Guillermo+Páucar

Titulo: Telómero y Telomerasa: ¿una llave para la inmortalidad?

Resumen: Los telómeros son estructuras especializadas que se encuentran localizadas en los extremos de los cromosomas eucariontes. Tanto el ADN como las proteínas que los constituyen presentan características singulares que los diferencian del resto de los cromosomas. Parecen estar implicados en numerosas funciones celulares, especialmente las relacionadas con el control de la duración de la vida de diferentes estirpes celulares. Estas estructuras se replican durante el ciclo celular gracias a la acción de enzimas denominadas telomerasas que están formadas por proteínas y ARN y presentan un mecanismo peculiar. Recientemente se ha estudiado el comportamiento de las telomerasas en las células cancerosas y sus posibles aplicaciones diagnósticas y terapéuticas. En este trabajo se presenta un resumen de los principales hallazgos más recientes sobre la estructura y funciones de los telómeros y la acción de las telomerasas.

Palabras clave: Cromosomas, telomerasa, telomero, genoma, ADN, ARN

Los humanos sentimos “un ansia de no morir”, “un hambre de inmortalidad”, “un anhelo de eternidad”. Por tal motivo, muchos científicos están intentando descubrir algo que nos permita disfrutar de una eternidad terrenal. Es así que, en 1938, Hernann Muller (genetista norteamericano) que en los extremos de los cromosomas irradiados con rayos x no habían cambios como delesiones o inversiones, en comparación al resto del genoma. A esas porciones, inicialmente las llamo gen terminal, luego fueron denominadas telómeros. Dos años después, Bárbara McClitok, concluyo que los telómeros jugaban un papel importante en la integridad de los cromosomas, pues se encargaban de proteger al cromosoma. En 1975, Elisabeth Blackburn se asocia con Jack Szostak, realizaron experimentos con el ADN de la levadura y el telómero. Al finalizar los experimentos, sugirieron que la elongación de los telómeros se debía a la actividad de una enzima desconocida, que sintetizaba al telómero. Años más tarde, Elisabeth Blackburn y su estudiante, Carol Greider, continuaron con los experimentos y probaron la existencia de la enzima a la que denominaron “transferasa telómero terminal”, que luego se denominaría telomerasa. Debido a la trascendencia de este descubrimiento, en el año 2009, el [|Premio Nobel de medicina o fisiología] fue otorgado a estos tres grandes científicos Elisabeth Blackburn, Jack Szostak y Carol Greider. Entonces, ¿Qué importancia tienen los telómeros y la telomerasa?, ¿realmente es la llave para la inmortalidad?… A continuación, explicare brevemente la estructura, funciones y posibles aplicaciones de los telómeros y la telomerasa.

El [|telómero] es una estructura nucleoproteíca y especializada que se encuentra en los extremos de los cromosomas. Está compuesto por replicaciones en tándem de una secuencia de doble ADN (TTAGGG en los vertebrados), que en su extremo 3’ presenta una estructura de cadena de ADN sencilla protuberante (denominada G-strand overhang). Su longitud varía según las distintas células y organismos, edad y factores externos. El telómero posee en su estructura dos componentes. La primera es el ADN telomérico, que consta de pequeñas secuencias repetidas ricas en bases de guanina con un extremo mono fibrilar. El segundo componente son las proteínas teloméricas, complejo de seis proteínas denominadas shelterinas (del inglés shelter, refugio), compuesto por TRF1, TRF2, TIN2, RAP1, TPP1 y POT1. La principal función de las shelterinas es la de proteger a los telómeros de las actividades degradativas que se desencadenan a modo de respuesta ante las roturas de cadena en el ADN bicatenario y la subsecuente aparición de ADN expuesto de cadena sencilla. Entre las funciones adicionales de las shelterinas, cabe mencionar las del reclutamiento de la telomerasa, la replicación de los telómeros, la cohesión entre las distintas shelterinas y la formación de estructuras terciarias de ADN que favorecen la estabilidad de los telómeros (el denominado t-loop). Entre las funciones que cumplen los telómeros la de mayor importancia es la protección del cromosoma, también funciona como un reloj mitótico que mide y regula el número de las divisiones celulares. Esto se debe a que el telómero reduce su longitud cuando la célula cumple su ciclo de reproducción. Además la longitud varía según las distintas células y organismo. También cabe mencionar que cuando el telómero se acorta hasta alcanzar una longitud critica, desencadena respuestas de parada del ciclo celular y senescencia. Los efectos del funcionamiento anómalo del telómero tienen un importante impacto en procesos vitales tan relevantes como son el envejecimiento o el cáncer. La[| telomerasa] es un acido-ribonucleico con actividad polimerasa que permite el alargamiento de los telómeros. La telomerasa se compone de una estructura que consta de tres partes. La primera, es el componente ribonucleico que es la porción de ARN de la telomerasa (TER o TR) que se halla integrada en la enzima. El segundo componente es la proteína asociada que presenta la actividad catalítica de polimerasa en reverso de ADN (el componente TERT, del inglés Telomeric End Reverse Transcriptase), también llamada hTEP1 (proteína asociada a la telomerasa humana). Por último, la sub unidad catalítica llamada hTERT (transcriptasa reversa de la telomerasa humana). Este último componente es el que permite añadir fragmentos de ADN con la secuencia repetitiva TTAGGG en los extremos de los telómeros. La actividad de la telomerasa constituye el principal mecanismo regulador de la longitud del telómero. Además, la actividad de la telomerasa varía en diferentes etapas de la vida. Se ha detectado en ovarios y testículos en fetos, recién nacidos y adultos, pero no en óvulos ni espermatozoides maduros. El blastocisto y la mayoría de los tejidos somáticos de 16 a 20 semanas de desarrollo exhiben un alto nivel de telomerasa que desaparece después del nacimiento. También es alta en tejidos adultos con una intensa proliferación celular como en las células endoteliales y el endometrio. En otras células puede ser inducida en determinadas etapas de la vida como ocurre con la activación de los linfocitos T y los B. La determinación de la actividad de la telomerasa puede servir para el diagnostico precoz del cáncer y los inhibidores de la enzima pueden ser usados como agentes antitumorales. Las modificaciones epigenéticas en las regiones teloméricas y sub teloméricas junto a la influencia de ARN teloméricos no-codificantes también influyen de forma drástica en la longitud telomérica y en su organización en dominios de cromatina, generando un nivel adicional de control de la longitud y función teloméricas.

Para explicar [|la importancia y la relación del telómero y la actividad de la telomerasa con el envejecimiento y el cáncer es preciso] mencionar el experimento realizado por un grupo liderado por María Blasco. El experimento consistía en la creación de un ratón con deleción genética en homozigosis del componente de RNA de la telomerasa (Terc -/-). Es decir, con actividad telomerasa reprimida, esto puso de manifiesto por primera vez la importancia de la telomerasa en el mantenimiento de la longitud telomérica en el contexto de un organismo vivo. Dicho acortamiento telomérico era también especialmente notable en los tejidos caracterizados por poseer unas elevadas tasas proliferativas como son la piel o el intestino, manifestándose a su vez en una reducción progresiva en las vidas máxima y media de dichos ratones. Los ratones Terc -/- exhibían además numerosos síntomas de envejecimiento prematuro, tales como alopecia, pigmentación anómala de la piel, distrofia ungular, anemia aplásica o leucoplaquia oral, recapitulando ciertas manifestaciones clínicas de algunos síndromes humanos asociados a la disfuncionalidad telomérica, como por ejemplo la diskeratosis congénita (vinculada a la presencia de mutaciones en diskerina, proteína estabilizadora de Terc). La caracterización de los ratones Terc -/- sugiere que la actividad telomerasa es uno de los principales determinantes de la longevidad de un organismo. Por otro lado, la expresión ectópica de TERT en cultivos celulares primarios confiere potencial replicativo ilimitado, escapando por tanto al denominado límite de Hayflick, que establece que las células pueden confrontar una serie limitada de divisiones celulares, después de las cuales se desencadenan procesos de senescencia y parada en el ciclo celular.

Para demostrar la relación con el cáncer y la tumorogenesis se modificaron genéticamente ratones, en los cuales se incremento la actividad de la telomerasa, se les denomino ratones K5-TERT. La actividad anómala de la telomerasa lleva a una proliferación descontrolada de replicación de células y posteriormente incrementará la formación de tumores. Pero también, los ratones K5-TERRT disfrutaban de ciertos beneficios sistémicos ya que resultaban capaces de mantener una homeostasis tisular correcta durante más tiempo, y, en consecuencia, las patologías degenerativas asociadas al envejecimiento aparecían mucho más tarde que en los ratones control. Dichos ratones modificados presentaban, sin embargo, el inconveniente de haber adquirido una mayor susceptibilidad al desarrollo de tumores, inducidos por carcinógenos químicos o en presencia de mutaciones en los genes supresores de tumores. Para contrarrestar los efectos no deseados de la sobre expresión de telomerasa, se generó un ratón que además de sobre expresar TERT, también contenía en su genoma dosis adicionales de los genes supresores tumorales más importantes en ratones: p53, p16 y p19/ARF. Éstos ratones transgénicos, que para abreviar fueron denominados ratones SUPER-M, presentaban un retraso notable en la aparición de patologías degenerativas (pérdida de coordinación neuromuscular, marcadores de daño en el ADN, estructura y función epitelial) y también en la aparición de tumores (145 semanas en los ratones SUPERM y 110 semanas en los ratones control). La sinergia de estos efectos en homeostasis tisular y prevención de la aparición de cáncer se traduce en los ratones SUPER-M en un aumento de la longevidad mediana (punto en el que en un grupo de estudio de una edad determinada permanece con vida) en un 40% respecto a su grupo control. En consecuencia, los ratones SUPER-M son la primera demostración formal en un organismo vivo de que la sobreexpresión de la telomerasa es capaz de influir dramáticamente en la determinación de la longevidad intrínseca a ese organismo concreto. Estos datos confirman la hipótesis de que la telomerasa per se no actúa a modo de oncogén y que la longitud telomérica sí constituye una firme barrera para la progresión tumoral. Estas observaciones plantean la necesidad de buscar inhibidores químicos de la telomerasa que puedan actuar de manera localizada y controlada, para poder así prevenir la aparición y el progreso de manifestaciones tumorales sin influir en el detrimento de la longevidad.

Por último, el estudio de la funcionalidad de los telómeros y la telomerasa en la biología de las[| células madres adultas y embrionarias], son un campo atractivo por el gran potencial de empleo terapéutico tanto en la medicina regenerativa como en los tratamientos de terapia genética. Las células tumorales y pluripotentes comparten numerosas características comunes, entre ellas la pérdida de diferenciación celular y la reactivación de la telomerasa. No es de extrañar, por tanto, que las células madre embrionarias presenten unos telómeros extremadamente largos en los estadíos de mórula y blastocisto, así como en las células rederivadas en cultivos in vitro (si bien en estas condiciones existe una presión selectiva hacia las células con menor actividad telomerasa y los telómeros se elongan excesivamente de forma anómala). A lo largo del desarrollo embrionario, la actividad telomerasa desaparece en la inmensa mayoría de los linajes celulares (produciéndose consecuentemente un acortamiento progresivo ya in útero) exceptuando las células madre adultas. Los estudios de longitud telomérica realizados mediante una técnica de hibridación de fluorescecnia in situ (FISH) sobre secciones de tejidos han demostrado que las células con los telómeros más largos en cada tejido corresponden a las células que presentan marcadores tradicionalmente asociados a las células madre adultas. La longitud telomérica en estas células que portan los telómeros más largos disminuye con la edad o con los tratamientos que fuerzan la diferenciación y/o proliferación, confirmando que la presencia de telómeros más largos es un rasgo distintivo y universal de las células madre adultas. Finalmente, un campo extremadamente excitante es el de la generación de células madre pluripotentes iducidas o iPSC (induced-Pluripotent Stem Cells) a partir de células adultas diferenciadas. Esta tecnología es el pilar sobre el que se apoya el grueso de la investigación actual en medicina regenerativa y terapia personalizada. Las iPSC adquieren características propias de las células madre embrionarias (mESC), y entre ellas cabe destacar un “rejuvenecimiento” general de los telómeros, que incluye una reactivación de la telomerasa y un incremento en la expresión de las shelterinas, la adquisición de una conformación epigenética de los telómeros propia de mESC, el incremento en la transcripción de los ARNs teloméricos (TERRAs) y el alargamiento de los telómeros hasta una longitud equivalente a la de las mESC. Algunos de los escollos que dificultaban la generación de iPSC (un proceso extremadamente ineficiente por naturaleza) empiezan a esclarecerse, y entre ellos, de nuevo tenemos la longitud telomérica como una barrera para la reprogramación de células sub-óptimas dependiente de la activación de p53 y el establecimiento de una cromatina telomérica en conformación “abierta” propia de mESC. Estos descubrimientos son de gran importancia, dado que abren las puertas a la generación de tejidos a partir de iPSC generadas con células de pacientes con telómeros extremadamente cortos, por ejemplo, para así poder tratar de forma personalizada a pacientes afectados de telopatías y enfermedades degenerativas de tejidos.

En conclusión, la participación de los telómeros en el envejecimiento y la importancia de los efectos beneficiosos que ejerce la enzima según su mecanismo de acción en las células, ha constituido una fuente valiosa de información para alcanzar una mejor calidad de vida en nuestra población y en cada uno de los rincones de nuestro planeta, siendo de gran utilidad para el desarrollo y mejora de los métodos de prevención y tratamiento de varias enfermedades como el cáncer, que a tantas vidas está afectando en el mundo. Las investigaciones sobre la telomerasa nos recuerdan que, en la aproximación científica a la naturaleza, nunca puede predecirse cuándo o dónde se descubrirán procesos fundamentales.

Bibliofilia: 1. LILIAN CHUAIRE, M.SC. Universidad del Rosario, Bogotá DC, Colombia. Revista Colombia Médica Vol. 37 Nº 4, 2006 (Octubre-Diciembre) 2. Lic. Alexander Benavides Couto, Lic. Osvaldo Morales Mondeja Revista Electrónica de las Ciencias Médicas en Cienfuegos - ISSN:1727-897X - Medisur 2008; 6(2) 3. Hernández R. Telómeros y telomerasas. Rev Cubana Invest Biomed. [serie en internet]. 2003 (citado 10 Octubre 2007); 18(2): [about 3p.]. 4. Mata OM. La incidencia previsible de la medicina genómica en la mejora de la calidad de vida. Rev Cubana InvestBiomed. [serie en internet]. 2005; [citado 10 de octubre 2007]:16(2): [about 2p.]