آنزیم تلومزار: عاملی کلیدی در گسترش سلول های سرطانی و مرگ طبیعی سلول

دانشمندان با مشاهده دقیق آنزیم تلومراز با رزولوشن اتمی، به درک عمیقی از این آنزیم رسیدند و این می تواند منجر به طراحی داروهای هدفمند برای درمان سرطان شود.

  1. ۶ روز،۹ ساعت قبل
  2. ۰
آنزیم تلومزار: عاملی کلیدی در گسترش سلول‌های سرطانی و مرگ طبیعی سلول‌
به گزارش نوداد (سکوی اجتماعی خبر)

سرطان، بیماری های مربوط به پیری و سایر بیماری ها دارای ارتباط نزدیک با آنزیمی به نام تلومراز هستند. پژوهشگران UCLA در ژورنال Cell گزارشی در مورد مشاهده ی دقیق این آنزیم و رسیدن به درک عمیقی در مورد آن منتشر کرده اند. جولی فیگون استاد بیوشیمی دانشکده ی UCLA می گوید:

اکنون ما نه تنها می توانیم شکل این آنزیم را ببینیم بلکه نحوه ی تعامل اجزای داخل آن را نیز می بینیم. ما مرحله به مرحله نزدیک تر می شویم و جزئیات زیادتر و زیادتری را مشاهده می کنیم. این اطلاعات در طراحی داروهای هدفمند که بخش های خاصی از این آنزیم را مورد هدف قرار می دهند، مفید است.

پژوهشگران می گویند علاوه بر جزئیات بسیار دقیقی که تاکنون در مورد هسته کاتالیستی تلومراز قابل مشاهده نبوده، این نخستین بار است که آن ها توانسته اند آنزیم تلومراز را طی فرایند ساخت DNA مشاهده کنند.

هسته کاتالیسیتی تلومراز

تصویری از هسته کاتالیستی آنزیم تلومراز

لوکاس سوزاک، یکی از نویسندگان مقاله، می گوید:

برای اولین بار ما دارای طرحی از تلومراز هستیم. ما می دانستیم برخی از بیماران دارای جهش های تلومرازی هستند؛ ولی درمورد اینکه چگونه تلومراز آن ها خوب کار نمی کرد، چیزی نمی دانستیم. اکنون ما می توانیم بگوییم مشکل در کدام بخش از تلومراز است و احتمالا می توانیم بفهمیم چرا این آنزیم گاهی خوب عمل نمی کند. برای درمان یک بیماری، نخست باید محل بروز مشکل را پیدا کنیم و اکنون این موضوع ممکن شده است. البته هنوز قدم های دیگری نیز در این مسیر لازم است برداشته شود.

وظیفه ی اصلی آنزیم تلومراز حفظ DNA در تلومرها است. تلومرها ساختارهایی در انتهای کرموزوم های انسان ها هستند. زمانی که تلومراز فعال نباشد، با هر تقسیم سلول، تلومر کوتاه تر می شود. وقتی این اتفاق بیفتد، تلومرها در نهایت به قدری کوتاه می شوند که تقسیم سلول متوقف می شود یا سلول می میرد. ساختار تلومر در شکل زیر نشان داده شده است.

تلومر

فیگون می گوید:

سلول هایی که دارای فعالیت غیر طبیعی تلومراز هستند، می توانند به طو مداوم کلاهک های کرموزومی (تلومرها) خود را بازسازی کنند و نمی میرند. البته با گذشت زمان این موضوع زیان آور است؛ زیرا اشتباهات DNA تجمع می یابند و سلول آسیب می بیند. تلومراز به خصوص در سلول های سرطانی فعال است که این امر موجب رشد و انتشار سرطان می شود.

گروه پژوهشی فیگون مطالعه را با استفاده از میکروارگانیسم های تک سلولی تتراهایمنا ترموفیلیا که در دریاچه های آب شیرین زندگی می کند، ادامه دادند. اجزای تلومراز در این موجود به خوبی شناخته شده است و این همان موجودی است که در آن اولین بار تلومراز و تلومرها کشف شدند. هسته کاتالیستی مرکزی تلومراز در تمام موجودات از جمله انسان مشابه با همدیگر است. تلومراز حاوی یک واحد اختصاصی رونوشت برداری معکوس (ترانس کریپتاز) یا گروهی از پروتئین ها است که دارای چهار بخش و چندین زیر واحد هستند. در این مطالعه دانشمندان یک زیر واحد بزرگ به نام TRAP را در این آنزیم شناسایی کردند که تاکنون مورد مطالعه قرار نگرفته بود.

نحوه ی عمل آنزیم تلومراز

عمل آنزیم تلومراز

به جای کپی کردن از DNA به RNA (معمولا این DNA است که RNA را می سازد و در نهایت پروتئین ساخته می شود)، آنزیم رونوشت بردار معکوس از RNA برای ساخت DNA استفاده می کند؛ چیزی که درمورد ترانس کریپتاز ویروس HIV که جایگاه هدف بسیاری از داروها است، به خوبی شناخته شده است. در حالیکه دیگر ترانس کریپتازها می توانند هر توالی دلخواه RNA را کپی برداری کنند و از روی آن DNA بسازند، ترانس کریپتاز تلومراز فقط یک توالی خاص شش نوکلئوتیدی از RNA را کپی می کند و این کار را به صورت مکرر برای ایجاد یک زنجیره ی بلند DNA انجام می دهد. نوکلئوتیدها واحدهای ساختاری DNA و RNA هستند. TRAP دارای نقشی حیاتی در اضافه کردن قطعات کوچک DNA به انتهاهای کروموزم ها هستند؛ برای اینکه از کوتاه شدن کروموزوم ها در اثر تقسیم سلول، جلوگیری کنند. پژوهشگران برای نخستین بار ساختار، شکل و اهمیت TRAP و منطقه ای که این ساختار با آن در تعامل است، را گزارش کردند.

فیگون می گوید:

لذت علم آن لحظه ای است که شما نخستین فردی هستید که پدیده ی مهمی را می بینید. من به یاد می آورم، وقتی به این ساختار نگاه می کردیم با خودمان فکر می کردیم که توانسته ایم قطعه ی مهمی از این پازل را پیدا کنیم.

این گروه پژوهشی در حال مطالعه درمورد نحوه ی تعامل و ارتباط این مناطق آنزیمی با هم هستند. در مطالعه ای در سال ۲۰۱۵ که در ژورنال Science منتشر شد، فیگون و همکارانش موقعیت بخش مهمی از این ساختار که TEN نامیده می شد، را گزارش کردند. اکنون پژوهشگران ساختارهای TEN و TRAP و اینکه آن ها چگونه با هم و با RNA تلومراز در تعامل اند، را تشریح می کنند. بر اساس گزارش پژوهشگران در ژورنال Cell، بسیاری از جهش هایی که دانشمندان آن ها را مربوط به منطقه ی TEN تلقی کرده بودند، در واقع جهش هایی هستند که در فرایند تعامل TEM و TRAP اختلال ایجاد می کنند.

این اولین بار است که پژوهشگران موفق به مشاهده ی تلومراز حین فرآیند ساخت DNA، شده اند. پژوهشگران از تلومراز بالافاصله پس از اینکه یک نوکئوتید را به رشته در حال طویل شدن DNA در هسته کاتالیستی، اضافه کرد، تصویر برداری کردند (هسته کاتالیستی متشکل از ترانس کریپتاز تلومراز و یک RNA است).

دست آوردهای این پژوهش برای مبارزه با سرطان چیست؟

سلول های سرطانی به تولید مثل خود ادامه می دهند و برای اتفاق افتادن این عمل، تلومراز آن ها باید بسیار فعال باشد؛ چیزی که در مورد سلول های سالم صدق نمی کند. برای کاهش فعالیت تلومراز باید بدانیم چگونه فعالیت این آنزیم را هدف قرار دهیم. پژوهش جدید این هدف را با یافتن سرنخ هایی از مکان هایی که باید مورد هدف قرار گیرد، به واقعیت نزدیک تر می کند.

سوزاک می گوید:

ما به درک دقیقی از نحوه ی عمل تلومراز و چگونگی همکاری اجزای آن رسیدیم. هر کدام از این تعاملات می تواند نقطه ی هدفی باشد و احتمالا می تواند موجب اختلال یا پیشرفت در عملکرد تلومراز شود. در این میان، داشتن دقت بسیار مهم است؛ ضربه زدن ساده به تلومراز تنها با یک چکش کافی نیست. تلومراز در بسیاری از موجودات، آنزیم مرکزی و بسیار منحصر به فردی است. حالا ما مکان هایی برای هدف داریم.

دانشمندان از تکنولوژی میکروسکوپ الکترونی کرایو استفاده کردند؛ این فناوری آن ها را قادر می سازد تا آنزیم را با جزئیات فوق العاده ای ببینند و از مدل سازی کامپیوتری برای تفسیر داده هایشان استفاده کردند. این تیم پژوهشی دارای متخصصانی از رشته های مختلفی همچون بیوشیمی، زیست شناسی مولکولی، بیولوژی محاسباتی و بیوفیزیک است.





همرسانی نوشتار: