Agricultura Botánica y Genética Estados Unidos

¿Pueden las plantas decirnos algo sobre la longevidad?


El organismo vivo más antiguo en la Tierra es una planta, Matusalén, un pino de cerdas ( Pinus longaeva ) que tiene más de 5000 años. Por el contrario, los animales solo viven unos pocos cientos de años. ¿Podemos aprender algo de las plantas sobre la longevidad y permanecer jóvenes para siempre o incluso recuperar la juventud perdida?


por la Universidad Estatal de Arizona


El Premio Nobel de Fisiología o Medicina fue otorgado en 2009 «por el descubrimiento de cómo los cromosomas están protegidos por los telómeros y la enzima telomerasa». La telomerasa se aisló por primera vez de un organismo unicelular que vivía en la escoria del estanque. Como resulta más tarde, la telomerasa existe en casi todos los organismos multicelulares, incluidos los humanos, y desempeña un papel crucial en el envejecimiento y el cáncer. Los científicos han estado luchando para descubrir formas de utilizar la telomerasa para hacer que las células humanas sean inmortales.

Por primera vez, un estudio dirigido por los grupos colaboradores de Julian Chen en la Facultad de Ciencias Moleculares de la Universidad Estatal de Arizona y Dorothy Shippen de la Universidad Texas A&M desveló la estructura detallada y la función del componente de ARN de la enzima telomerasa de las plantas terrestres. Los componentes de ARN de la telomerasa de las plantas terrestres, incluido el árbol de pino, muestran la conexión entre la ciliada (escoria de estanque) y las telomerasas humanas, y ofrecen nuevos conocimientos sobre la evolución de la telomerasa en eucariotas.

Este trabajo acaba de ser publicado hoy en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias y se titula «La estructura conservada del ARN de la telomerasa vegetal proporciona el eslabón perdido para una vía evolutiva de los ciliados a los humanos». El equipo de ASU incluye al profesor asistente de investigación Yang Li y al estudiante de doctorado Dhenugen Logeswaran.

La fuente de la juventud a nivel molecular.

Las células humanas típicas son mortales y no pueden renovarse para siempre. Como demostró Leonard Hayflick hace medio siglo, las células humanas tienen una vida útil replicativa limitada, y las células más viejas alcanzan este límite antes que las células más jóvenes. Este «límite de Hayflick» de la vida útil celular está directamente relacionado con el número de repeticiones de ADN únicas que se encuentran en los extremos de los cromosomas que contienen material genético. Estas repeticiones de ADN son parte de las estructuras protectoras de protección, llamadas «telómeros», que protegen los extremos de los cromosomas de los reordenamientos de ADN no deseados y no garantizados que desestabilizan el genoma.

Cada vez que la célula se divide, el ADN telomérico se contrae y finalmente no logrará asegurar los extremos cromosómicos. Esta reducción continua de la longitud de los telómeros funciona como un «reloj molecular» que cuenta hasta el final del crecimiento celular. La capacidad disminuida para que las células crezcan está fuertemente asociada con el proceso de envejecimiento, con una población celular reducida que contribuye directamente a la debilidad, enfermedad e insuficiencia orgánica.

Contrarrestando el proceso de contracción de los telómeros está la enzima telomerasa, que posee la clave única para retrasar o incluso revertir el proceso de envejecimiento celular. La telomerasa compensa el envejecimiento celular alargando los telómeros, agregando repeticiones de ADN perdidas para agregar tiempo en la cuenta regresiva del reloj molecular, extendiendo efectivamente la vida útil de la célula. La telomerasa alarga los telómeros al sintetizar repetidamente repeticiones de ADN muy cortas de seis nucleótidos, los bloques de construcción del ADN, con la secuencia «GGTTAG» en el cromosoma que termina en una plantilla ubicada dentro del componente de ARN de la enzima.

La reducción gradual de los telómeros afecta negativamente la capacidad de replicación de las células madre humanas, las células que restauran los tejidos dañados y / o reponen los órganos envejecidos en nuestros cuerpos. La actividad de la telomerasa en las células madre adultas simplemente ralentiza la cuenta regresiva del reloj molecular y no inmortaliza por completo estas células. Por lo tanto, las células madre adultas se agotan en individuos de edad avanzada debido al acortamiento de la longitud de los telómeros que da como resultado un aumento en los tiempos de curación y la degradación del tejido orgánico por poblaciones celulares inadecuadas.

Identificación de componentes de telomerasa de plantas terrestres

«El estudio de la telomerasa ha sido un desafío debido a su naturaleza altamente divergente entre las especies eucariotas», explica Julian Chen. «La identificación del ARN de la telomerasa en plantas terrestres es un avance significativo en la comprensión final de cómo esta enzima controla la estabilidad del genoma y la inmortalidad celular en todos los organismos eucariotas».

La telomerasa contiene dos componentes centrales para la función enzimática, uno es una proteína y el otro es una molécula de ARN que proporciona la plantilla para la síntesis de ADN. El ARN y el ADN son ácidos nucleicos que pueden almacenar información de secuencia genética. El componente de ARN de la telomerasa es extremadamente divergente en secuencia y difícil de encontrar en organismos eucariotas. De hecho, una molécula de ARN incorrecta se informó anteriormente como el ARN de la telomerasa de la planta hace casi una década y se ha tardado hasta hoy en descubrir la correcta.

Los componentes de ARN de las telomerasas de la escoria de estanque unicelular de vida libre y los humanos muestran diferencias marcadas. El ARN de la telomerasa vegetal, curiosamente, comparte características de los ARN de la telomerasa de la escoria de estanque y de los humanos, es decir, es un «eslabón perdido».

Aprovechando todo el potencial de la telomerasa

Comprender la regulación y la limitación de la enzima telomerasa promete revertir el acortamiento de los telómeros y el envejecimiento celular con el potencial de extender la vida humana y mejorar la salud y el bienestar de las personas mayores.

Las enfermedades humanas que incluyen disqueratosis congénita, anemia aplásica y fibrosis pulmonar idiopática se han relacionado genéticamente con mutaciones que afectan negativamente la actividad de la telomerasa y / o aceleran la pérdida de la longitud de los telómeros. Este acortamiento acelerado de los telómeros se parece mucho al envejecimiento prematuro con un mayor deterioro de los órganos y una vida útil más corta del paciente causada por poblaciones de células críticamente insuficientes. El aumento de la actividad de la telomerasa es aparentemente el medio más prometedor para tratar estas enfermedades.

Si bien el aumento de la actividad de la telomerasa podría llevar a los jóvenes a las células que envejecen y curar enfermedades similares al envejecimiento prematuro, demasiado de algo bueno puede ser perjudicial para el individuo. Así como las células madre juveniles usan la telomerasa para compensar la pérdida de longitud de los telómeros, las células cancerosas emplean la telomerasa para mantener su crecimiento aberrante y destructivo. La función de aumento y regulación de la telomerasa deberá realizarse con precisión, caminando en una línea estrecha entre el rejuvenecimiento celular y un mayor riesgo de desarrollar cáncer.

A diferencia de las células madre humanas, las células somáticas constituyen la gran mayoría de las células del cuerpo humano y carecen de actividad de telomerasa. La deficiencia de telomerasa de las células somáticas humanas reduce el riesgo de desarrollo de cáncer, ya que la telomerasa alimenta el crecimiento descontrolado de las células cancerosas. Por lo tanto, no se desean medicamentos que aumenten la actividad de la telomerasa indiscriminadamente en todos los tipos de células. Los fármacos de molécula pequeña pueden seleccionarse o diseñarse para aumentar la actividad de la telomerasa exclusivamente dentro de las células madre para el tratamiento de enfermedades, así como terapias antienvejecimiento sin aumentar el riesgo de cáncer.

En resumen, el estudio de la telomerasa de la planta puede ofrecer nuevas instrucciones sobre cómo modular o diseñar la telomerasa humana para las innovaciones en el desarrollo de terapias contra el envejecimiento y el cáncer.


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