitierednareplikasjonpå leadingstrand,måprimerenhaetseteåfestesegpå. PrimerenerenenkelttrådetbaserekkesomerstartstedetforDNAreplikasjonen.ÅrsakentilatdettrengsenprimereratDNA polymerase, enzymetsomlagerdnaet,kunkanleggenukleotider(beståendeaven base,enkarbonringogenfosfatgruppe)tilenalleredeeksisterende nukleotidrekkefølge,idettetilfelletprimeren.telomerenfungereraltsåfor setetderprimerenfesterseg(figur1).dersommantenkersegatprimeren skullefestesegpådetfunksjonellednaet,villedennekortedna biten 4

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 5

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 6

7 III.Metodeogmateriale Grunnlagetfordenneoppgaveneretikke systematisklitteratursøki PubMedsamtetskjønnsmessigutvalgaveksisterende,relevanteartikler. IV.Resultater A.Effekteravtelomererogtelomerasepåaldring 1.Dyreeksperimentellestudier Studierpåmusmeddefekttelomerase,harvistdeførsteeksperimentelle bevispåatforøkttelomerforkortningkansvekkevedlikeholdavorganerog reduserelevealder.musbærerenhomozygotdelesjonaventenrnakomponententiltelomerase(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 7

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 8

9 avcelledelingogalderpåtelomeriskdna.tildettedyrketmanikketransformertehumanefibroblasterinvitroinntilcellulæraldringoppstod (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). 9

10 Figur3 Telomerlengdehosmenneskereristorgradgenetiskbestemt,menvi kjennerogsåtilenaldersavhengigforkortning.telomerlengdeerderfor blittlagtframsomenmarkørpåbiologiskaldring,ogerblittassosiertmed aldersrelatertsykdomsomforeksempelkardiovaskulærsykdom.imidlertid erdetuklartomtelomerlengdesombiomarkørforbestemtesykdommer skyldeskortetelomerervedfødsel,akselererttelomerforkortningilivet, ellerenkombinasjonavdeto.sammenhengenmellomoksidativtstressog inflammasjonpåtelomerforkortningstøttesidagavtverrsnittsstudier, mendettrengslongitudinellestudierformerpresiståkunnevurdere telomerforkortningogdensantatteeffektpåakselerertaldring.iteksten somfølgervilvisepånoenavideenesomdemeyeretal.presentererisin oversiktsartikkel(9). 10

11 Ideenomattelomererfungerersomenbiologiskklokkepåcellulærtnivå bleførstanerkjentdaalexeyolovnikovoppdagetatdna replikasjon medførteprogressivtelomerforkortning,detsåkalte endereplikasjonsproblemet.inormalesomatiskecellerlederdenne telomerforkortningentilkritiskkortetelomererogcellulæraldring,en tilstandkarakterisertavfraværavreplikasjonogbiokjemiskeforandringer. Detteforklarerobservasjoneneavatdeflestecellekulturerbarekan gjennomgåetbegrensetantalldelingerinvitro,kalt thehayflicklimit. ViderepåvirkestelomerforkortningavatreparasjonenavenkelDNA trådskadeassosiertmedoksidativtstress,ermindreeffektivitelomeriskdna enncentromeriskdna(dendelenavkromosometsombinder søsterkormatidenesammen).dettegjøratdna forkortningpåvirkesav bådeoksidativtstressogdencellulæreantioksidantkapasiteten(figur4)(2, 9). Figur4 11

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). 12

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). 13

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). 14

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). 15

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 hos143personersomhaddegittblodmellom Medio2002var 101dødsfallkjent,mensderesterende42personenebleundersøkti forholdtilnårdesistvarobservertilive.vedtidspunktforblodgivningvar alleforsøkspersonenemellom60 97år,ingenvarislekt,ogdehaddeikke enbestemtsykdomstilstand.vedåmålet/s ratio(telomere to single copy 16

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% 17

18 KI1,52 47,9,p=0,015),sammenlignetmedde25%iøverstekvartil.Man fantingensignifikantsammenhengmellomtelomerlengdeog cerebrovaskulæresykdomellerkreft(11). Figur5 18

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. 19

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 356 prosentandelavkontrollcellenevarcytokinproduserende(12). RAMÍREZ ET AL Figur6 Studienvisertilstedeværelseavenprematurtaldrendesubpopulasjonav periferemononukleæreblodcellerhos30 47%avhemodialysepasientene. Dissealdrendecelleneresulterersannsynligvisfrarepetertaktivering,og kanhaenpatofysiologiskrolleidenkroniskeinflammasjonensomer Fig 1. Telomere length measured by means of FISH in flow cytometry. (A) Telomere length in human mononuclear cells from hemodialyzed patients and age-matched controls. (B) Representative histogram of telomere fluorescence from a hemodialysis patient. Mononuclear cells were gated in region 1 (R1) on the basis of forward versus side scatter beskrevethoshemodialysepasienter(12). (FSC versus SSC). Region 2 (R2; cells in G 0 /G 1 ) were selected out from R1 according to FSC and propidium iodide (PI) fluorescence. Telomere length was calculated by subtracting the mean background telomere fluorescence from the mean fluorescence obtained with the telomere probe. Two different subsets of cells were observed: cells showing normal telomeres (T1) and cells showing short telomeres (T2). producing cells was detected in patients and controls (Table 2). DISCUSSION phenotype, and spontaneous cytokine production. Telomere length was assessed by means of the FISH in flow cytometry technique, a method validated by us and others. 15,16 Our results show The present study was performed to investigate whether mononuclear cells from patients on that a significant percentage of mononuclear cells maintenance hemodialysis therapy present features from hemodialysis patients have short telomeres, 20 of premature senescence. Our results show and the rest of the cells do not seem to be that in these patients, 30% to 47% of mononuclear affected. Thus, only a number of cells appear to cells fulfill the main characteristics of be senescent (short telomeres); this is not surpris-

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. 21

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 22