Telomeer- en telomeraseonderzoek leidt tot inzicht in de mechanismen van cellulaire veroudering en de ontwikkeling van kanker, wat op zijn beurt leidt tot baanbrekende medische benaderingen gericht op het tegengaan van veroudering en de behandeling van kanker.
Veroudering en kanker zijn tegenwoordig twee van de meest urgente problemen in de medische gemeenschap. De mensheid droomt er al lang van om het ouder worden te vertragen en kanker te overwinnen, en het blijft een van de belangrijkste doelstellingen van de moderne geneeskunde. In het bijzonder wijzen wetenschappers nu op telomeren, de uiteinden van DNA, als een belangrijke factor die betrokken is bij cellulaire veroudering. Telomeren zijn verantwoordelijk voor het voorkomen van het verlies van genetische informatie tijdens celdeling, en het benutten van de kracht van telomerase, het enzym dat telomeren maakt, zou kunnen leiden tot de ontwikkeling van nieuwe medicijnen of nieuwe behandelingen voor veroudering en kanker. Deze ontdekkingen hebben ons begrip van de mechanismen van veroudering en kanker verdiept en openen de deur naar medische doorbraken.
Om telomeren te begrijpen, moeten we eerst de structuur van DNA begrijpen en hoe het wordt gerepliceerd. DNA is een dubbele helixstructuur die de genetische informatie van een organisme bevat, bestaande uit twee strengen nucleïnezuren die in een helix met elkaar zijn verbonden om een lange keten te vormen. Elk van deze nucleïnezuren bevat een van de volgende basen: adenine (A), guanine (G), cytosine (C) en thymine (T). Nucleïnezuren met adenine aan de ene streng binden complementair aan nucleïnezuren met thymine aan de andere streng, en nucleïnezuren met guanine binden complementair aan nucleïnezuren met cytosine. Deze complementaire bindingen vormen de genetische informatie, en de volgorde van de volgorde van de basen bepaalt de verschillende erfelijke eigenschappen.
Wanneer DNA wordt gerepliceerd, gaat het ene uiteinde van de helix open, waardoor de twee strengen uit elkaar worden gespreid. De enzymen die DNA synthetiseren passeren de open strengen en weven een nieuwe DNA-keten van nucleïnezuren met complementaire basen die overeenkomen met de volgorde van de gerangschikte basen. Het probleem is dat bij het repliceren van een DNA-keten de nucleïnezuren aan het uiteinde niet worden gerepliceerd. Replicatie-enzymen passeren het nucleïnezuur dat wordt gerepliceerd en repliceren het nucleïnezuur dat ze zijn gepasseerd wanneer ze het volgende nucleïnezuur bereiken. Daarom kan het nucleïnezuur aan het uiteinde niet door het enzym worden gepasseerd, omdat er geen volgend nucleïnezuur is en het niet wordt gerepliceerd. Dit zorgt ervoor dat het nucleïnezuur aan het einde van de DNA-keten bij elke replicatie verdwijnt, en dat de genetische informatie in het verdwijnende gedeelte verloren gaat.
Om dit probleem op te lossen heeft DNA een manier ontwikkeld om aan elk uiteinde korte stukken keten vast te maken die geen genetische informatie bevatten. Deze korte ketens worden telomeren genoemd. Telomeren spelen een belangrijke rol bij het voorkomen van het verlies van genetische informatie tijdens celdeling, en hun volgorde en lengte variëren tussen verschillende soorten organismen. De telomeren op menselijke chromosomen bestaan bijvoorbeeld uit herhalingen van de sequentie TAGGG. Deze telomeer is vastgemaakt aan het deel van de keten dat genetische informatie bevat, waardoor replicatie-enzymen kunnen passeren en het verlies van informatie wordt voorkomen. Telomeren worden echter ook korter bij elke celdeling (DNA-replicatie). Dat komt omdat telomeren niet voorkomen dat het laatste nucleïnezuur wordt gerepliceerd.
Het aantal celdelingen is weefselspecifiek en het aantal celdelingen wordt bepaald door de lengte van de telomeren. Wanneer telomeren korter worden dan een bepaalde lengte (het senescentiepunt), treedt veroudering op en uiteindelijk sterft de cel. Dit proces houdt rechtstreeks verband met veroudering, en er wordt aangenomen dat een afname van de lengte van telomeren veroudering en een verminderde functie van levend weefsel veroorzaakt.
Niet alle cellen verliezen echter telomeren; kankercellen hebben telomeren die niet korter worden naarmate de cel zich deelt, wat betekent dat ze niet verouderen naarmate het aantal delingen toeneemt, en dat ze zich voor onbepaalde tijd kunnen vermenigvuldigen. Dit gebeurt omdat telomerase, het enzym dat telomeren maakt, actief is. Telomerase is verantwoordelijk voor het synthetiseren van telomeren en het vervolgens hechten ervan aan de uiteinden van DNA, waardoor de totale lengte van de telomeer toeneemt. Hoewel dit enzym in alle cellen aanwezig is, is het bij normale mensen in de meeste normale cellen inactief. In sommige cellen die zich actief moeten delen, zoals de voorlopercellen die eieren maken en de hematopoëtische stamcellen die bloedcellen maken, is het echter actief, zodat de telomeren in die cellen niet korter worden.
Momenteel proberen wetenschappers manieren te ontwikkelen om de functie van telomerase te moduleren, zodat telomeren opzettelijk kunnen worden verkort of, omgekeerd, kunnen worden voorkomen dat ze korter worden. Als dit succesvol wordt ontwikkeld, kan dit een doorbraak betekenen in de behandeling van kanker en het tegengaan van veroudering. Het opent de mogelijkheid om kanker te overwinnen door te voorkomen dat kankercellen zich onbeperkt vermenigvuldigen, terwijl tegelijkertijd de droom van langer leven werkelijkheid wordt door het verouderingsproces te vertragen of te stoppen. Dit zou een belangrijke wetenschappelijke doorbraak zijn die het al lang bestaande verlangen van de mensheid naar een gezond leven en een lang leven zou kunnen vervullen.
