Telomeerit

Biologi Leonard Hayflick (s. 20.5.1928 Philadelphia) väitteli tohtoriksi Pennsylvanian yliopistossa vuonna 1956. Leonard Hayflick esitti vuonna 1961, että normaalit ihmisen solut eivät voi jakautua loputtomiin. Jossakin vaiheessa solujen uusiutuminen päättyy ja solut kuolevat. Mitoosiksi kutsutaan sitä prosessia, jossa solut uusiutuvat jakautumalla. Varhaisessa vaiheessa solujen uusiutuminen on hyvinkin reipasta ja nopeaa ja pitkäikäisimmät solut uusiutuvat noin viisikymmentä kertaa, mutta suurin osa soluista jakautui kuitenkin paljon harvemmin. Tohtori Hayflick kutsui tätä solujen siirtymistä väsyneeseen vaiheeseen senesenssiksi – solut siis vanhenevat. Solut ovat elossa, mutta eivät jakaudu enää. Solujen vanhenemisen pysäyttävät lyhentyneet telomeerit (kreik. telos eli loppu ja meros eli osa).

Biologi Leonard Hayflick.

Telomeerit ovat eukaryoottisilla eli aitotumaisilla soluilla esiintyvä DNA-jakso kromosomien päissä. Telomeerit muodostavat kromosomin päähän silmukoita, jotka estävät kromosomien päitä liittymästä toisiinsa. Silmukka muodostuu telomeerin päässä sijaitsevasta yksijakoisesta osasta, joka hybridisoituu telomeerin keskellä olevan vastinjakson kanssa. Reaktio on entsyymin katalysoima ja sama katalyytti yhdessä muiden proteiinien kanssa muodostaa kompleksin, joka stabiloi silmukan. Tärkeimpiä telomeereihin sitoutuvia proteiineja ovat TRF1- ja TRF2-kompleksit. Kun telomeerit lyhenevät liikaa, ne eivät enää muodosta silmukoita, jolloin kromosomit voivat yhdistyä. Normaalit solut eivät kykene korjaamaan virhettä ja ne saattavat ajautua apoptoosiin eli ohjelmoituneeseen solukuolemaan. Tätä luonnollista rajaa, johon solujen vanhetessa jakautuminen pysähtyy, kutsutaan tänään Hayflickin rajaksi.

Jotta kehomme säilyttäisi terveytensä, on mm. suoliston solujen, immuunisolujen, luusolujen, haimasolujen, maksasolujen, keuhkosolujen, iho- ja hiussolujen, hippokampuksen, sydämen ja verisuonten seinämien solujen jakauduttava jatkuvasti. Näihin uusiutuviin soluihin kuuluu immuunisolujen lisäksi myös esisoluja, jotka jakautuvat normaaleja soluja pitempään ja kantasoluja, joiden jakautuminen jatkuu niin pitkään kun ne pysyvät terveinä. Jossakin mielessä on aivan tervetullutta, että solujen jakautuminen päättyy aikanaan, koska muutoin solut saattaisivat muuttua syöpäsoluiksi. Siksi sana senesenssi on läheistä sukua sanalle seniili, vanhuudenheikko. Nämä vanhuudenheikot solut eivät ole kuitenkaan pelkästään harmittomia tapauksia, koska väsymyksen lisäksi ne ovat myös hämmentyneitä, eivätkä tahdo ymmärtää saamiaan signaaleja. Väsyneet solut eivät myöskään jaksa lähettää tarpeellisia viestejä muille soluille. Ne ovat menettäneet kykynsä tehtävien hoitoon.

Kun vilkas ja rehevä solujen kasvun aikakausi päättyy, alkaa se näkyä ihmisen terveyden heikentymisenä. Lopulta riittävä määrä soluja menettää toimintakykynsä ja kehon kudokset alkavat vanheta. Kun esim. verisuonten seinämät täyttyvät hiljalleen vanhentuneista soluista, valtimot menettävät elastisuutensa ja jäykistyvät, mikä lisää sydänkohtausriskiä. Immuunisolut, jotka taistelevat erilaisia infektioita vastaan, eivät vanhetessaan huomaa lähestyviä viruksia ja ihminen voi sairastua helpommin esim. keuhkokuumeeseen tai flunssaan. Vanhenneista soluista samoin vuotaa tulehdusta aiheuttavia aineita, jotka aiheuttavat lisää kipuja sekä kroonisia sairauksia. Vanhat solut ajautuvat vääjäämättä lopulta kohti solukuolemaan. Paitsi vanhenemiseen niin telomeerien lyhentymisellä epäillään olevan yhteys myös syöpien syntyyn. Lyhyet telomeerit liittyvät kolminkertaiseen ja keskipitkät telomeerit kaksinkertaiseen riskiin sairastua syöpään. Eräissä monogeenisissä oireyhtymissä, kuten Wernerin oireyhtymässä – erittäin harvinaisessa taudissa vanheneminen alkaa jo murrosiän jälkeen – ja Bloomin oireyhtymässä – aiheuttaa kasvojen punoitusta, lyhytkasvuisuutta ja valonarkuutta sekä lisää leukemian riskiä ja lisääntymiskyvyttömyyttä – esiintyy telomeerien toimintahäiriötä ja ennenaikaista ikääntymistä. Samoin Downin oireyhtymässä tavataan varhaista ikääntymistä ja oireyhtymää sairastavilla henkilöillä veren valkosolujen telomeerit ovat normaalia lyhyemmät.

Useat terveet ihmissolut jatkavat jakautumistaan niin kauan kuin niiden telomeerit sekä proteiinit ja kaikki muut elintärkeät rakennusaineet säilyvät toimintakykyisinä. Kun telomeerit lopulta rapistuvat, vanhenevat solut ja tämä kohtalo on myös hämmästyttävien kantasolujen edessä aikanaan. Tästä solujakautumisen luonnollisesta hiipumisesta osittain johtuu myös terveen elinajan päättyminen. Yleensä tämä tapahtuu ihmisillä siinä seitsemän kahdeksankymmenen vuoden iässä, mutta jokuset voivat elää täysin tervettä elämää vielä merkittävästi pidempäänkin. Keski-iän noustessa maailmassa elää tänä päivänä useampi satatuhatta yli satavuotista ihmistä. Heitäkin nopeammin kasvaa yli yhdeksänkymmenvuotisten joukko maailmassa. Aina kuitenkaan solujen jakautuminen ei syystä tai toisesta suju niin kuin pitäisi. Kun solujen uusiutuminen käynnistyy, alkaa vanhuus ennen aikojaan. Ihmisen kronologinen ikä on vaikuttavin sairastavuuteen vaikuttavista tekijöistä ja se heijastaa elimistön sisällä kuohuvaa biologista ikääntymistä.

Meidän geenimme määrittelevät, kuinka pitkiä telomeerimme ovat syntymähetkellä ja kuinka nopeasti ne kuluvat, mutta voimme onneksi myös vaikuttaa omiin geeneihimme – ainakin jonkin verran. Telomeerit muistuttavat hieman kengännauhojen päässä olevia muoviosia, jotka estävät kengännauhoja rispaantumasta. Tässä vertauksessa kengännauhat edustavat siis kromosomeja ja muoviosat päissä olisivat telomeereja. Telomeerien koko voidaan ilmaista emäspareina. Telomeerit ehkäisevät geneettisen aineiston purkaantumista kromosomeista ja ne suojaavat solua vanhenemiselta. Kuitenkin ajan mukana telomeerien koko lyhenee ja vaikutus heikkenee. Vastasyntyneellä vauvalla telomeerien pituus on noin 10 000 emäsparia. 35-vuotiaalla telomeerien pituus on 7 500 emäsparia ja 65-vuotiaalla niiden pituus on enää noin 4 800 emäsparia.

Ahdistuksen tunne vaikeissa tilanteissa vaikuttaa lyhentävästi telomeereihin. On siis hyvä opetalla positiivisesti suhtautumaan asioihin. Mielen ja kehon erilaiset rentoutusmenetelmät voivat vähentää stressiä ja tehdä hyvää telomeereille. Verenkiertoelimistöä aktivoiva liikunta on ihanaa telomeereille. Tuoreet raaka-aineet ravinnossa tekevät hyvää telomeereille, mutta makkara ja liha taas eivät ole hyväksi telomeereille. Tietyt asuinalueet, kuten esim. lähiöt tai slummit, saattavat olla niin ahdistavia paikkoja asua, että telomeerit kärsivät niistäkin.

Kantasoluista kehittyneet eri kudosten solut omaavat ilmiömäisen kyvyn erilaistua eri solutyypeiksi. Kantasolut sijaitsevat kantasolupesissä, jotka muistuttavat hieman VIP-asiakkaiden odotustiloja. Nämä kantasolupesät sijaitsevat yleensä siinä kudoksessa, jonka soluja kantasoluista muodostuu, tai ainakin kyseisen kudoksen lähettyvillä. Toiset sydämen kantasolut sijaitsevat oikea kammion seinämässä, ihon kantasolut ovat karvatuppien alla, ja lihasten kantasolut syvällä lihassyissä. Hyvässä tilanteessa kantasolut ovat rauhallisessa lepotilassa ja pysyvät pesässään. Kudoksen kaivatessa uudistumista kantasolut tulevat pesistään esille. Uusien solujen tarpeeseen kantasolut alkavat jakautua ja tuottaa uusiutumiskykyisiä soluja, joita elimistö tarvitsee juuri sillä hetkellä. Sairastuessasi tarvitset lisää immuunisoluja eli valkoisia verisoluja, tällöin verenkiertoon tulee luuytimestä juuri jakautuneita veren kantasoluja. Kantasolut uudistavat samoin suolen seinämää, joka normaalin ruoansulatuksen yhteydessä tahtoo kulua. Samoin ne tuottavat hilseilleen ihon tilalle aivan uutta ihoa. Mikäli lenkillä ollessasi pohjelihaksesi revähtää, kantasolut ryhtyvät jälleen jakautumaan, jolloin jokaisesta kantasolusta syntyy kaksi solua; toinen näistä jakautuneista soluista jää kantasolupesään ja toinen jakautuneista kantasoluista muuttuu lihassoluksi, joka korvaa vaurioitunutta kudosta. Kun sinulla on riittävä varasto uusiutumiskykyisiä kantasoluja, olet terveyden ja sairauden torjumisen sekä vammoista parantumisen suhteen onnellisessa tilassa.

Jahka telomeerit ovat lyhentyneet tarpeeksi pieniksi, niiden viestittämät signaalit seisauttavat solunjakautumisen ja kopioitumisen. Tällöin solut eivät pysty enää uusiutumaan ja solut vanhenevat. Kantasolun vanhetessa se vetäytyy pysyvästi eläkepäiville, eikä enää poistu kantasolupesästään. Muut vanhentuneet solut jäävät sinne, missä sattuivat tuolloin olemaan, kykenemättä hoitamaan omia tehtäviään enempää. Näiden solujen energialaitokset eli mitokondriot menevät epäkuntoon, jolloin solua on kohdannut ns. energiakriisi.

Vanhentuneen solun DNA ei kykene enää viestimään tehokkaasti solun muiden osien kanssa, eikä solu pysty enää oikein huolehtimaan itsestään. Solun sisällä tulee ahdasta, sillä sinne kertyy mm. kangerrellen toimivia proteiineja ja lipofuskiinia eli kellanruskeasta väriaineesta koostettua törkyä, joka silmänpohjaan kerääntyneenä pystyy vaurioittamaan makulaa eli silmän verkkokalvon tarkan näön aluetta ja kudoksissa aikaan saa neurologisia sairauksia. Kaikkein pahinta on silti se, että vanhentuneet solut ovat omenasaavin mätiä omenia, jotka tulehdusaineiden mukana lähettävät vääriä hälytyksiä eri puolille elimistöä. Kaikki elimistön solut vanhenevat yleisesti ottaen samalla tavalla. Prosessi kuitenkin muuntuu sen mukaan, mistä solutyypistä on kulloinkin kyse ja missä kehon kohdassa kyseinen solu sijaitsee. Luuytimen vanhentuneet solut estävät punasolujen ja immuunisolujen kantasoluja jakautumasta asianmukaisesti tai vääristävät kantasolujen toimintaa siten, että verisoluja muodostuu aivan liikaa. Haimasolujen vanhentuessa ne eivät enää havaitse tarkasti signaaleja, jotka ohjaavat insuliinituotantoa. Vanhentuneista aivosoluista saattaa erittyä aineita, jotka tappavat hermosoluja. Perusprosessi ikääntymisessä on samankaltainen suurimmalla osalla tutkituista soluista, mutta koska vanheneminen ilmenee kovin eri tavoin eri solutyypeissä, myös sen aiheuttamat vahingot ovat hyvin erilaisia eri puolilla elimistöä.

Hiljaisena kytevää tulehdusta kutsutaan englanniksi sanalla inflammaging. Se on yhdistelmä sanoista inflammation eli tulehdus ja aging eli ikääntyminen. Tällä sanalla tarkoitetaan kroonista, matala-asteista tulehdusta, joka usein vaivaa kehoamme ihmisen vanhetessa. Matala-asteinen tulehdus johtuu monista syistä, kuten esim. proteiinien tai telomeerien vaurioitumisesta. Milloin solun geenit ovat vaurioituneet tai telomeerit lyhentyneet vaarallisen paljon, alkaa DNA:n kallisarvoinen informaatio olla vaarassa. Solu alkaa erittää molekyylejä, jotka lähtevät toisiin soluihin pyytämään apua tilanteeseen. Näitä SASP-molekyyleistä (senesenssiin assosioituva sekretorinen fenotyyppi) saattaa olla hyötyä. Mikäli solun senesenssi johtuu vauriosta, se voi erittämiensä molekyylien välityksellä lähettää naapuruston immuunisoluille ja muille korjaustyötä työstäville soluille signaaleja, joka kutsuu remonttijoukot paikalle.

Tämä sinänsä hyödyllinen tapahtuma voi mennä myös pahasti vahingolliseen suuntaan. Telomeerit alkavat reagoida epätavallisella tavalla DNA:n vahingoittumiseen. Ne ovat kovin huolissaan omasta turvallisuudesta, että ne eivät päästä solun paikalle hälyttämiä pelastajia sisälle. Kuukausiakin voi lyhyt telomeeri vain olla vanhenevan solun sisällä ja lähettää hätäviestejä sallimatta solun tehdä mitään vaurioiden korjaamiseksi. Tämä toiminta muodostuu varsin tuhoisaksi ilmiöksi. Solusta tulee kuin kuin omenasaavissa oleva mätä omena, joka alkaa kaltoin kohdella ympäröiviä kudoksia. Yhdysvaltalainen biokemisti, solubiologi ja Buck Institute for Research on Agingissa biogerontologian professorina työskentelevä, Judith Campisi, löysi SASP-vasteen. Judith Campisi valmistui kemian maisteriksi vuonna 1974 ja biokemian tohtoriksi vuonna 1979 New Yorkin osavaltion yliopistosta, Stony Brookista, sekä suoritti tutkijatohtorikoulutuksen Harvard Medical Schoolissa vuonna 1982. Campisi liittyi ensin Boston university medical schooliin ja siirtyi Lawrence Berkeleyn kansalliseen laboratotioon vanhemmaksi tiedemieheksi vuonna 1991. Sieltä hän vaihtoi Buck-instituuttiin vuonna 2002. Campisi havaitsi, että apua pyytäneet ja vanhentuneet solut tekevät ympäristön myös syöpäsoluille suotuisaksi.

Akuutti, lyhytkestoinen tulehdus parantaa vaurioituneita soluja, toisin kuin pitkittynyt ja krooninen tulehdus, joka häiritsee normaalia kudosten toimintaa. Tulehduksesta johtuvia sairauksia on aivan liian paljon. Pitkittynyt tulehdus voi puhkaista aivosairauden, sydäntaudin, iensairauden, Crohnin taudin, nivelreuman, keliakian, hepatiitin, syövän, astman ja monia muita vakavia sairauksia. Mikäli haluat taistella vanhenemiseen liittyvää pitkäaikaista tulehdusta vastaan ja nauttia terveistä elinvuosista mahdollisimman pitkään, kannattaa panostaa kroonisen ja pitkäaikaisen tulehduksen ehkäisyyn ja telomeerien suojeluun. Kannattaa yrittää pitää telomeerit mahdollisimman pitkinä, sillä lyhentyneet solujen telomeerit lähettävät ympäristöönsä jatkuvasti tulehdusta lisääviä signaaleja.

Tutkimuksissa on havaittu, että kehomme merkittävin ja aktiivisin matala-asteisen tulehduksen syntyalue sijaitsee vatsaontelon sisäelinrasvassa eli viskeraalisessa rasvakudoksessa. Matala-asteinen tulehdus on tila, jossa esim. rasvakudoksesta erittyy tulehdusta lisääviä välittäjäaineita. Kun rasvakudoksen määrä kasvaa, lisääntyy myös tulehdusta edistävien välittäjäaineiden pitoisuus ja vastaavasti tulehdukselta suojaavien välittäjäaineiden pitoisuus vähenee. Vaikka matala-asteinen tulehdus itsessään onkin oireeton, voi se vaarallisesti vaikuttaa esim. lihavuuden, tyypin 2 diabeteksen, metabolisen oireyhtymän tai sepelvaltimotaudin taustalla. Metabolista oireyhtymää varsin usein edeltää merkittäviä riskitekijöitä, joita ovat mm. painonnousu, tupakointi ja verenpaineen kohoaminen. Tutkimusten mukaan korkea tulehdusindeksi nostaa jopa 32 prosenttia sydän- ja verisuonitaudin riskiä. Masennuspotilailla on huomattu 30 prosentin nousu aivojen tulehdusta osoittavissa merkkiaineissa verrattuna masennusta potemattomiin henkilöihin. Tulehdus on merkittävässä roolissa tutkimuksen mukaan myös neurodegeneraatiossa ja Alzheimerin taudin synnyssä ja progressiossa.

Adiponektiini on rasvakudoksesta verenkiertoon erittyvä hormoni, joka lisää insuliiniherkkyyttä ja vaikuttaa edullisesti verenkiertoelimistöön. Tätä hormonia pidetään yleisesti suojaavana välittäjäaineena, joka hillitsee matala-asteista tulehdusta ja toimii merkittävänä säätelijänä tulehdusta kohottavien ja estävien välittäjäaineiden verkostossa. Tulehdusmerkkiaineet ovat hyvin monissa tieteellisissä tutkimuksissa osoittautuneet monien uusien sairauksien riskin osoittajiksi, mutta silti tulehdusmerkkiaineiden testaaminen mittaamalla ei ole muodostunut potilastyössä vielä rutiininomaiseksi. Matala-asteinen tulehdus ei kuitenkaan yksin aiheuta sairauksia, mutta se on mukana synnyttämässä koko joukon vakavia, kroonisia ongelmia sairauksien muodossa elimistöömme.