Telomeerit ja vanheneminen

Vanheneminen ja telomeerien kuluminen liittyvät toisiinsa. Mitä nopeammin telomeerit lyhenevät, sitä vähemmän aikaa soluilla on tervettä elinaikaa jäljellä. Telomeerien lyhenemistä kiihdyttävät monet seikat: tupakointi, runsas alkoholin käyttö, huumeet, voimakas ja pitkäaikainen stressi, koholla oleva insuliini ja lihavuus. Telomeerien lyheneminen vanhentaa ihoa ja aiheuttaa mm. sydän- ja verisuonitauteja sekä syöpää. Karnosiini ehkäisee telomeerien kulumista.

Kuva 1. Kromosomi ja sen päissä sijaitsevat telomeerit (merkitty punaisella).

Kuva 2. Kaikkien kromosomien päissä on punaisella värillä merkittyjä telomeerejä.

Mikä on telomeeri?

Jokaisessa tumallisessa solussa on 46 kromisomia ja niiden kussakin päässä yhteensä 92 telomeeriä. Telomeeri on kromosomien päässä oleva toistuva DNA-ketju, kromosomin vapaata päätä suojaava rakenne. Sitä on verrattu kengännauhojen päissä oleviin muovisuojiin, jotka estävät nauhoja rispaantumasta. Telomeeriä verrataan myös kengänpohjiin. Ne suojaavat jalkoja, mutta kuluessaan puhki niiden antama suoja katoaa. Samoin katoaa telomeerien soluille antama suoja vanhenemista, rappeutumista ja niihin liittyviä tauteja vastaan. Samalla tavalla telomeerit stabilisoivat kromosomeja ja estävät niitä romahtamasta. Telomeerit tekevät kromosomit vastustuskykyisiksi hajottavia entsyymejä vastaan. Epävakaat kromosomit "liimautuvat" kiinni toisiinsa ja hajoavat.

Telomeereillä on soluissa monia tehtäviä. Ne huolehtivat siitä, ettei solun jakaantunessa kromosomien päiden DNA:sta katoa mitään tärkeää silloin kun ne kopioidaan uuteen soluun. Telomeeri on myös eräänlainen ikäkello, joka säätää solun elinikää. Solun jakautuessa kromosomi kuluu päästään siten, että telomeeri lyhenee ja lopulta telomeerin lyhennyttyä riittävästi, solu ei kykene enää jakautumaan vaan se kuolee. Solu on tällöin saavuttanut ns. Hayflickin rajan.

Ihmisen solut jakaantuvat 50–70 kertaa, jonka jälkeen telomeerit ovat kuluneet niin lyhyiksi, etteivät solut enää kykene jakaantumaan vaan ne kuolevat. Telomeerin pituus siis ratkaisee solun elämänkaaren. Japanilaisen tutkimuksen mukaan ihmisen valkosolujen telomeerien pituus on hyvä biologisen iän osoitin (markkeri). Ihmisen biologinen ikä voi siis olla suurempi kuin kronologinen ikä; silloin ihminen on ikäistään vanhempi. Telomeerien ennenaikainen lyheneminen vanhentaa ennen kaikkea verisuonistoa. Telomeerien lyheneminen onkin valtimonkovetustaudin yksi syytekijä (Journal of Cell Science 2004). Uusi tutkimus vahvistaa tämän käsityksen oikeaksi.
Nature 2009: Telomere biology

Lihavuus ja tupakointi lyhentävät telomeerejä

Lihavuus ja tupakointi lisäävät tunnetusti ikääntymiseen liittyviä pitkäaikaissairauksia. Niissä kaikissa vallitsee hapetusstressi ja hiljaa kytevä tulehdus (inflammaatio), jotka kummatkin kiihdyttävät telomeerien lyhenemistä. Englantilaiset ja amerikkalaiset tutkijaryhmät testasivat, lisääkö painoindeksin nousu ja runsas tupakointi solujen telomeerien lyhenemistä. Telomeerien pituutta mitattiin 1 122 naisen (iältään 18–76 vuotta) valkosoluista. Tässä aineistossa telomeerit lyhenivät vuodessa keskimäärin 27 emäsparia (base pairs, bp). Lihavien naisten telomeerit olivat kuitenkin merkittävästi lyhyempiä kuin normaalipainoisten. Eroa oli 240 bp, mikä vastaa noin 10 vuoden aikana normaalisti tapahtuvaa lyhenemistä. Tupakoijien telomeerit olivat lyhyempiä kuin tupakoimattomien. Jokainen vuodessa poltettu tupakka-aski lyhensi telomeerejä keskimäärin 5 bp (18 %) verrattuna koko aineistoon. Havainnot selittävät, miksi tupakointi ja lihavuus vanhentavat ihmistä ennenaikaisesti. Tulokset julkaistiin laatulehti Lancetissa 14.7.2005.
Lihominen, ikääntymismuutokset ja diabetes

Stressi lyhentää telomeerejä

Tohtori Elissa S. Epel (University of California, San Francisco) työryhmineen tutki telomeerien lyhenemistä 39 terveellä naisella, jotka hoitivat kotona kroonista sairautta potevaa lasta. Verrokkeina oli 19 iän suhteen kaltaistettua äitiä, joilla oli terve lapsi. Stressiä arvioitiin kyselylomakkeella ja telomeerien pituutta mitattiin valkosoluista.

Sairaita lapsia hoitaneessa naisryhmässä telomeerit olivat sitä lyhyempiä, mitä kauemmin he olivat olleet omaishoitajana. Korkeimmat stressipisteet saaneiden 14 naisen telomeerit olivat keskimäärin 3 110 bp pitkiä ja 14 matalimmat pisteen saaneiden 3 660 bp. Eroa oli siten keskimäärin 550 bp.

Yksilöiden välillä oli kuitenkin suuria eroja; kaikkien kotona sairasta lasta hoitaneiden telomeerit eivät olleet lyhentyneet, tutkijat huomauttavat. Heidän mittaustensa mukaan aikuisten telomeerit lyhenevät keskimäärin vuodessa 31–63 bp. Tutkijat arvioivat stressiryhmässä havaitun "ylimääräisen" 550 yksikön lyhenemisen vastaavan 9–17 vuotta (lyhyempää elinikää). Näillä havainnoilla saattaa olla merkitystä ihmisten terveydelle, sillä telomeerien tavallista nopeampi lyheneminen liittyy sydän- ja verisuonikuolemiin sekä infektioihin, sanovat tutkijat Reutersin haastattelussa.

Epel ES, Blackburn EH, Lin J, et al. Accelerated telomere shortening in response to life stress. Proc Natl Acad Sci U S A. 2004;101(49):17312-5 [Free Full Text]

Insuliini lyhentää telomeerejä

Yleensä ihmisillä on se käsitys, että haiman erittämä insuliini on vain myönteinen hormoni. Kolikolla on kuitenkin kääntöpuolensa, sillä veren koholla oleva insuliinipitoisuus nopeuttaa telomeerien kulumista (lue tutkimus). Koholla olevan insuliini lisää myös Alzheimerin taudin todennäköisyyttä (lue tutkimus). Insuliinin kohoaminen johtuu yleensä lihomisesta, jolloin ihmiselle voi kehittyä insuliiniresistenssi ja metabolinen oireyhtymä. E-EPA ja karnosiini parantavat insuliiniherkkyyttä, mikä ehkäisee insuliinin kohoamista.

Telomeerien lyheneminen ja sydän- ja verisuonitaudit
Sydän- ja verisuonitauteja sairastavien ihmisten telomeerit ovat tavallista lyhyempiä. Uuden tutkimuksen mukaan telomeerien lyheneminen ennustaa tulevaa sydänkohtausta (Lancet 2007), eikä kyseessä ole satunnainen rinnakkaisilmiö kuten on arveltu (Cardiovascular Research 2005 May 1;66(2):213-21). PubMedissä on aiheesta kymeniä tieteellisä artikkeleita (hakusanapariksi: telomere; atherosclerosis).

Näin radikaalit vaurioittavat tumaa ja telomeerejä (kuva).

Karnosiini suojaa telomeerejä

Kiinalaiset tutkijat viljelivät ihmisen sikiön keuhkoista otettuja sidekudossoluja (fibroblasteja) 20 mM karnosiiniliuoksessa. Silloin niiden telomeerien lyheneminen hidastui merkittävästi, ja samalla solujen jakautumiskerrat lisääntyivät. Solut siis elivät normaalia pitempään eli ne rikkoivat Hayflickin rajan. Lisäksi karnosiini suojasi telomeerejä ja DNA:ta vaurioilta, joita soluihin muutoin ilmaantuu. "Telomeerien lyhenemisen ja DNA-vaurioiden ehkäisy ovat karnosiinin tärkeitä vaikutusmekanismeja elämän pidentäjinä", päättelevät tutkijat biokemistien ja -fyysikkojen ammattilehdessä (lue lisää).

Muiden tutkimusten mukaan telomeerejä lyhentäviä tekijöitä ovat tulehdussytokiinit ja suojaavan typpioksidin (NO) puute kudoksissa (Curr Vasc Pharmacol. 2004;2(2):141-8). Karnosiini vaimentaa tulehdussytokiineja (lue lisää), tuottaa NO:ta ja suojaa proteasomeja. Yhtäältä telomeerien lyheneminen kiihtyy hapetusstressissä ja toisaalta karnosiini on monipuolinen ja tehokas antioksidantti (hapetusstressin vastustaja). Nämä biokemialliset mekanismit selittävät sitä, kuinka karnosiini suojaa telomeerejä ennenaikaiselta lyhenemiseltä. Karnosiini on osoittautunut erimomaiseksi suoja-aineeksi verisuonitauteja vastaan (lue lisää). Toinen verisuonten endoteelisoluja suojaaja yhdiste on resolviini E1, jota kudoksissa syntyy EPA-rasvahaposta. E-EPA toimii kudoksissa antioksidanttina sekä tulehdusta hillitsevänä yhdisteenä, joka suojaa telomeerejä.

Kuva 3. EPA-rasvahaposta syntyy valtimon endoteelisoluissa COX-2- ja sytokromi P450-entsyymien katalysoimana 18R-hydroksyylieikosapentaeenihappoa (18R-HEPE). Siitä 5-LOX-entsyymi (kuvassa 5-LO) valmistaa E-sarjan resolviinia E1. Aspiriini tehostaa resolviinin syntyä.

Telomeerin ja DNA:n suojaus on tärkeää myös syöpätautien ennaltaehkäisyssä ja taudin ennusteen parantamisessa. Telomeerejä suojaavat entsyymit ovat nimeltään telomeraaseja (telomeraasi). Lancet Oncology -lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan terveelliset elintavat voivat aktivoida telomeraaseja jopa 29 %. Silloin ne kykenevät korjaamaan telomeereihin syntyneitä vikoja ja jopa pidentämään telomeerejä, kertoo BBC:n uutinen.

Fyrquist F, Saijonmaa O. Telomere length and cardiovascular aging. Mini review. Annals of Medicine, 2012; 44(Suppl 1): S138–S142 Free Full Text

Verdun RE, Karlseder J Replication and protection of telomeres. Nature 2007: 47, 924-931 doi: 10.1038/nature05976