با همکاری مشترک دانشگاه پیام نور و انجمن فیزیولوژی و فارماکولوژی ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه بیوشیمی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران

2 گروه زیست‌شناسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران

10.30473/eab.2026.76939.2026

چکیده

تلومرها، در انتهای کروموزوم‌ها، نقش محوری در حفظ پایداری ژنومی و تنظیم فرایند پیری سلولی ایفا می‌کنند. کوتاه‌شدن تلومرها تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله نرخ تکثیر سلولی، استرس اکسیداتیو و فعالیت آنزیم تلومراز قرار دارد. در این پژوهش، با بهره‌گیری از مدل‌سازی محاسباتی، دینامیک کوتاه‌شدن تلومرها در سلول‌های سوماتیک، تأثیر نرخ تکثیر سلولی، استرس اکسیداتیو و فعالیت تلومراز بر پیری سلولی تحلیل گردید. مدل ارائه‌شده توانست الگوهای کلی مشاهده‌شده در دینامیک کوتاه‌شدن تلومر را بازنمایی کند و با حد هایفلیک تجربی هم‌خوانی نشان داد. تحلیل حساسیت، تأثیر مستقیم طول اولیه تلومر بر ظرفیت تکثیری را نشان داد. تحلیل مدل نشان داد که شاخص فرسودگی تلومری (tcrit) در شرایط مختلف زیستی به‌طور معنی‌داری تغییر می‌کند. در سلول‌های سوماتیک با نرخ تکثیر پایین، مقدار tcrit حدود ۱۹۲، در بافت‌های پرتکثیر مانند پوست حدود ۵۰ و در بافت‌های کم‌تکثیر مانند قلب حدود ۵۰۰ برآورد شد. این مقادیر به‌عنوان شاخص نسبی مصرف ظرفیت تکثیری وابسته به تلومر در چارچوب مدل تفسیر می‌شوند و معادل مستقیم طول عمر یک سلول منفرد یا طول عمر ارگانیسم نیستند. در سلول‌های سوماتیک فاقد فعالیت تلومراز، استرس اکسیداتیو نرخ کوتاه‌شدن تلومر را تا ۱۵ درصد افزایش داد و مقدارtcrit  را به حدود ۱۸۰ کاهش داد. در مقابل، در سلول‌های بنیادی مقدار tcrit به حدود ۳۰۰ افزایش پیدا کرد که نشان‌دهنده نقش محافظتی تلومراز در حفظ ظرفیت تکثیری سلول‌ها است. نتایج این مطالعه تأیید می‌کند که کوتاه‌شدن تلومرها به‌عنوان یک ساعت زیستی مولکولی، نقش کلیدی در پیری سلولی دارد و با داده‌های تجربی هم‌راستاست.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

Ait-Aissa, K., Ebben, J. D., Kadlec, A. O., & Beyer, A. M. (2016). Friend or foe? Telomerase as a pharmacological target in cancer and cardiovascular disease. Pharmacological Research, 111, 422–433.https://doi.org/10.1016/j.phrs.2016.07.003
Allsopp, R. C., Vaziri, H., Patterson, C., Goldstein, S., Younglai, E. V., Futcher, A. B., Greider, C. W., & Harley, C. B. (1992). Telomere length predicts replicative capacity of human fibroblasts. Proceedings of the National Academy of Sciences, 89(21), 10114–10118. https://doi.org/10.1073/pnas.89.21.10114
Boccardi, V., & Marano, L. (2024). Aging, cancer, and inflammation: The telomerase connection. International Journal of Molecular Sciences, 25(15), 8542. https://doi.org/10.3390/ijms25158542
Carneiro, M. C., Henriques, C. M., Nabais, J., Ferreira, T., Carvalho, T., & Ferreira, M. G. (2016). Short telomeres in key tissues initiate local and systemic aging in zebrafish. PLoS Genetics, 12(1), e1005798. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1005798
Decker, M. L., Chavez, E., Vulto, I., & Lansdorp, P. M. (2009). Telomere length in Hutchinson-Gilford progeria syndrome. Mechanisms of Ageing and Development, 130(6), 377–383. https://doi.org/10.1016/j.mad.2009.03.001
Epel, E. S., Blackburn, E. H., Lin, J., Dhabhar, F. S., Adler, N. E., Morrow, J. D., & Cawthon, R. M. (2004). Accelerated telomere shortening in response to life stress. Proceedings of the National Academy of Sciences, 101(49), 17312–17315. https://doi.org/10.1073/pnas.0407162101
Eppard, M., Passos, J. F., & Victorelli, S. (2024). Telomeres, cellular senescence, and aging: Past and future. Biogerontology, 25(2), 329–339. https://doi.org/10.1007/s10522-023-10085-4
Greider, C. W., & Blackburn, E. H. (1985). Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts. Cell, 43(2–3), 405–413. https://doi.org/10.1016/0092-8674(85)90170-9
Harley, C. B., Futcher, A. B., & Greider, C. W. (1990). Telomeres shorten during ageing of human fibroblasts. Nature, 345(6274), 458–460. https://doi.org/10.1038/345458a0
Hemann, M. T., Strong, M. A., Hao, L. Y., & Greider, C. W. (2001). The shortest telomere, not average telomere length, is critical for cell viability and chromosome stability. Cell, 107(1), 67–77. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(01)00504-9
Herrmann, W., & Herrmann, M. (2020). The importance of telomere shortening for atherosclerosis and mortality. Journal of Cardiovascular Development and Disease, 7(3), 29. https://doi.org/10.3390/jcdd7030029
Leão, R., Apolónio, J. D., Lee, D., Figueiredo, A., Tabori, U., & Castelo-Branco, P. (2018). Mechanisms of human telomerase reverse transcriptase (hTERT) regulation: Clinical impacts in cancer. Journal of Biomedical Science, 25(1), 22. https://doi.org/10.1186/s12929-018-0422-8
Lee, J., & Pellegrini, M. V. (2022). Biochemistry, telomere and telomerase. In StatPearls. StatPearls Publishing. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK576429/
Lin, J., & Epel, E. (2022). Stress and telomere shortening: Insights from cellular mechanisms. Ageing Research Reviews, 73, 101507. https://doi.org/10.1016/j.arr.2021.101507
Lupatov, A. Y., & Yarygin, K. N. (2022). Telomeres and telomerase in the control of stem cells. Biomedicines, 10(10), 2335. https://doi.org/10.3390/biomedicines10102335
Martin, H., Doumic, M., Teixeira, M. T., & Xu, Z. (2021). Telomere shortening causes distinct cell division regimes during replicative senescence in Saccharomyces cerevisiae. Cell & Bioscience, 11(1), 180. https://doi.org/10.1186/s13578-021-00693-3
O'Sullivan, R. J., & Karlseder, J. (2010). Telomeres: Protecting chromosomes against genome instability. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 11(3), 171–181. https://doi.org/10.1038/nrm2848
Razgonova, M. P., Zakharenko, A. M., Golokhvast, K. S., Thanasoula, M., Sarandi, E., Nikolouzakis, K., Fragkiadaki, P., Tsoukalas, D., Spandidos, D. A., & Tsatsakis, A. (2020). Telomerase and telomeres in aging theory and chronographic aging theory (Review). Molecular Medicine Reports, 22(3), 1679–1694. https://doi.org/10.3892/mmr.2020.11274
Rodriguez-Brenes, I. A., & Peskin, C. S. (2010). Quantitative theory of telomere length regulation and cellular senescence. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 107(12), 5387–5392. https://doi.org/10.1073/pnas.0914502107
Shay, J. W., & Wright, W. E. (2000). Hayflick, his limit, and cellular ageing. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 1(1), 72–76. https://doi.org/10.1038/35036093
Sohal, R. S., & Weindruch, R. (1996). Oxidative stress, caloric restriction, and aging. Science, 273(5271), 59–63. https://doi.org/10.1126/science.273.5271.59
Srinivas, N., Rachakonda, S., & Kumar, R. (2020). Telomeres and telomere length: A general overview. Cancers, 12(3), 558. https://doi.org/10.3390/cancers12030558
Tufail, M., Huang, Y. Q., Hu, J. J., Liang, J., He, C. Y., Wan, W. D., Jiang, C. H., Wu, H., & Li, N. (2024). Cellular aging and senescence in cancer: A holistic review of cellular fate determinants. Aging and Disease, 16(3), 1483–1512. https://doi.org/10.14336/AD.2024.0421
Vaiserman, A., & Krasnienkov, D. (2021). Telomere length as a marker of biological age: State-of-the-art, open issues, and future perspectives. Frontiers in Genetics, 11, 630186. https://doi.org/10.3389/fgene.2020.630186
Wattis, J. A. D., Qi, Q., & Byrne, H. M. (2020). Mathematical modelling of telomere length dynamics. Journal of Mathematical Biology, 80(4), 1039–1076. https://doi.org/10.1007/s00285-019-01448-y