Telomeri, telomerasi e cancro Corso di Laurea Magistrale in Medicina e Chirurgia Prof.ssa C. Di Pietro A.A. 2009/2010 Fabrizio Lo Giudice Elisa Minaldi Giulia Petrone

Premio Nobel per la Medicina 2009 Carol W. Greider Jack W. Szostak Elizabeth H. Blackburn

La replicazione dei telomeri

I telomeri Il telomero è la regione terminale del cromosoma composta da sequenze di DNA altamente ripetuto che non codificano per alcun prodotto proteico. I telomeri svolgono un’importante funzione a livello della salvaguardia del codice genetico: infatti la DNA polimerasi non è capace di replicare il cromosoma per intero fino alla sua estremità poiché al termine del processo di replicazione viene lasciato un gap nella posizione precedentemente occupata dalla primasi. Durante ogni replicazione si assiste quindi ad un significativo accorciamento di sequenze telomeriche prevenendo così una perdita di materiale genetico. Il progressivo accorciamento delle sequenze telomeriche sembra essere in parte associato all’invecchiamento della cellula. Le sequenze telomeriche variano da organismo in organismo.

Tipo di organismo Nome scientifico Ripetizione telomerica (direzione 5' -> 3') Vertebrati Homo sapiens, Mus musculus, Xenopus laevis TTAGGG Funghi Neurospora crassa, Physarum, Didymium Protisti Dictyostelium discoideum AG(1-8) Kinetoplastea (protozoi) Trypanosoma, Crithidia Protozoi ciliati Tetrahymena, Glaucoma TTGGGG Paramecium TTGGG(T/G) Oxytricha, Stylonychia, Euplotes TTTTGGGG Apicomplexa Plasmodium TTAGGG(T/C) Piante superiori Arabidopsis thaliana TTTAGGG Alghe verdi Chlamydomonas TTTTAGGG Insetti Bombyx mori TTAGG Anellidi Ascaris lumbricoides TTAGGC Lieviti a scissione binaria Schizosaccharomyces pombe TTAC(A)(C)G(1-8) Lieviti gemmanti Saccharomyces cerevisiae TGTGGGTGTGGTG (da stampo RNA) o G(2-3)(TG)(1-6)T (sequenza consenso) Candida glabrata GGGGTCTGGGTGCTG Candida albicans GGTGTACGGATGTCTAACTTCTT Candida tropicalis GGTGTA[C/A]GGATGTCACGATCATT Candida maltosa GGTGTACGGATGCAGACTCGCTT Candida guillermondii GGTGTAC Candida pseudotropicalis GGTGTACGGATTTGATTAGTTATGT Kluyveromyces lactis GGTGTACGGATTTGATTAGGTATGT Fonte Wikipedia

Il gap lasciato dalla primasi

La telomerasi I telomeri riescono quindi a proteggere il codice genetico, ma il problema che ora sorge è: chi riempirà il gap lasciato dalla primasi? Esiste un particolare enzima particolare denominato telomerasi in grado di catalizzare la reduplicazione dei telomeri; il core dell’enzima è costituito da una proteina chiamata TERT (telomerase reverse trascriptase) e da TERC (telomerase RNA component) un piccolo RNA. In sintesi la telomerasi è una trascrittasi inversa poiché utilizza il suo RNA come stampo per allungare l’estremo 3’ grazie ad un secondo intervento della DNA polimerasi. Si suppone che l’espressione della telomerasi sia repressa nelle cellule somatiche a contrario delle cellule germinali che possiedono una regolazione specie-specifica, il DNA delle prime è quindi soggetto ad una continua erosione e l’accorciamento telomerico risulta essere un evento fondamentale che alla fine porta alla senescenza della stessa cellula. La riattivazione della telomerasi in queste cellule in cui normalmente è repressa porta a trasformazioni neoplastiche dovute ad un incontrollata aggiunta di sequenze telomeriche. Recentemente nell’uomo è stata individuata una proteina denominata TRF 1 capace di legarsi ai telomeri. La sua assenza provoca l’allungamento dei telomeri, mentre la sua sovraespressione ne provoca l’accorciamento.

L’azione della telomerasi

Senescenza e neoplasia

Video ricapitolativo

SENESCENZA REPLICATIVA? Cos’è la SENESCENZA REPLICATIVA?

Tutte le cellule possono dividersi un numero definito di volte: CPD (Divisioni Cellulari Permesse)

Una volta raggiunto il CPD la cellula entra nella “senescenza replicativa”, cioè l’incapacità di proliferare ulteriormente Interviene il processo di APOPTOSI, che porta alla morte della cellula

La lunghezza dei telomeri determina il numero di divisioni cellulari permesse. Il CPD dipende dal tipo di cellula e dal tessuto di cui essa fa parte. Quando i telomeri raggiungono una lunghezza “critica” la cellula entra nella senescenza replicativa Se vengono a mancare i sistemi di controllo della p53 o della p16/Rb, la cellula supera la fase di senescenza e può riattivare la telomerasi diventando immortale

alla senescenza cellulare sono mutati o inattivati: (d) I geni che portano alla senescenza cellulare sono mutati o inattivati: la telomerasi riprende l’attività cellula immortale Situazione normale: l’attività della telomerasi viene soppressa (b) e (c) mostrano strade alternative per la repressione della telomerasi la crescita cellulare si arresta

Le cellule normali subiscono una progressiva diminuzione della lunghezza dei telomeri, fino ad arrivare alla senescenza replicativa. In malattie legate all’invecchiamento cellulare, come la Discheratosi congenita (DKC), è possibile ringiovanire le cellule del paziente riattivando la telomerasi e allungando i telomeri (in vitro). Nell’oncogenesi, invece, è la cellula stessa che riattiva la telomerasi a causa di alterazioni del genoma, ed innesca un processo incontrollato di proliferazione immortalità cellulare

Cancro e terapie

FASE M1 (Mortality Stage 1) Raggiunta una certa soglia di accorciamento dei telomeri, viene emesso un segnale che impedisce alla cellula di dividersi ancora. FASE M1 (Mortality Stage 1)

Alcune rare cellule divengono immortali Se viene inibita l’azione degli oncosoppressori p53 e pRb per effetto di mutazioni genetiche promuoventi il cancro, la cellula bypassa la senescenza. Se viene inibita l’azione degli oncosoppressori p53 e pRb per effetto di mutazioni genetiche promuoventi il cancro, la cellula bypassa la senescenza. Fase M2 (Mortality Stage 2) Instabilità genetica e potenziale morte cellulare. Alcune rare cellule divengono immortali Alcune rare cellule divengono immortali

In mancanza di p53 e p16/Rb la cellula passa dallo stage di senescenza M1 allo stage di crisi M2, fino a raggiungere l’immortalità cellulare a causa della riattivazione della telomerasi.

I telomeri sono più corti del normale Nelle cellule cancerose: L’attività della telomerasi si incrementa dell’80-90% I telomeri sono più corti del normale

Strategie terapeutiche Utilizzazione di vaccini contro le cellule che hanno una sovraespressione di telomerasi Inibizione dell’attività enzimatica della telomerasi Ostacoli alla terapia Mutazione genica p53 Tumore non causato dall’attività telomerasica Lunghezza dei telomeri nelle cellule staminali Le cellule non cancerogene in normale riproduzione potrebbero essere danneggiate?