Telômeros

Melhoramento Genético

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UNIANDRADE

Nutrição Noturno

23/03/2018

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CENTRO UNIVERSITÁRIO CAMPOS DE ANDRADE
JAQUELINE ELAINE DO PRADO
O PAPEL DOS TELÔMEROS NO ENVELHECIMENTO HUMANO
CURITIBA
2017
JAQUELINE ELAINE DO PRADO
O PAPEL DOS TELÔMEROS NO ENVELHECIMENTO HUMANO
Projeto de Trabalho de Conclusão de Curso, apresentado como requisito parcial para a conclusão da disciplina de TCC I do Curso de Farmácia do Centro Universitário Campos de Andrade.
Orientadora: Dr Marisol Dominguez Muro.
CURITIBA
2017
RESUMO
Telômeros são complexos DNA-proteína não codificante que formam as extremidades dos cromossomos lineares e tem como principal função impedir o desgaste do material genético. São formados por uma sequência repetitiva de 6 nucleotídeos [5´TTAGGG3´]. Nas células somáticas, a cada processo de replicação celular ocorre um encurtamento telomérico. Essa redução leva à senescência celular e à apoptose. Diversas enzimas garantem o funcionamento correto dos telômeros mas uma em particular se destaca, quando se trata do envelhecimento, a telomerase. Esta enzima é uma transcriptase reversa capaz de adicionar sequencias especificas e repetitivas de DNA evitando assim a perda telomérica e auxiliando na manutenção da integridade do genoma. Dada a relação observada entre o comprimento do telômero e o envelhecimento, pretende-se com o presente trabalho de revisão bibliográfica caracterizar os principais aspectos estruturais e funcionais do complexo telômero/telomerase e compreender o seu papel no processo do envelhecimento. Estudos evidenciam que prevenir o encurtamento dos telômeros possa ser uma das chaves para a superlongevidade.
Palavras-chave: envelhecimento; telômeros; telomerase.
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO................................................................................................ 04
1.1 JUSTIFICATIVA ........................................................................................... 05
2 OBJETIVOS.................................................................................................... 06
2.1 OBJETIVO GERAL....................................................................................... 06
2.2 OBJETIVO ESPECÍFICO............................................................................. 06
3 METODOLOGIA.............................................................................................. 06
4 REFERENCIAL TEÓRICO.............................................................................. 07
4.1 TELÔMEROS............................................................................................... 07
4.1.1 ENVELHECIMENTO CELULAR .................................................... 07
4.1.2 ESTRUTURA E FUNÇÕES DOS TELÔMEROS............................ 07
4.1.3 REPLICAÇÃO TALOMÉRICA......................................................... 08
4.2 TELOMERASE............................................................................................. 11
5 CRONOGRAMA............................................................................................. 13
REFERÊNCIAS.................................................................................................. 14
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1 INTRODUÇÃO
Desde sua concepção até a morte, o ser humano passa por várias fases ao longo da vida como a infância, desenvolvimento, puberdade e envelhecimento. Como todas as outras fases, o envelhecimento acompanha uma série de mudanças no organismo. Essas mudanças começam relativamente cedo, e, a partir do final dos 30 anos, surgem as primeiras alterações funcionais relativas ao envelhecimento (GOTTLIEB et al., 2007).
O envelhecimento é um processo que sofre influência tanto da genética do ser humano como do seu estilo de vida, condições socioeconômicas, cultura e fatores ambientais (BARBON; WIETHÖLTER; FLORES, 2016).
A Biogerontologia é a ciência que estuda os processos que envolvem as modificações biológicas nos seres vivos que ocorrem após o período reprodutivo, trata-se de uma ciência nova que desperta cada vez mais a atenção dos cientistas (GUTIERREZ ROBLEDO, 1998). Muitas teorias vêm sendo estudas sobre o envelhecimento, entre umas delas está a teoria telomérica do envelhecimento.
Telômeros são complexos funcionais especializados que protegem as extremidades dos cromossomos eucarióticos e sofrem encurtamento em cada processo de divisão celular (PEREZ et al., 2002). Eles estão localizados nas pontas dos cromossomos e funcionam como capas protetoras dessas extremidades, possuem um papel de suma importância na manutenção da totalidade do genoma além de impedir que ocorra a fusão com os terminais de outros cromossomos (CANO,2006). Ao longo da vida, devido a muitas divisões sofridas pela célula, os telômeros tendem a sofrer encurtamento. Essa observação levou a hipótese de que o tamanho dos telômeros regula o número de replicações da célula in vivo, logo, quando um telômero chega ao seu comprimento mínimo, isso sinaliza a parada das divisões celulares e o início do envelhecimento da célula. Esse ponto é conhecido como “limite de Hayflick” e é responsável pela impossibilidade de viver para sempre (TEIXEIRA, GUARIENTO, 2010). Células com telômeros curtos tendem a morrer.
Nas células eucarióticas, essa replicação fica a cargo de uma enzima denominada polimerase, ela produz fitas duplas de DNA a partir de DNA de fitas simples e de um iniciador denominado primer que é composto de RNA. A DNA-polimerase trabalha adicionando nucleotídeos complementares a fita molde na extremidade 3´ do primer (ALVES et al., 2005).
Como a DNA-polimerase não consegue transcrever a sequência final de bases presentes da fita de DNA durante a replicação, o tamanho telomérico se reduz a cada mitose até a célula perder a sua funcionalidade (MONTAGNER, S; COSTA, A, 2009).
Com a descoberta da telomerase, em meados da década de 80, percebeu-se que ela se tratava de uma enzima única, pois possui em seu interior uma fita molde para a extensão dos telômeros e é capaz de manter o seu comprimento através da adição das repetições dos nucleotídeos formadores que das extremidades dos cromossomos (DANIEL; PEEK; TOLLEFSBOL, 2012).
Deste modo, o objetivo deste artigo é revisar a associação entre o comprimento dos telômeros e o envelhecimento humano e compreender o papel da telomerase na manutenção do comprimento telomérico.
1.1 JUSTIFICATIVA
O presente trabalho tem como principal objetivo elaborar uma revisão de artigos sobre a importância dos telômeros na manutenção das atividades celulares visando retardar o envelhecimento celular. Avaliar como a preservação dos telômeros pode ajudar a reduzir o ritmo do envelhecimento humano e como a descoberta da enzima telomerase poderá futuramente prolongar o rejuvenescimento celular.
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVOS GERAL
Fazer uma associação entre o comprimento dos telômeros e o envelhecimento celular e avaliar como a descoberta da enzima telomerase poderá atuar retardando o envelhecimento humano.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Caracterizar os principais aspectos estruturais e funcionais do complexo telômero/telomerase;
Compreender o papel da telomerase na manutenção do comprimento dos telômeros.
Analisar a associação entre o comprimento telomérico e doenças relacionadas ao envelhecimento.
3 METODOLOGIA
O trabalho apresentado constitui-se de uma revisão de artigos científicos localizados por meio de busca nas bases de dados da capes, SciELO (Scientific Eletronic Library Online), Google Acadêmico e PubMed utilizando-se os descritores “telômero”, “telomerase”, “envelhecimento celular” e “DNA polimerase” bem como os mesmos no idioma inglês e espanhol. A pesquisa se concentrou em artigos publicados nos últimos dez anos, sem excluir alguns artigos anteriores a esta data. Após a busca na literatura, foi realizada seleção dos artigos que abordavam aspectos relacionados à associação entre o envelhecimento
celular e o comprimento telomérico, e identificados conceitos e aspectos relevantes à construção deste estudo.
REFERENCIAL TEÓRICO
4.1 – TELÔMEROS
4.1.1 – Envelhecimento Celular
A principal característica do envelhecimento é causada pela deficiência funcional do organismo, onde cada via molecular é responsável por desempenhar seu papel. Estudos atuais visam direcionar para esses eventos de envelhecimento, pois intervir nessas moléculas pode atrasar ou prevenir doenças relacionadas com a idade e aumentar o tempo de vida do ser humano (LOPEZ-OTIN et al., 2013).
O envelhecimento biológico é irreversível, deixa o organismo mais vulnerável ao ataque de agressões tanto internas quanto externas e depende de diversos fatores, bem como das alterações que ocorrem nas células. Esses sinais que vão aparecendo ao longo da vida, são chamados de senescência (MORAES; MORAES; LIMA, 2010).
As células do organismo humano estão sujeitas a um controle rigoroso tanto do seu poder de proliferação, diferenciação, quanto da morte celular por apoptose. A proliferação, diferenciação e apoptose celular são essenciais para manter a total funcionalidade de todos os tecidos e órgãos do corpo humano, quando uma célula não consegue mais se dividir, dizemos que entrou em senescência celular (ANDREU; CASAÑA; HERNÁNDEZ, 2005).
4.1.2 - Estrutura e Função dos telômeros
O conceito dos telômeros surgiu na década de 30 quando Muller e McClintock observaram que no término de um cromossomo existia uma espécie de “capa protetora” que o impedia da fusão com outros cromossomos. Depois de intensas pesquisas, hoje sabemos que as extremidades dos cromossomos são constituídas por fileiras repetitivas de proteínas e DNA não codificante (Figura 1) (CONG; WRIGHT; SHAY, 2002).
Essas estruturas, além de impedir fusões e recombinações com outros cromossomos, também conseguem reconhecer danos no DNA, indicam mecanismos para replicação, participam na regulação da expressão genética e funcionam como um relógio biológico capaz de indicar quantas divisões uma célula já sofreu (PERINI; SILLA; ANDRADE, 2008).
Os telômeros consistem em longas séries de sequencias curtas e repetidas de 6 nucleotídeos [5´ TTAGGG 3´]. No decorrer do processo de divisão celular, quando o DNA se replica, uma pequena quantidade de nucleotídeos é perdida, e a medida que os telômeros diminuem eles atingem um tamanho crítico induzindo a célula entrar em senescência (SANDERS; NEWMAN, 2013). Essa senescência celular acontece quando, após um determinado número de divisões, as células estacionam em um estágio que não as permitem mais se dividir (MOTA et al., 2009).
Figura 1: Representação da localização do telômero.
Fonte: Whiteman (2015).
4.1.3 – Replicação Telomérica
Durante o processo de divisão, a célula, antes de replicar, deve duplicar seu material genético de modo a transmiti-lo as células filhas. Para que a formação de uma nova fita se inicie, as duas fitas de DNA de uma hélice precisam ser desenroladas, processo que é desencadeado pela enzima helicase. Cada fita servirá como molde para que a DNA polimerase possa produzir novas fitas (Figura 2). A replicação do DNA é iniciada em um ponto chamado de origem de replicação, gerando forquilhas de replicação em formato de Y (STRACHAN; READ, 2013).
Todo processo de replicação de DNA ocorre no sentido 3´→ 5´ para a fita molde, e no sentido 5´→ 3´ para a fita recém sintetizada, ou seja, as duas fitas de DNA são antiparalelas, contudo a DNA polimerase somente adiciona os nucleotídeos no sentido 5´→ 3´, assim, somente a fita líder é continua, a síntese da outra fita será produzida na direção contrária com inúmeros fragmentos de Okazaki (COX et al., 2012).
Figura 2: Replicação da fita de DNA
Fonte: Djalma Santos, 2010
Conforme as fitas vão sendo separadas, inicia-se o processo de adicionar os nucleotídeos. Uma enzima denominada DNA primase adiciona um iniciador de RNA (primer) para indicar onde a DNA polimerase deve começar a adicionar os nucleotídeos. A fita líder é a única que está no sentido da forquilha de replicação, nela é inserido um único primer, por isso é denominada de fita continua. O problema maior está na fita descontinua que se encontra orientada no sentido 3´→ 5´, na qual a DNA polimerase não consegue ligar e realizar a sua função pois abertura da forquilha está em sentido contrário. Para que a DNA polimerase consiga adicionar os nucleotídeos, vários primers são inseridos ao longo da fita, gerando vários fragmentos de Okazaki (figura 3 ) (JUNQUEIRA; CARNEIRO, 2012).
A síntese dos Fragmentos de Okazaki terminam sempre quando encontram o primer anterior. Seguidamente, esses primers são removidos e esses fragmentos de DNA formados são fechados pela DNA-ligase. Quando o último primer da fita é retirado, não existe mais espaço onde possa ser inserido um novo primer, dessa forma, a DNA polimerase não consegue preencher esse último pedaço da fita molde, o que torna a fita mais curta. A cada processo de replicação, esse problema se repete, tornado o telômero mais curto a cada ciclo até atingir a senescência replicativa (PERINI; SILLA; ANDRADE, 2008). O número de divisões que ocorrem nas células somáticas antes que elas entrem em senescência é chamado de limite de Hayflick (ZVEREVA et al, 2010).
Figura 3: Representação dos Fragmentos de Okazaki
Fonte: Djalma Santos, 2010
O comprimento do telômero varia entre as diferentes espécies e tipos de células. Em células somáticas onde não existe a ação da telomerase, os telômeros reduzem de 50 a 100 pares de bases a cada processo de divisão celular. Além do processo de divisão celular, os telômeros podem sofrem encurtamento devido ao estresse oxidativo (KIM et al., 2017).
Segundo Cano (2006), a maioria das células humanas somáticas podem se dividir entre 50 e 60 vezes até que seus telômeros atinjam um tamanho que impossibilite o cromossomo de se replicar.
4.2 – TELOMERASE
Desde a descoberta da telomerase, há 35 anos atrás, pesquisas estão sendo dedicadas para a compreensão do papel dessa enzima. Estudos evidenciam a importância da telomerase na manutenção do comprimento telomérico (DAVY; ALLSOPP, 2014).
A telomerase é uma enzima transcriptase reversa, ou seja, adiciona as bases nitrogenadas no final da fase S do ciclo celular compensando sua perda talomérica natural. Além da subunidade hTERT (Human Telomerase Reverse Transcriptase) ela possui também uma subunidade de RNA hTERC (Human Telomerase RNA Component) que é capaz de usar esse RNA como molde para sintetizar a nova fita de DNA na extremidade 3´ do cromossomo (PEDROSA; CARDOSO; MACHADO, 2008). O molde RNA se emparelha com a cadeia de DNA telomérica em cadeia simples e os nucleotídeos são adicionados individualmente na sequencia correta a extremidade 3´ e a telomerase progride descontinuamente (figura 4) (PERINI; SILLA; ANDRADE, 2008).
Figura 4 – Enzima telomerase
Fonte: Richards on the brain
A telomerase encontra-se inativa na maioria das células somáticas, mas é ativa nas células germinativas e em outros tecidos auto-renováveis (LIU et al.,2004). Nas células somáticas, o desgaste dos telômeros causado por replicações incompletas, leva a uma perda de 100 a 200 nucleotídeos aproximadamente, a cada processo de duplicação cromossômica (Qi et al., 2011).
As células somáticas possuem uma capacidade limitada de duplicação e isso determina seu tempo de vida, já as células germinativas apresentam um tempo de vida infinito. Em condições adequadas, as células somáticas podem sofrer até 90 divisões antes de entrar em senescência e quando isso acontece, as divisões acabam e o processo de envelhecimento é desencadeado (SEIBERT, NETO).
Além da perda da capacidade de divisão e da inatividade da telomerase, as células também sofrem ação dos radicais livres que podem comprometer o funcionamento celular. Essas lesões oxidativas podem alterar tanto o tempo de vida celular quanto influenciar no comprimento dos telômeros pois, ao ficarem curto o suficiente até o ponto
que impossibilite a célula de se dividir (limite de Hayflick), não existe mais lugar para o rejuvenescimento. Quando a célula atinge o final do período de senescência inicia-se o processo de morte celular por apoptose. O encurtamento dos telômeros também está associado ao maior risco de doenças como o câncer de mama, hipertensão, diabetes mellitus, aterosclerose e estresse psicológico (SILVA; FERRARI, 2011).
Estudos dos últimos anos comprovaram que hábitos saudáveis como a prática de exercícios e uma dieta balanceada foram associados a telômeros mais longos. Indivíduos centenários também apresentaram telômeros compridos (ATZMON et al., 2010).
Hoje temos a certeza de que os telômeros são importantes para manter o tempo de vida de uma célula, entretanto o envelhecimento é um processo muito mais complexo. Pesquisas ainda continuam a progredir nessa área (JARDIM; ASHTON-PROLLA; MALUF, 2009).
A ativação da telomerase pode ser útil no tratamento de doenças pertinentes a idade, potencializando o rejuvenescimento. Muitos avanços vêm sidos observados sobre a relação do complexo telômero/telomerase com o envelhecimento celular (LEMOS, 2015)
5 CRONOGRAMA
ANO
2017
2018
OBJETIVO/MÊS
Jul
Ago
Set
Out
Nov
Dez
Jan
Fev
Mar
Abr
Mai
Jun
Escolha do tema
X

Leitura das referências
X
X
X

Elaboração ref teórico

X
X
X

Discussão sobre objetivos

Desenvolvimento projeto

X
X
X

Entrega/Apres. Projeto

Coleta de dados

X
X
X
X

Organização dos dados

X
X
X

Redação do TCC

X
X
X

Defesa

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Correção final do TCC

X
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REFERÊNCIAS
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