Telomery a biomonitoring człowieka

W ciągu ostatnich dziesięcioleci w wyniku gwałtownego rozwoju przemysłu, a także braku odpowiednich regulacji prawnych, doszło do znaczącego i nieodwracalnego pogorszenia stanu środowiska. Wyższość interesów produkcyjnych w stosunku do interesów matki natury doprowadziła do swoistego kryzysu ekologicznego, w którym przyszło nam żyć. W efekcie tych zaniedbań odnotowujemy straty w postaci zmniejszenia różnorodności gatunkowej roślin i zwierząt. Monitorowanie skutków oddziaływania przemysłu na środowisko przyrodnicze stało się więc podstawą wszelkich działań związanych z ochroną i gospodarowaniem zasobami środowiskowymi. W krajach Europy zachodniej i w USA biomonitorning jest wykorzystywany na szeroką skalę od dawna. W Polsce szczególny wzrost zainteresowania tym zagadnieniem zaobserwowano dopiero po wejściu do Unii Europejskiej.

Należy mieć świadomość faktu, że zmiany środowiskowe wywierają wpływ na zdrowie człowieka. Już w latach osiemdziesiątych naukowcy z USA wiedzieli, iż na utrzymanie zdrowia ma wpływ styl życia jednostki, a w następnej kolejności środowisko życia, pozostawiając za sobą uwarunkowania genetyczne czy poziom opieki medycznej. W efekcie zwiększonego zanieczyszczenia wód, gleby i powietrza wzrasta zapadalność na tzw. choroby cywilizacyjne. Choroby te to głównie nowotwory, alergie, astma, choroby narządów wzroku i słuchu (powodowane nadmiarem światła, hałasu, promieniowania ultrafioletowego), choroby psychiczne (stres, nerwica, depresja, schizofrenia), choroby układu krwionośnego, choroby skóry, problemy z płodnością , utrzymaniem ciąży i wiele innych. Aby móc im przeciwdziałać ważna jest profilaktyka, a więc swoisty biomonitoring skutków oddziaływania zanieczyszczeń na organizm. Oczywiście dostępnych metod, testów jest wiele. Robiąc przegląd literatury związanej z tematem mojej pracy doktorskiej, natknęłam się na sformułowanie, iż „długość telomerów może służyć jako marker ekspozycji na zanieczyszczenia środowiska (…)”. Czym jednak są telomery i jak mogą służyć w profilaktyce chorób cywilizacyjnych? Odpowiedź znajduje się poniżej. Telomery to cząsteczki DNA zbudowane z tysięcy powtarzających się sekwencji nukleotydów (TTAGGG) i białek znajdujących się na końcach każdego chromosomu. Zasadniczą funkcją telomerów jest ochrona i zapewnienie stabilnej struktury chromosomu.

Telomery ulegają skróceniu w wyniku podziału komórki (replikacja) – chroniąc sekwencje kodujące – a następnie ulegają ponownemu wydłużeniu przy udziale enzymu telomerazy. W związku z faktem, iż aktywność telomerazy zanika w trakcie życia osobniczego niemal we wszystkich komórkach, telomery ulegają stopniowemu skracaniu. Po osiągnieciu krytycznej długości kierują komórkę na drogę apoptozy, zaś w nielicznych przypadkach dochodzi do procesu nowotworzenia. Tak więc długość telomerów maleje wraz z wiekiem i jest objawem starzenia organizmu. Jednak zmiany w długości telomerów mogą być także objawem stanów chorobowych.

Liczne badania dowiodły, iż długość telomerów u osób narażonych na długotrwały kontakt z zanieczyszczeniami jest mniejsza niż u osób nie narażonych na działanie szkodliwego czynnika. Doświadczenie chińskich naukowców na grupie 60-u kierowców ciężarówek z Pekinu (grupa wysokiego ryzyka) wykazało, iż długotrwała ekspozycja na szkodliwe związki zawarte w powietrzu skutkuje skracaniem telomerów. Grupę kontrolną stanowiła grupa pracowników biurowych u których taki zmian nie odnotowano. Innym przykładem są badania na grupie pracowników ruchu drogowego i pracowników biurowych zatrudnionych na swoich stanowiskach minimum 1 rok. Wyniki podobnie wskazały, iż pracownicy ruchu drogowego, bezpośrednio narażeni na działanie czynników szkodliwych tj. benzen, toluen zawartych w spalinach mieli wyraźnie krótsze telomery w porównaniu z grupą kontrolną. Analogiczne badania przeprowadzono wśród pracowników koksowni, fabryk baterii czy osób z obszarów skażonych pestycydami. Wyniki były zbliżone. Długotrwały kontakt z policyklicznymi węglowodorami aromatycznymi, n-nitrozaminami, ołowiem czy pestycydami zawartymi w środowisku poskutkował skróceniem sekwencji telomerowych u badanych osób.

Nie od dziś wiadomo, że np. zanieczyszczenia powietrza spowodowane intensywną komunikacją miejską przyczyniają się do zwiększonej zapadalności na choroby układu sercowo-naczyniowego oraz oddechowego. Natomiast policykliczne węglowodory aromatyczne emitowane w wyniku palenia papierosów lub pracy pieców koksowniczych są przyczyną nowotworu płuc. Wiedza na temat mechanizmów leżących u podstaw chorób cywilizacyjnych wciąż się poszerza. Identyfikowane są mutacje i geny odpowiedzialne za proces chorobotwórczy, jednak dokładne mechanizmy biologiczne nie są do końca poznane. Odnotowane zmiany w długości telomerów w powyższych badaniach wskazują na udział tych struktur w patogenezie chorób cywilizacyjnych. Destabilizacja struktury chromosomu będąca wynikiem łamania telomerów bądź zahamowania ich syntezy może zaburzać ekspresję genów i prawidłowe funkcjonowanie komórek. Dlatego też, telomery mogą służyć jako wskaźniki ekspozycji na zanieczyszczenia środowiska, innymi słowy mogą służyć do oceny stanu zdrowia w obecności czynnika chorobotwórczego. Metoda badania jest bardzo prosta i nieinwazyjna. Należałoby pobrać krew od pacjenta i określić długość telomerów (TL) w leukocytach. Oczywiście zanim tak się stanie musi minąć jeszcze sporo czasu. Mimo, że wyniki badań są bardzo obiecujące należy je kontynuować. Bowiem niektóre z nich przeprowadzono na ograniczonej ilości osób, natomiast w innych przypadkach nie uwzględniono czynników dodatkowych tj. wiek, płeć, otyłość, nałogi, stres czy dieta, które mogą mieć wpływ na rezultat badań. Ponadto subpopulacje leukocytów mogą posiadać różne długości telomerów i należałoby to uwzględnić podczas badania.

Niemniej jednak uzyskane wyniki analiz stanowią solidną bazę w poszukiwaniu mechanizmów biologicznych leżących u podstaw chorób cywilizacyjnych. Zwracają uwagę na struktury nie zawierające sekwencji kodujących - jakimi są telomery - ale mogące mieć modulujący wpływ na ekspresję genów i prawidłowe funkcjonowanie komórek.

Marta Dębowska 

Bibliografia:

• 1. Blasco MA. Telomeres and human disease: ageing, cancer and beyond. Nat Rev Gen 2005; 6: 611-22. 
• 2. Hoxha M1, Dioni L, Bonzini M, Pesatori AC, Fustinoni S, Cavallo D, Carugno M, Albetti B, Marinelli B, Schwartz J, Bertazzi PA, Baccarelli A. Association between leukocyte telomere shortening and exposure to traffic pollution: a cross-sectional study on traffic officers and indoor office workers. Environ Health. 2009 Sep 21;8:41. doi: 10.1186/1476-069X-8-41. 
• 3. Romano GH1, Harari Y, Yehuda T, Podhorzer A, Rubinstein L, Shamir R, Gottlieb A, Silberberg Y, Pe'er D, Ruppin E, Sharan R, Kupiec M. Environmental stresses disrupt telomere length homeostasis. PLoS Genet. 2013;9(9):e1003721. doi: 10.1371/journal.pgen.1003721. Epub 2013 Sep 5. 
• 4. Shay JW, Bacchetti S. A survey of telomerase activity in human cancer. Eur J Cancer 1997; 33: 787-91. 
• 5. Zhang X1, Lin S, Funk WE, Hou L. Environmental and occupational exposure to chemicals and telomere length in human studies. Occup Environ Med. 2013 Oct;70(10):743-9. doi: 10.1136/oemed-2012-101350. Epub 2013 Jun 17.  

ilustracja: http://www.timetocleanse.com/images/telomeres.jpg