مقاله عوامل اصلی موثر بر مکانیسم پیری در گیاهان و جانوران با تمرکز بر تلومر و تلومراز

بخشی از مقاله

چکیده

پیری فرایندی اجتنابناپذیر و آسیبرسان است که محققان طی سالهای متمادی با تحقیقات فراوان پیگیر شناسایی مکانیزمهای دخیل در این فرایند بوده تا بتوانند از طریق بهبود این مکانیزمها، جوانی را طولانیتر یا به عبارتی بهتر پیری را به تأخیر بیاندازند.

پیری در سطوح مختلف بافت، اندام، سلول و مولکول بروز میکند، و عوامل متعددی در بروز آن نقش دارند مانند عوامل ژنتیکی، بیوشیمیایی و میزان تولید رادیکالهای آزاد، وجود یا عدم وجود آنزیم تلومراز و میزان فعالیت آن، طول تلومر، تئوریهای اپیژنتیکی مثل متیلاسیون DNA، جهشهای میتوکندریایی، تخریب و ترمیم DNA، استرس، محدودیت غذایی، تولید محصولات زائد و..... که چند عامل مهم در این مقاله مورد بررسی قرار میگیرد. تکنیکهای بیوتکنولوژی نیز سعی در شناسایی کاهش روند پیری و همچنین ارائه راهکارهایی جهت تسریع روند پیری و مرگ در سلولهای نامطلوب را دارند.

.1 مقدمه

Gerantology علمی است که مکانیزمهای فرایند پیری را بررسی میکند. Aging و Scenecence دو اصطلاح مرسوم در این موضوع میباشند و در گیاهان و جانوران مورد استفاده قرار میگیرند. سلولهای طبیعی دارای طول عمر محدودی هستند و پس از تعداد مشخصی تقسیم، تکثیر آنها متوقف میشود، این پدیده، پیری سلول نامیده میشود. لذا مرگ برنامه-ریزی شده سلول یا آپوپتوزیس Programmed cell death - Apoptosis - پیامد اصلی و حاصل فرایند پیری است

محققان مکانیزمهای متعددی را برای پیری مطرح کردند که موثرترین آنها شامل:

-1-1 بیوشیمی و رادیکالهای آزاد

تخریب سلولهای بدن و انتشار مواد سمی به بافتهای اطراف خود خسارات جبران ناپذیری به بدن وارد میکنند. به زبان ساده، رادیکالهای آزاد یعنی مولکول یا اتمهای ناپایداری که یک الکترون جفت نشده داشته باشند. انواع رادیکال آزاد شامل پراکسید، کتوهیدروکسید، اپوکسید و اندیول میباشد. هنگامی که مولکول اکسیژن - O2 - در معرض تشعشع قرار می-گیرد، یک الکترون از دیگر مولکولها بر میدارد و موجب تخریب DNA و دیگر مولکول ها میگردد - شکل . - 1 این تخریب-های غیرقابل جبران، منجر به تغییر عملکرد سلولی و یا مرگ سلولی میشود. در انسان مهمترین رادیکال آزاد اکسیژن است.

مولکول اکسیژن در معرض تشعشعات مختلف، استرس، دودهای ناشی از استعمال دخانیات و ... با گرفتن یک الکترون از دیگر مولکولها، دست به کار تخریب دیگر مولکولها، سلولها و DNA میشود. حاصل فعالیت رادیکالهای آزاد در بدن انواع سرطان، آسیبهای مغزی، مشکلات عضلانی، پیری زودرس، و در کل ضعف سیستم ایمنی بدن است

شکل :1 عوامل تولید رادیکالهای آزاد

-2-1 بیوشیمی و مکانیزم میتوکندریایی

میتوکندریها محل اکسیداسیون سلولی هستند. میتوکندری نقش مهمی را در فرآیندهای سلولی از جمله تولید ATP از طریق فسفوریلاسیون اکسیداتیو، مسیر بیوسنتز، هموستاز یون، سنجش اکسیژن، سیگنالینگ، و مرگ برنامهریزی شده سلول بازی کند. میتوکندری همچنین در پروسه پیری نیز مؤثر است. جهش های رخداده در DNA میتوکندریایی در سرتاسر عمر موجود زنده وجود دارند. تجمع جهشها در ژنهای میتوکندری طی چندین دهه ممکن است در پیر شدن، اختلالات سلولی و سرطان نقش داشته باشند.

زنجیره تنفس، تولید کننده اصلی گونههای واکنشگر اکسیژن - Reactive oxygen - species یا ROS در سلول ها هستند، لذا محتویات میتوکندریها، شامل ژنوم میتوکندری، از بیش ترین تماس با ROS و آسیب ناشی از آن رنج می برند به علاوه، سیستم همانندسازی DNA میتوکندریایی نسبت به سیستم هستهای، اثر کمتری در تصحیح غلط های حاصل از همانند سازی و ترمیم آسیب DNA دارد. در نتیجه این دو عامل، طی زمان، نقص هایی در mtDNA بوجود می آید. طبق یک تئوری، این تجمع تدریجی نقص ها با افزایش سن، علت اصلی بسیاری از نشانههای پیری هستند که برای مثال شامل ضعف پیشرونده عضله اسکلتی و قلب میباشد. با توجه به پیچیدگی سیستم های درگیر، به نظر میرسد این امکان اختلال در میتوکندری و تولید ROS نابجا ممکن است از طریق تداخل با سیگنالینگ معمولی و انرژی به تسریع پیری کمک کند

-3-1 ژنتیک و موتاسیون

ژنها بخش مهمی از مسیر پیری را تحت کنترل خود دارند. موجودات با نیمه عمر کم نظیر مخمرها، مگس سرکه و نماتد عمدتاً از اهداف اولیه بررسی مکانیسم پیری بودند. بسیاری از جهش کاهش عمر را سبب خواهد شد که این جهشها معلول بعضی از عوامل محیطی میباشد.

-4-1 اپیژنتیک

علائم اپی ژنتیک، مانند متیلاسیون DNA و تغییرات هیستونها، به عنوان عوامل مهم در روند توسعه موجود زنده تلقی میشوند. متیلاسیون DNA پدیده ای است که در آن یک گروه متیل - CH3 - به موقعیت 5 حلقه سیتوزین اضافه میشود. به این نوع تغییرات، تغییرات اپی ژنتیک گفته میشود به این معنی که این تغییر میتواند حذف بشود و یا بدون اینکه در ماهیت DNA تغییری ایجاد کند به نسلهای بعدی انتقال یابد.

متیلاسیون DNA یک خصوصیت معمول در مهره داران است، در بعضی گونهها زیاد و در بعضی کمتر دیده میشود. متیلاسیون DNA بیشتر در جزایر CPG اتفاق میافتد یعنی مناطقی که سیتوزین کنار گوانین قرار گرفته است. مناطق غیر متیله شده CPG در جای جای ژنوم در سلولهای بینابینی مشاهده شده است. متیلاسیون DNA در تکوین موجودات، غیر فعال شدن یکی از دوکروموزوم X در پستانداران ماده، genetic imprinting، مهار ژنی و سرطان زایی ضروری است .[8] هیستونها نیز میتوانند با پیوند کووالانسی در سطح پس از ترجمه با روشهای مختلفی مانند متیلاسیون، استیلاسیون، یوبی کوئیتینه شدن، فسفوریلاسیون و .... تغییر یابند

پروتئین سیرتوئین

سیرتوئین نام خود را از لغت سیرتو - SIR2 - یا Silent Information Regulator type 2 گرفته که یکی از ژنهای تنظیم کننده فعالیت سلول در مخمرهاست. و عملکردش به عنوان یک خاموشکننده اپیژنتیکی کروماتین است. نظیر ژن SIR2 در بدن انسان ژنی به نام SIRT1 وجود دارد. یافته های جدید نشان داده که ژن SIRT1 در بافتهای مختلف انسان از جمله پوست وجود دارد. یافته های جدید همچنین خبر از وجود پروتئینی به نام سیرتوئین - Sirtuin - در بدن انسان می دهد که الگوی بیان ژنهای SIRT1 را به گونه ای تنظیم می کند که جوانی انسان حفظ شود. به همین علت است که سیرتوئین ها را پروتئین های جوانی نیز می نامند

سیرتوئینها پروتئینهای کلاس III یک خانواده از آنزیمهای هیستون داستیلاز هستند که هیدرولیز انتهای استیله هیستون را کاتالیز کرده، موجب تغییر شکل کروماتین، ایجاد هتروکروماتین و در نتیجه مهار رونویسی شده و در پیری و سرطان نقش دارند. ژنهای خانواده سیرتوئین به میزان بالایی در طی تکامل حفاظت شده و در ارگانیسمهای تکسلولی تا انسانها وجود دارند