Organismul uman depinde de capacitatea celulelor noastre de a se diviza şi de a se înmulţi, fie că este vorba de înlocuirea pielii arse de soare, fie de refacerea rezervei de sânge şi de recuperarea în urma unei leziuni. Cromozomii poartă toate instrucţiunile genetice umane care trebuie copiate într-un mod complet în timpul diviziunii celulare. Telomerii, care acoperă capetele cromozomilor, joacă un rol critic în acest proces de reînnoire celulară, cu o influenţă directă asupra sănătăţii şi a bolilor.
Enzima telomeraza joacă un rol esenţial în menţinerea lungimii telomerilor pe măsură ce cromozomii se replică în timpul diviziunii celulare.
Carol Greider, profesor la UC Santa Cruz, studiază telomerii şi telomeraza de peste 30 de ani. Impactul descoperirilor pe care le-a făcut în acest timp reprezintă motivul pentru care cercetătoarea, împreună cu doi colegi, a câştigat Premiul Nobel pentru Fiziologie sau Medicină în 2009, „pentru descoperirea modului în care cromozomii sunt protejaţi de telomeri şi de enzima telomerază" .
Concluziile ultimului studiu al lui Greider privind telomerii nu ar fi trebuit să o surprindă, şi totuşi, au făcut-o.
Publicat joi online în revista Science, noul studiu a constatat că lungimea telomerilor urmează un model diferit faţă de ceea ce se ştia până acum.
În loc ca lungimile telomerilor să se încadreze într-un interval general, de la cel mai scurt la cel mai lung, pe toţi cromozomii, acest studiu constată că diferiţi cromozomi au distribuţii separate ale lungimilor telomerilor specifice fiecărui capăt al acestora.
Potrivit lui Greider, această descoperire înseamnă că nu cunoaştem pe deplin procesul molecular care reglează lungimile telomerilor. Iar acest lucru este important din cauza modului în care lungimile telomerilor afectează sănătatea umană, spune laureata Nobel.
„Când telomerii ajung să fie prea scurţi, apar boli degenerative legate de vârstă, cum ar fi fibroza pulmonară, insuficienţa măduvei osoase şi imunosupresia", explică ea. Pe de altă parte, dacă telomerii sunt prea lungi, ne predispune la anumite tipuri de cancer.
De ce contează lungimea
Fără telomerază, telomerii ar deveni din ce în ce mai scurţi pe măsură ce o celulă se divide iar şi iar. În ultimii 30 de ani, cercetările lui Greider şi ale altor oameni de ştiinţă au confirmat faptul că telomerii scurţi duc la boli degenerative şi au arătat că lungimile telomerilor se încadrează într-un anumit interval.
Noua lucrare contestă consensul ştiinţific, arătând că un interval singular de lungime a telomerilor este prea larg.
Măsurând telomerii a 147 de persoane pentru acest studiu, cercetătorii au descoperit la un singur individ că lungimea medie a telomerilor pe toţi cromozomii era de 4.300 de baze de ADN. Apoi, când au izolat cromozomi specifici, au constatat că majoritatea lungimilor telomerilor diferă semnificativ de această medie. Într-unul dintre cazuri, lungimile difereau până la 6.000 de baze, lucru pe care Greider îl descrie ca fiind „uluitor".
Mai mult, ei au descoperit că, la toate cele 147 de persoane, aceiaşi telomeri erau cel mai adesea cei mai scurţi sau cei mai lungi, ceea ce implică faptul că telomerii de la capetele cromozomilor specifici pot fi primii care declanşează eşecul celulelor stem.
Inovaţii în domeniul secvenţierii cu nanopori
Pentru a face măsurători atât de precise la nivel molecular, echipa lui Greider a folosit o tehnică inventată la UC Santa Cruz numită „secvenţiere cu nanopori", o metodă revoluţionară de citire a ADN-ului şi ARN-ului care a avut un impact imens asupra cercetării genomice de la debutul său pe piaţă în 2014 sub forma produsului comercial MinION.
Tehnologia nanopor a permis unele dintre cele mai importante progrese în domeniul genomicii, cum ar fi finalizarea unui genom uman fără lacune şi secvenţierea genomurilor Covid-19 - ceea ce o face crucială în lupta pentru a pune capăt pandemiei. UC Santa Cruz a acordat licenţa conceptului pentru tehnologia de secvenţiere cu nanopori companiei Oxford Nanopore Technologies din Marea Britanie, care a realizat MinION, primul secvenţiator de ADN portabil.
În mod deosebit, în ochii inventatorilor secvenţierii prin nanopori, studiul lui Greider dovedeşte că abilitatea tehnicii de a avansa cercetarea ştiinţifică continuă să se dezvolte.
Mark Akeson, profesor emerit de inginerie biomoleculară la UC Santa Cruz, remarcă faptul că alte două studii preprint care coroborează concluziile de bază ale lucrării lui Greider au fost, de asemenea, publicate online.
„În opinia mea, acesta este cel mai important articol bazat pe nanopori axat pe biologia umană de când a fost introdus MinION", a declarat Akeson. „Este uşor de imaginat o utilizare pe scară largă a testului lor de măsurare a lungimii telomerilor în clinică."
Implicaţii pentru prevenirea bolilor
Astfel de citiri precise ale ADN-ului au permis echipei lui Greider să identifice secvenţele adiacente telomerilor şi să formuleze ipoteza că acele zone sunt cele în care telomeraza reglează lungimea. Iar dacă acest lucru este adevărat, acele regiuni şi proteinele care se leagă acolo ar putea servi drept ţinte potenţiale pentru noi medicamente pentru prevenirea bolilor, spune cercetătoarea.
În plus, procesul lor de „profilare a telomerilor" prin secvenţiere cu nanopori ar putea servi drept model pentru dezvoltarea unor teste suplimentare bazate pe MinION pentru depistarea medicamentelor cu randament ridicat.
„Această tehnică accesibilă are un potenţial larg de utilizare în cercetare, diagnosticare şi dezvoltare de medicamente", a declarat Greider. „Această lucrare indică faptul că există mecanisme încă nedescoperite de reglare a lungimii telomerilor; cercetarea acestor mecanisme va informa noi abordări ale cancerului şi ale anumitor boli degenerative", a precizat ea.
Kayarash Karimian, autorul principal al lucrării, este un fost doctorand în laboratorul lui Greider de la Facultatea de Medicină a Universităţii Johns Hopkins. Printre ceilalţi coautori ai acestui studiu se numără cercetători de la Institutul de cancer Dana-Farber, facultatea de medicină a universităţii Harvard şi Universitatea din Pittsburgh. Greider, un distins profesor de biologie moleculară, celulară şi de dezvoltare la UC Santa Cruz şi profesor universitar la Johns Hopkins, a fost autorul principal şi a condus cercetările.
Mark Akeson şi David Deamer, de asemenea profesor emerit de inginerie biomoleculară la Facultatea Politehnică Baskin, au fost premiaţi anul trecut la Biblioteca Congresului American pentru inventarea secvenţierii cu nanopori. Colegul şi prietenul lor, Daniel Branton, biolog la Havard şi coinventator al tehnologiei, a fost şi el distins.
