Ενημερώθηκε στις 25/12/2024

Το μέλλον έχει φτάσει. Τα τελευταία χρόνια γίνεται μια επανάσταση με “γονιδιακά” φάρμακα. Με αυτά ο άνθρωπος μπορεί να παρεμβαίνει στη φύση, θεραπεύοντας ασθένειες που μέχρι πριν λίγο θεωρούνταν ανίατες.

Με τα “γονιδιακά” φάρμακα μπορούμε να παρεμβαίνουμε σε συγκεκριμένους στόχους και μελλοντικά θα θεραπεύονται με αυτά πολλές νόσοι γονιδιακές και μη (π.χ. καρκίνοι, καρδιαγγειακές παθήσεις, ιώσεις κλπ.) στοχευμένα – εξειδικευμένα και με λιγότερες παρενέργειες.

Τα άλλα φάρμακα παρεμβαίνουν σε υποδοχείς, πρωτεΐνες και ένζυμα-πρωτεΐνες (π.χ. μικρομοριακά φάρμακα και μονοκλωνικά αντισώματα).

>>> Μια κατηγορία “γονιδιακών” φαρμάκων είναι αυτά που έχουν στόχο το αγγελιοφόρο RNA (messenger RNAή mRNA) συνήθως σταματώντας εξειδικευμένα τη δημιουργία ορισμένων ανεπιθύμητων πρωτεϊνών (Gene silencing). Αυτά είναι τα φάρμακα ASO και τα φάρμακα siRNA.

>> Επιπλέον αναδύεται μια νέα κατηγορία ολιγονουκλεοτιδίων (DNA ή RNA μονής έλικας) που λέγονται απταμερή.

(Τα απταμερή δρουν σαν τα μονοκλονικά αντισώματα και ενώνονται με κάποιο στόχο, π.χ. πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, μικρά μόρια, τοξίνες, βαρέα μέταλλα, πεπτίδια, καρκινικά κύτταρα, ιούς, βακτήρια κλπ.)

>>> Μια άλλη κατηγορία γονιδιακών φαρμάκων  χρησιμοποιεί ένα νέο γονιδιακό εργαλείο το CRISPR-Cas9 που επεμβαίνει και επεξεργάζεται απευθείας το DNA στον πυρήνα των κυττάρων. Η μεταβολή του DNA είναι μόνιμη με αυτή τη μέθοδο. (Δες πιο κάτω)

Τα φάρμακα ASO και τα φάρμακα siRNA

Οι γονιδιακές θεραπείες που αφορούν τη χορήγηση συγκεκριμένων τμημάτων DNA ή RNA (Δες στο τέλος) που έχουν στόχο το αγγελιοφόρο RNA και είναι κυρίως 2 κατηγοριών: Τα φάρμακα ASO και τα φάρμακα siRNA

Συγκεκριμένα τα φάρμακα ASO αποτελούνται από μονή έλικα DNA και τα φάρμακα siRNA αποτελούνται από διπλή έλικα RNA (Δες μετά)

dsRNA

Πιο πάνω φαίνεται ASO με μονή έλικα DNA  και siRNA με διπλή έλικα RNA

Πιο πάνω φαίνεται η κατασκευή του RNA και του DNA

Για να δράσουν τα φάρμακα που έχουν στόχο το αγγελιοφόρο RNA πρέπει να υπερνικηθούν ορισμένα εμπόδια: Η είσοδος τους στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων, η σταθερότητα τους και να αποφευχθεί η απάντηση της εγγενούς ανοσίας.

https://www.nature.com/articles/nbt.3802

Προς το παρόν υπάρχει η τεχνολογία των φαρμάκων που παρεμβαίνουν στο mRNA με δράση στο ήπαρ [μέσω N-Ακετυλογαλακτοζαμίνης (GalNAc) ή λιπο-νανοσωματιδίων (LNPs)] και τα ASO (δες πιο κάτω) με τοπική χορήγηση στο Κεντρικό Νευρικό Σύστημα, τώρα όμως η έρευνα επικεντρώνεται στην είσοδο – δράση τους και σε άλλα όργανα.

[Η GalNAc είναι απαραίτητη για την επικοινωνία μεταξύ των κυττάρων. Στη φαρμακευτική των φαρμάκων που μπλοκάρουν το mRNA, αυτή ενώνεται με τους ασιαλογλυκοπρωτεϊνικούς (asialoglycoprotein) υποδοχείς (ASGPR) των ηπατοκυττάρων]

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169409X23003885

https://www.cell.com/molecular-therapy-family/molecular-therapy/fulltext/S1525-0016

>> Μέχρι τώρα έχουν εγκριθεί ορισμένα “γονιδιακά” φάρμακα που επεμβαίνουν στο mRNA, δυο κατηγοριών,της κατηγορίας των Συμπληρωματικών Ολιγονουκλεοτιδίων (anti-sense oligonucleotide ή ASO) και των μικρών παρεμβαινόντων RNA (small-interfering RNA ή siRNA)

Αυτά μειώνουν ή καταστρέφουν το mRNA εμποδίζοντας τη μετάφραση (translation) του στην ανεπιθύμητη πρωτεΐνη. (δες στο τέλος)

Με την ευρεία έννοια και τα mRNA εμβόλια για τον κορωνοϊό SARS-CoV-2  είναι γονιδιακά φάρμακα – εμβόλια.

[Το εμβόλιο της Pfizer – BioNTech και το εμβόλιο της MODERNA περιέχουν messenger-RNA (mRNA), που χορηγείται στο σώμα, ώστε να κατασκευαστεί από τα κύτταρα μας η spike πρωτεΐνη αγκίστρωσης του SARS-CoV-2 στα κύτταρα μας.

Έτσι  παράγονται αντισώματα από το ανοσοποιητικό μας σύστημα, έτοιμα για να μπλοκάρουν τη spike πρωτεΐνη του SARS-CoV-2 ώστε να μην μπορεί ο ιός να διεισδύσει στα κύτταρα μας αν  μολυνθούμε από αυτόν μελλοντικά]

ΤΑ ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑΤΙΚΑ ΟΛΙΓΟΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ (ASO)

Τα φάρμακα συμπληρωματικά ολιγονουκλεοτίδια ή ASO (ΑntiSense Oligonucleotide), μειώνουν την παραγωγή πρωτεΐνης από ένα γονίδιο [μειώνουν την έκφραση (μετάφραση) του γονιδίου στην αντίστοιχη πρωτεΐνη του]. Αυτά έχουν κατάληξη σε rsen.

Θεωρούνται ιδανικά φάρμακα για θεραπείες ακριβείας, με ελάχιστες παρενέργειες και μακρά διάρκεια δράσεως.

[Όμως τα φάρμακα ASO μπορεί να σχεδιαστούν να αυξάνουν κάποια πρωτεΐνη στόχο αν ενωθούν με miRNA που τη μειώνει (δες πιο κάτω).

Για παράδειγμα  το miR-21 μειώνει τη δράση γονιδίων που καταπιέζουν τη δημιουργία όγκων, έτσι αυξάνει την ογκογένεση, οπότε ένα φάρμακο ASO που θα μπλοκάρει το miR-21, θα μειώνει την ογκογένεση]

Τα φάρμακα συμπληρωματικά ολιγονουκλεοτίδια αποτελούνται από μια μονή έλικα συνθετικού DNA (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) που ενώνεται με το αγγελιοφόρο RNA (messenger ή mRNA) στόχο του και σταματά την μετάφραση- παραγωγή της αντίστοιχης πρωτεΐνης από τα ριβοσώματα των κυττάρων του ήπατος και του κεντρικού νευρικού συστήματος (με τοπική έγχυση) προς το παρόν.

Αυτά έχουν συνήθως 12 με 25 βάσεις DNA και ενώνονται στο αντίστοιχο mRNA, μέσω των συμπληρωματικών βάσεων.

Οι ενώσεις μεταξύ των απέναντι βάσεων είναι πάντα G με C , C με G , A με U , Τ με Α. (Το mRNA αντί για Τ έχει  U, οπότε η Α ενώνεται με U) Δες στο τέλος

Όταν συμβεί η ένωση του συμπληρωματικού ολιγονουκλεοτιδίου (ASO) με το mRNA, σταματά η παραγωγή της αντίστοιχης πρωτεΐνης στόχου, με διάφορους μηχανισμούς και κυριότερο την καταστροφή του mRNA από το ένζυμο Ριβονουκλεάση Η1.

Τα εγκεκριμένα φάρμακα ASO, από το FDA, μέχρι στιγμής είναι 11:

# Το Mipomersen (Kynamro) που μειώνει την παραγωγή της πρωτεΐνης Apo B 100 και ενδείκνυται για την ομόζυγη οικογενή Υπερχοληστεριναιμία  (HoFH).

 # Το Volanesorsen (Waylivra) που μειώνει την παραγωγή της απολιποπρωτεΐνης C-III (apoC-III) και χορηγείται σε ανθρώπους με Σύνδρομο οικογενούς Χυλομικροαιμίας (Familial Chylomicronemia Syndrome ή FCS), αλλά και σε ανθρώπους με ψηλή apoC–III ή/και ψηλά Τριγλυκερίδια νηστείας > 500 mg/dL, που είναι ταυτόχρονα ψηλού κινδύνου για Καρδιαγγειακά επεισόδια παρά τις υγιεινοδιαιτητικές αλλαγές και τη χρήση Στατίνης ή/και Φιμπράτης.

# Το Inotersen (Tegsedi), που μειώνει την παραγωγή της Τρανσθυρετίνης (TTR) και χορηγείται σε όσους έχουν πολυνευροπάθεια από Κληρονομική Αμυλοείδωση από Τρανσθυρετίνη (ATTRh amyloidosis). (Αυτή οφείλεται σε μετάλλαξη του γονιδίου της Τρανσθυρετίνης)

# Το Nusinersen (Spinraza) που χρησιμοποιείται στη Νωτιαία Μυϊκή Ατροφία (spinal muscular atrophy). [Αυτό στοχεύει τον intronic splicing silencer N1 (ISS-N1) ώστε τελικά το εξώνιο 7 συμπεριλαμβάνεται στο mRNA της SMN2,  οπότε αυξάνεται η παραγωγή της λειτουργικής πρωτεΐνης SMN (Survival of Motor Neuron)]

https://ir.lib.uth.gr/xmlui/bitstream/handle/11615/58042/23714.pdf

# Tofersen (Qalsody)  για τη θεραπεία της πλάγιας (πλευρικής) Αμυοτροφικής σκλήρυνσης (Amyotrophic Lateral Sclerosis ή ALS). Αυτό εξουδετερώνει το mRNA του μεταλλαγμένου γονιδίου SOD1, οπότε σταματά η παραγωγή των τοξικών πρωτεϊνών SOD1 που προκαλούν την πάθηση.

# Για τη θεραπεία της Μυϊκής Δυστροφίας Duchenne (Duchenne muscular dystrophy ή DMD) έχουν εγκριθεί 4 φάρμακα ASOs, που δρουν σε διάφορες μεταλλάξεις του γονιδίου της πρωτεΐνης Δυστροφίνης (απαραίτητη για τη λειτουργικότητα και ακεραιότητα των μυϊκών ινών) ώστε αυτή να παράγεται λειτουργική.

>> Το Eteplirsen (Exondys 51) που προκαλεί παράκαμψη του εξωνίου 51.

>> Το Golodirsen (Vyondys 53) και το Viltolarsen (Viltepso) που προκαλούν παράκαμψη του εξωνίου 53.

>> Το Casimersen (Amondys 45) που προκαλεί παράκαμψη του εξωνίου 45

# Το Formivirsen (Vitravene) είναι το πρώτο ASO που εγκρίθηκε το 1998. Αυτό χορηγείτο σε αμφιβληστροειδίτιδα από κυτταρομεγαλοϊό ή CMV (ιός με διπλή έλικα DNA ή dsDNA), αλλά λόγω ανακάλυψης άλλων αντι-ιικών φαρμάκων σταμάτησε να παράγεται.

(Ενώνεται με mRNA του ιού και σταματά την παραγωγή της πρωτεΐνης IE2, που χρειάζεται για τον πολλαπλασιασμό του)

# Το Olezarsen (Tryngolza) χρησιμοποιείται για τη θεραπεία του Συνδρόμου της Οικογενούς Χυλομικροναιμίας (FCS) και στρέφεται κατά της απολιποπρωτεΐνης C.

[Το Imetelstat (Rytelo) δεν είναι ASO, μοιάζει όμως με αυτό και χρησιμοποιείται για τη θεραπεία των ασθενών με Μυελοδυσπλαστικό Σύνδρομο που χρειάζονται συχνές μεταγγίσεις αίματος.

Αυτό συνδέεται στέρεα με το τμήμα RNA της τελομεράσης, οπότε μπλοκάρει τη δράση της κατευθείαν. Έτσι μειώνεται το μήκος των τελομερών και τελικά προκαλείται ο θάνατος των καρκινικών κυττάρων]

# Πολλά άλλα ASO φάρμακα εξελίσσονται για διάφορες παθήσεις, π.χ για όσους έχουν αυξημένη Λιποπρωτεΐνη α ή Lp(a) εξελίσσεται το Pelacarsen (TQJ230)

https://classic.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04023552

ΤΑ siRNA ΦΑΡΜΑΚΑ

Τα siRNA (silencing RNA ή short interfering RNA) είναι μικρά ολιγονουκλεοτίδια RNA διπλής έλικας (double-stranded RNA) που παράγονται από το σώμα για άμυνα κατά ξένου εισβολέα που παρουσιάζει RNA και για μείωση της παραγωγής κάποιας πρωτεΐνης (όπως και τα mi RNA).

Αυτά έχουν κατάληξη σε siran.

Τα siRNA φάρμακα αποτελούνται από μικρό αριθμό βάσεων, συσσωρεύονται στο ήπαρ και κερματίζουν το mRNA της ανεπιθύμητης πρωτεΐνης που παράγεται σ’ αυτό. Υπ’ όψιν ότι γίνεται προσπάθεια να αναπτυχθούν και siRNA φάρμακα που να δρουν και σε άλλα όργανα.

Το siRNA φάρμακο, αφού μπει στο κυτταρόπλασμα, ενώνεται με το σύμπλεγμα της πρωτεΐνης TRBP  (transactivation RNA-binding protein) και Dicer (RNase III ενδοριβονεκλουάση ΙΙΙ) όπου διασπάται σε μικρότερα τμήματα διπλής έλικας των 19-23 ζευγών βάσεων.

Στη συνέχεια τα μικρότερα siRNA τμήματα μαζί με το σύμπλεγμα της πρωτεΐνης TRBP και Dicer, και με άλλες πρωτεΐνες – ένζυμα, όπως την  Argonaute 2 (Ago-2) σχηματίζουν το σύμπλεγμα RISC (RNA Induced Silencing Complex).

Το σύμπλεγμα RISC αργότερα διασπά τα μικρότερα siRNA τμήματα διπλής έλικας σε 2 μονές έλικες. Η οδηγός έλικα (λέγεται anti sense), με το σύμπλεγμα RISC, ψάχνει, βρίσκει και ενώνεται με τον συμπληρωματικό mRNA στόχο της, ενώ η άλλη έλικα (μεταφορέας ή sense) καταστρέφεται.

Όταν το σύμπλεγμα RISC ενωθεί με τον mRNA στόχο, η πρωτεΐνη Ago-2 του συμπλέγματος τον κερματίζει οπότε δεν παράγεται η αντίστοιχη ανεπιθύμητη πρωτεΐνη στόχος.

[Η οδηγός έλικα είναι συμπληρωματική του mRNA στόχου, ενώ η άλλη έλικα που καταστρέφεται έχει την ίδια αλληλουχία βάσεων με τον mRNA στόχο]

Το siRNA ενώνεται ολόκληρο και εξειδικευμένα με το mRNA στόχο, οπότε δημιουργείται πλήρης αποδόμηση του mRNA στόχου της ανεπιθύμητης πρωτεΐνης.

Οπότε τα siRNA φάρμακα μπορούν να σχεδιαστούν να δρουν εναντίον οποιουδήποτε στόχου με απόλυτη εξειδίκευση (100% ειδικότητα).

[Αντίθετα το miRNA (δες πιο κάτω) ΔΕΝ δρα εξειδικευμένα μόνο σε ένα τμήμα mRNA, επειδή ενώνεται μόνο ένα μέρος του (λίγες βάσεις) στο mRNA, οπότε δρα σε διάφορα παρόμοια mRNAs, και έτσι σταματά την παραγωγή πολλών πρωτεϊνών, με αποτέλεσμα πέρα από το στόχο του να παρουσιάζει διάφορες παρενέργειες]

Μέχρι σήμερα έχουν εγκριθεί πέντε siRNA φάρμακα:

# Το Patisiran (Onpattro) και το Vutrisiran (Αmvuttra) είναι siRNA θεραπευτικοί παράγοντες που δρουν στο mRNA ώστε να μη δημιουργείται η πρωτεΐνη Τρανσθυρετίνη, σε πολυνευροπάθεια από κληρονομική Αμυλοείδωση από Τρανσθυρετίνη (ATTRh amyloidosis).

# Το Givosiran (Givlaari) για την οξεία ηπατική πορφυρία [σπάνιες γενετικές μεταβολικές παθήσεις που προκαλούν συσσώρευση πρόδρομων νευροτοξικών ουσιών της αίμης (συστατικό μόριο της αιμοσφαιρίνης)]

# Το Lumasiran (Oxlumo) για την πρωτογενή υπεροξαλουρία τύπου 1 (αυξημένη συσσώρευση οξαλικών αλάτων στα ούρα που μαζί με Ασβέστιο προκαλούν Νεφρολιθίαση και Νεφρική Ανεπάρκεια)

# Το Inclisiran (Leqvio) έχει εγκριθεί από το FDA για χορήγηση σε αθηρωματική καρδιαγγειακή νόσο (που προκαλεί έμφραγμα ή ισχαιμικό εγκεφαλικό) και σε ετερόζυγο οικογενή υπερχοληστεριναιμία, αν η δίαιτα και η μέγιστη ανεκτή δόση Στατίνης δεν είναι αρκετά για τη μείωση LDL της χοληστερίνης στο επιδιωκόμενο.

# Το Nedosiran (Rivfloza) χρησιμοποιείται για τη θεραπεία της Πρωτοπαθούς Υπεροξαλουρίας τύπου 1.

# Πολλά άλλα siRNA φάρμακα εξελίσσονται για διάφορες παθήσεις, π.χ για όσους έχουν αυξημένη Λιποπρωτεΐνη α ή Lp(a) εξελίσσονται το Olpasiran (AMG 890) και το Zerlasiran (SLN360)

NCT04270760, NCT03626662, https://classic.clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT05537571

Επίσης εξελίσσεται το Zilebesiran (ALN‐AGT01) που σταματά τη σύνθεση του Αγγειοτενσινογόνου στο ήπαρ μειώνοντας την Υπέρταση.

https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2208391

ΤΑ ΑΠΤΑΜΕΡΗ

Μια νέα κατηγορία ολιγονουκλεοτιδίων (DNA ή RNA μονής έλικας) αναδύεται που λέγονται απταμερή.

Τα απταμερή δρουν σαν τα μονοκλονικά αντισώματα και ενώνονται με κάποιο στόχο, π.χ. πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, μικρά μόρια, τοξίνες, βαρέα μέταλλα, πεπτίδια, καρκινικά κύτταρα, ιούς, βακτήρια κλπ.

Όμως είναι φθηνότερα και έχουν λιγότερη αντιγονικότητα από τα μονοκλονικά αντισώματα.

Μέχρι σήμερα έχει εγκριθεί το RNA απταμερές Avacincaptad pegol (IZERVAY) που σταματά την παραγωγή του συμπληρώματος C5 και έτσι μειώνει την φλεγμονή, ώστε να μειωθεί ο ρυθμός εκφύλισης της ωχράς κηλίδας που σχετίζεται με την μεγάλη ηλικία.

ΤΑ miRNAs

*Τα miRNAs (υπάρχουν σχεδόν 2.500 στο σώμα μας) είναι μικρά, με συνήθως 22 (18-25) νουκλεοτίδια (βάσεις) RNAs. Αυτά δεν δημιουργούν πρωτεΐνες (noncoding  RNAs), όμως μειώνουν ή εμποδίζουν την παραγωγή πρωτεϊνών (μετάφραση).

Υπ’ όψιν ότι περισσότερα από το 50% των γονιδίων που οδηγούν σε παραγωγή πρωτεΐνης (coding genes) επηρεάζονται από ένα ή περισσότερα miRNAs.

Το επιτυγχάνουν με ένωση τους στο mRNA πολλών γονιδίων (μέσω του συμπλέγματος RISC) το κάθε ένα, εμποδίζοντας ή “καταστρέφοντας” το mRNA των γονιδίων αυτών.

Ο λόγος που δεν υπάρχει ακόμη φάρμακο με τεχνητό miRNA είναι αυτή η δράση τους σε πολλά γονίδια ταυτόχρονα, οπότε δεν υπάρχει εξειδίκευση μόνο σε ένα στόχο και έτσι υπάρχουν παρενέργειες από την ανεπιθύμητη μείωση των πρωτεϊνών άλλων γονιδίων.

Ο λόγος της δράσης τους σε πολλά διαφορετικά γονίδια (ίσως και σε 100ντάδες γονίδια) είναι ότι αυτά ενώνονται με το mRNA τους, μόνο με 6-8 βάσεις από τις 21-23 που έχουν.

Γίνεται προσπάθεια να αναπτυχθούν φάρμακα που να αυξάνουν ή να μειώνουν τη δράση κάποιου  miRNA.

Παραδείγματα δράσης των miRNAs: Η πρωτεΐνη p53 είναι βασική στην πρόληψη του καρκίνου. Ορισμένα miRNAs μειώνουν τη δράση της (π.χ. MiR-125b, miR-141) ευνοώντας τη δημιουργία καρκίνου και άλλα την αυξάνουν (π.χ. miR-34a) εμποδίζοντας τη δημιουργία καρκίνου.

Η επεξεργασία του DNA από το CRISPR-Cas9

>> Το CRISPR-Cas9 (Clustered Regularly Interspaced Palindromic Repeats) είναι ένα νέο “εργαλείο” γενετικής μηχανικής για επεξεργασία του DNA μας, κυρίως για τη διόρθωση γονιδιακών μεταλλάξεων σε γονιδιακές παθήσεις αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί και σε καρκίνους ή Σ.Διαβήτη τύπου 1 ή κατά ιώσεων κλπ.

Η ιδέα βασίζεται σε παρεμφερές αντι-ιικό αμυντικό σύστημα των μικροβίων.

Με τη χρησιμοποίηση συνθετικού οδηγού RNA μονής έλικας (sg RNA), που είναι συμπληρωματικό σε ένα γονίδιο, καθοδηγείται το ένζυμο νουκλεάση Cas9 σ’ αυτό το γονίδιο το οποίο και τροποποιεί με κόψιμο της διπλής έλικας του και είτε αφαιρεί γονίδιο είτε διορθώνει (αφαιρεί και προσθέτει) γονίδιο είτε προσθέτει γονίδιο που λείπει.

Επίσης αυτό μπορεί να σχεδιαστεί να δρα για ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση γονιδίου (επιγενετικά), χωρίς να μεταβάλλεται το DNA.

Για την εισαγωγή στα κύτταρα του CRISPR-Cas9 χρησιμοποιείται συνήθως κάποιος ιός.

Πρόσφατα έχουν εγκριθεί:

>> Το Delandistrogene moxeparvovec (Elevidys), για τη θεραπεία της Μυϊκής Δυστροφίας Duchenne σε παιδιά 4-5 ετών που έχουν μετάλλαξη στο γονίδιο της πρωτεΐνης Δυστροφίνης.

>> Το Beremagene geperpavec (Vyjuvek), για τη θεραπεία πληγών σε ανθρώπους με Δυστροφική Πομφολυγώδη Επιδερμόλυση για χορήγηση φυσιολογικού γονιδίου COL7A1 του κολλαγόνου σε όσους έχουν μετάλλαξη σ’ αυτό.

>> Το Valoctocogene roxaparvovec (Roctavian), το οποίο εισάγει το γονίδιο του παράγοντα της πήξεως VIII, που απουσιάζει σε ανθρώπους με συγγενή έλλειψη του παράγοντα της πήξεως VIII (αιμορροφιλία Α)

>> Το CRISPR-Cas9 έχει χρησιμοποιηθεί επιπλέον  σε μια ασθενή για αλλαγή βάσεως, χωρίς κόψιμο της διπλής έλικας του DNA, π.χ. δημιουργήθηκαν αλλογενή CAR–T κύτταρα για τη θεραπεία Οξείας Λεμφοβλαστικής Λευχαιμίας.

https://www.mdpi.com/1422-0067/24/15/12317

>> Έχει εγκριθεί το φάρμακο Exagamglogene autotemcel  (Exa–cel, Casgevy) που έχει δείξει ενθαρρυντικά αποτελέσματα στη δρεπανοκυτταρική αναιμία και τη β Μεσογειακή αναιμία (ή β Θαλασσαιμία) που χρειάζεται μεταγγίσεις.

Αυτό αυξάνει την παραγωγή της εμβρυικής αιμοσφαιρίνης (HbF) που φυσιολογικά μειώνεται στους πρώτους μήνες της ζωής. [Το επιτυγχάνει μειώνοντας το γονίδιο BCL11A που εμποδίζει την έκφραση του γονιδίου της εμβρυικής αιμοσφαιρίνης]

>> Επίσης έχει εγκριθεί το φάρμακο lovotibeglogene autotemcel (Lyfgenia) για τη δρεπανοκυτταρική αναιμία, ώστε να παράγεται η Αιμοσφαιρίνη HbA T87Q, που δρα σαν την φυσιολογική Αιμοσφαιρίνη HbA.

>> Επιπλέον αναμένεται η έγκριση του φαρμάκου Fidanacogene elaparvovec, το οποίο εισάγει το γονίδιο του παράγοντα της πήξεως ΙΧ, σε ανθρώπους με αιμορροφιλία Β.

>> Για τη θεραπεία του Σ. Διαβήτη τύπου 1 υπάρχουν ενθαρρυντικά αποτελέσματα στη μελέτη VCTX210 με τη χρήση βλαστοκυττάρων που τροποποιήθηκαν να παράγουν ινσουλίνη και ταυτόχρονα να μην καταστρέφονται από το ανοσοποιητικό σύστημα.

[Στον Σ. Διαβήτη τύπου 1 τα κύτταρα του παγκρέατος που παράγουν ινσουλίνη έχουν καταστραφεί από το ανοσοποιητικό σύστημα (αυτοάνοση πάθηση)]

[Υπ’ όψιν ότι έχει εγκριθεί πρόσφατα η πρώτη κυτταρική θεραπεία με το Lantidra που είναι η χορήγηση αλλογενών β κυττάρων του παγκρέατος για τον Σ. Διαβήτη τύπου 1]

>> Επίσης δοκιμάζονται θεραπείες κατά ιών (π.χ. τον HIV) που θα εξοντώνουν τον ιό με μια μόνο χορήγηση (όπως τα μικρόβια εξοντώνουν τους ιούς).

>> Επιπλέον η εταιρία Intellia δοκιμάζει φάρμακα CRISPR-Cas9 για την ATTR αμυλοείδωση και το κληρονομικό αγγειοίδημα.

ΛΙΓΑ ΓΙΑ ΤΟ DNA και το RNA

Το  DNA  (δεοξυριβονουκλεϊκό οξύ) απαντάται σε όλες τις μορφές ζωής (εκτός μερικών ιών) και βρίσκεται στον πυρήνα των κυττάρων, στα 23 ζεύγη χρωματοσωμάτων. Αυτό αποτελείται από ένα μακρομόριο διπλής έλικας με διαδοχικά νουκλεοτίδια που τα απαρτίζουν βάσεις σε σειρά.

Οι οδηγίες για τη κατασκευή και λειτουργία του σώματος περιέχονται στα γονίδια που υπάρχουν στο DNA, που περιέχει τον γενετικό μας κώδικα ή ανθρώπινο γονιδίωμα.

Η ζωή βασίζεται στο DNA, τόσο για την παραγωγή πρωτεϊνών που εκτελούν τις λειτουργίες των κυττάρων και του σώματος, όσο και για την αντικατάσταση των φθαρμένων κυττάρων, με νέα ακριβώς ίδια με τα αρχικά (μίτωση).

Έτσι το DNA μας, περιέχει τις πληροφορίες που χρειάζονται για την ανάπτυξη μας, την επιβίωση μας και την δημιουργία απογόνων.

Κάθε γονίδιο, που μεταφέρει την κληρονομική πληροφορία για την κατασκευή και λειτουργία μας έχει από 100δες ως πάνω από 1.000.000 διαδοχικά νουκλεοτίδια – βάσεις.

Συνολικά το ανθρώπινο DNA έχει 20.000 ως 25.000 γονίδια. Το ανθρώπινο γονιδίωμα έχει περίπου 3.2 δισεκατομμύρια ζεύγη νουκλοτιδικών βάσεων.

Οι βάσεις είναι 4, οι πουρίνες Αdenine-Α και Guanine-G και οι πυριμιδίνες Thymine-T και Cytosine-C. Οι ενώσεις μεταξύ των απέναντι βάσεων των δυο ελίκων του DNA είναι πάντα G με C και A με T.

(Το mRNA αντί για Τ έχει  U, οπότε η Α ενώνεται με U)

Όλες οι πληροφορίες για τη δημιουργία και τη λειτουργία του σώματος υπάρχουν στους αμέτρητους συνδυασμούς των 4 βάσεων.

Κάθε γονίδιο έχει την αλληλουχία των διαδοχικών νουκλεοτιδίων-βάσεων που χρειάζονται για την κατασκευή και συνένωση των διαδοχικών αμινοξέων που απαρτίζουν μια ειδική πρωτεΐνη.

Γνωρίζουμε ότι η παραγωγή πρωτεϊνών στο ανθρώπινο σώμα ξεκινά από την αντιγραφή (transcription) του DNA σε mRNA και στη συνέχεια τη μετάφραση (translation) του mRNA σε Πρωτεΐνη.

Το mRNA [αγγελιοφόρο (messenger) RNA (RiboΝucleic Αcid – Ριβονουκλεϊκό οξύ)] μεταφέρει τη γενετική πληροφορία, σε μονή έλικα, αφού την αντιγράψει από το DNA του πυρήνα του κυττάρου, στα ριβοσώματα ώστε να παραχθούν τα αμινοξέα και στη συνέχεια οι πρωτεΐνες από αυτά.

Οι οδηγίες του DNA δημιουργούν την κάθε πρωτεΐνη μέσω δυο βημάτων:

α) Της αντιγραφής της μιας έλικας του DNA σε mRNA, στον πυρήνα του κυττάρου (transcription).

transcription

β) Της μετάφρασης του mRNA (στο κυτταρόπλασμα) σε αλυσίδα αμινοξέων (πρωτεΐνες), που συμβαίνει στα ριβοσώματα (translation).

translation

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa2208391

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/JAHA.122.027694

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9957002/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4289821/

https://link.springer.com/article/10.1007/s40259-022-00549-3

https://www.nature.com/articles/s41392-020-0207-x

https://www.nature.com/articles/s12276-023-00998-y

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8946086/

https://synbio-tech.com/sirna-drugs/

https://www.biochempeg.com/article/339.html

Antisense Oligonucleotides Targeting Lipoprotein(a)

https://www.mdpi.com/1424-8247/15/5/575

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9285911/

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphar.2022.1006304/full

https://www.nature.com/articles/s12276-023-01050-9

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10129852/

https://www.jacc.org/doi/full/10.1016/j.jacc.2020.05.070

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fbioe.2023.1208547/full

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC10129852/

https://www.biochempeg.com/article/339.html

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC9966809/

https://www.pharmaceutical-technology.com/features/crispr-gene-therapies-is-2023-a-milestone-year-in-the-making/?cf-view

https://innovativegenomics.org/news/crispr-clinical-trials-2023/

https://www.chemistryworld.com/news/crispr-moves-into-the-clinic/4016694.article

https://www.thejdca.org/publications/report-library/archived-reports/2023-reports/will-vertex-finish-first-in-the-race-for-a-practical-cure.html

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1056872723001228?via%3Dihub

https://www.cell.com/molecular-therapy-family/molecular-therapy/fulltext/S1525-0016%2821%2900195-7

>> Πιο κάτω φαίνονται φάρμακα που εξελίσσονται κατά του mRNA (ASO και si RNA) για δράση σε άλλα όργανα, πέρα από το ήπαρ

Υπομαγνησιαιμία ονομάζεται η μείωση του Μαγνησίου στο πλάσμα, συνήθως σε λιγότερο από 1.8 mg/dL.

 Οι τιμές του Μαγνησίου στο πλάσμα στο 95% του φυσιολογικού πληθυσμού, σύμφωνα με τη επιδημιολογική μελέτη NHANES 1 που έγινε στις Η.Π.Α. (1974), κυμάνθηκαν από 1.82 ως 2.31 mg/dL (0.75 ως 0.95 mmol/L).

>> Υπ’ όψιν ότι μερικοί ειδικοί ισχυρίζονται ότι με τη χρησιμοποίηση του ορίου των 1.8 mg/dL στο πλάσμα, δυστυχώς δεν ανιχνεύονται περίπου οι μισοί που έχουν έλλειψη Μαγνησίου στο σώμα.

Έτσι προτείνουν ότι η ιδανική τιμή του Μαγνησίου στο πλάσμα πρέπει να κυμαίνεται από 2 ως 2.5 mg/dL. (δες πιο κάτω)

https://www.ahajournals.org/doi/full/10.1161/atvbaha.117.309182

[> Πλάσμα είναι το μέρος του αίματος, χωρίς τα κύτταρα του ερυθρά, λευκά και αιμοπετάλια.

> Για μετατροπή των mmol/L Μαγνησίου σε mg/dL πολλαπλασιάζουμε επί 2.43.

> Το Μαγνήσιο πήρε το όνομα του από τη Μαγνησία της Ελλάδας.]

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/3771947/

https://academic.oup.com/advances/article/7/6/977/4568649?login=true

>> Δυστυχώς μεγάλο ποσοστό (> 50% ?) του πληθυσμού δεν προσλαμβάνει επαρκή ποσότητα Μαγνησίου με τη διατροφή και έχει χρόνια Λανθάνουσα έλλειψη Μαγνησίου του σώματος.

Επαρκής ποσότητα λαμβανόμενου Μαγνησίου (RDA) για τους ενήλικες άντρες είναι τουλάχιστον τα 420 mg/ημέρα και για τις γυναίκες είναι τουλάχιστον τα 320 mg/ημέρα και πρέπει αυτό να προσλαμβάνεται σε καθημερινή βάση.

ΜΕΡΙΚΟΙ ΘΕΩΡΟΥΝ ΛΑΘΟΣ ΤΟ ΣΗΜΕΡΙΝΟ ΟΡΙΟ ΤΗΣ ΥΠΟΜΑΓΝΗΣΙΑΙΜΙΑΣ

>> Μόνο το 0.3% περίπου του συνολικού Μαγνησίου του σώματος είναι στο πλάσμα και Μαγνήσιο από τα οστά αναπληρώνει το οποιοδήποτε έλλειμμα του στο πλάσμα. (Δες πιο κάτω την ομοιοστασία του Μαγνησίου)

>> Γι’ αυτό  μερικοί θεωρούν ότι αν το Μαγνήσιο στο πλάσμα είναι λιγότερο από 2.06 mg/dL (0.85 mmol/L)* πιθανώς να υπάρχει χρόνια Λανθάνουσα έλλειψη Μαγνησίου στο σώμα και ίσως εκδηλώσεις από αυτήν, όπως π.χ. οστεοπόρωση, κράμπες, εξάντληση, αρρυθμίες, κατάθλιψη κλπ.

(*Και το μαγνήσιο στα ούρα να είναι λιγότερο από 40 mg/ημέρα, με την προϋπόθεση ότι δεν υπάρχει νεφρική αιτία απώλειας Μαγνησίου)

ΓΙΑΤΙ ΧΡΕΙΑΖΕΤΑΙ ΤΟ ΜΑΓΝΗΣΙΟ ΣΤΟ ΣΩΜΑ ? (Λεπτομέρειες υπάρχουν στο τέλος)

Το Μαγνήσιο (Mg++) είναι ένα από τα μέταλλα (microminerals) που χρειάζεται το σώμα. Αυτό χρησιμεύει σαν “συμπαράγοντας” σε περισσότερα από 600 ένζυμα (πιθανώς “προσφέρει” την τρισδιάστατη  δομή τους στο χώρο ώστε να μπορούν να δρουν) και σε άλλα περίπου 300 ένζυμα όπου πιθανώς δρα σαν ενεργοποιητής τους.

Στην πιο πάνω εικόνα φαίνονται 2 άτομα Mg++, στην DNA Πολυμεράση. Το Mg++ χρειάζεται για να μεταβάλλεται η τρισδιάστατη δομή της Πολυμεράσης ώστε κάθε φορά να επιλέγεται η σωστή συμπληρωματική βάση dNTP.

Το  Mg++ χρειάζεται στις μεταβολικές αντιδράσεις λόγω της ικανότητας του να συνδέεται με Φωσφορική ομάδα.

Για παράδειγμα η σύνδεση του Μg++ στο ΑΤΡ (Τριφωσφορική Αδενοσίνη) χρησιμεύει για την προσφορά ενέργειας.

Το μόριο ΑΤΡ είναι το κυρίως “ενεργειακό καύσιμο” των κυττάρων, συντίθεται στα μιτοχόνδρια και παρέχει την ενέργεια για τις μεταβολικές αντιδράσεις.

Το μόριο του ΑΤΡ χρησιμοποιεί το Μg++, για να παραχθεί και για να διατηρεί τρισδιάστατη δομή που θα το κάνει να είναι βιολογικά λειτουργικό.

Επίσης  το Μαγνήσιο χρειάζεται για το μεταβολισμό των Υδατανθράκων (γλυκόλυση και νεογλυκογένεση), των Πρωτεϊνών και των Λιπιδίων.

Έτσι το Μαγνήσιο χρειάζεται για αμέτρητες λειτουργίες του οργανισμού, όπως τη φυσιολογική λειτουργία του εγκεφάλου και των νεύρων, τη φυσιολογική σύσπαση και χαλάρωση των μυών, τη φυσιολογική καρδιακή λειτουργία (π.χ. Αντιαρρυθμική δράση, φυσιολογική σύσπαση του μυ, εμποδίζει την εναπόθεση Ασβεστίου στις στεφανιαίες αρτηρίες), τη μείωση της αρτηριακής πίεσης (δρα σαν ανταγωνιστής Ασβεστίου), τη σύνθεση τη δομή, τη λειτουργία και την επιδιόρθωση του DNA, τη δημιουργία και δομή του RNA, τη δομή του t-RNA, την ανάπτυξη και την επιδιόρθωση των ιστών*, τη σύνθεση – δομή των πρωτεϊνών (και άλλων μακρομορίων), τη διατήρηση φυσιολογικών επιπέδων Σακχάρου (π.χ. δράση της Ινσουλίνης στους ιστούς), τη διατήρηση φυσιολογικών επιπέδων Τριγλυκεριδίων, τη σύνθεση και λειτουργία της βιταμίνης D.

Επιπλέον δρα σαν Αντιφλεγμονώδες (μειώνει τις ελεύθερες ρίζες Οξυγόνου, αυξάνει την παραγωγή Μονοξειδίου του Αζώτου (ΝΟ), μειώνει την οξείδωση της LDL Χοληστερίνης που διεισδύει κάτω από το ενδοθήλιο, βελτιώνει τη λειτουργία του ενδοθηλίου), μειώνει τις κράμπες και τους σπασμούς στους μυς κλπ.

[* Δρα στο σχήμα των χρωματοσωμάτων κατά τη μίτωση, συνεπώς χρειάζεται στον αυτοδιπλασιασμό των σωματικών κυττάρων]

>> Επίσης το Μαγνήσιο χρειάζεται για τη σωστή δομή και λειτουργία των οστών, των δοντιών και των κυτταρικών μεμβρανών και επιπλέον χρειάζεται για μείωση των αιμοπεταλιακών θρόμβων (π.χ. αυξάνει την προστακυκλίνη PGI₂), για τη μείωση του οξειδωτικού stress και της φλεγμονής, για τη δράση της Παραθορμόνης, για την αποτροπή Υποκαλιαιμίας και Υπασβεστιαιμίας κλπ.

ΤΙ ΠΡΟΚΑΛΕΙΤΑΙ ΑΠΟ ΤΗ ΜΕΙΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΓΝΗΣΙΟΥ ΣΤΟ ΣΩΜΑ

Το ΧΑΜΗΛΟ Μαγνήσιο στο σώμα αυξάνει τους ολικούς θανάτους, αυξάνει τον κίνδυνο ξαφνικού θανάτου (από κοιλιακή μαρμαρυγή), Καρδιακών επεισοδίων (π.χ. από σπασμό στεφανιαίων αρτηριών), Υπέρτασης, Εγκεφαλικού επεισοδίου, Νευρολογικών συμπτωμάτων, Μυοσκελετικών συμπτωμάτων (με ευκολότερες συσπάσεις),  Σ. Διαβήτη τύπου 2, Μεταβολικού συνδρόμου, Νεφρικής βλάβης, συμμετέχει σε δημιουργία Νεφρολιθίασης, Υποκαλιαιμίας (προκαλείται λόγω αυξημένης αποβολής Καλίου από τα νεφρά), Υπασβεστιαιμίας (από μείωση της Παραθορμόνης), Καρκίνου, Οστεοπόρωσης, Φλεγμονής, Οξειδωτικού stress, έχει ρόλο στο Βρογχικό άσθμα, στην Προεκλαμψία, μειώνει τη δράση του επίκτητου ανοσοποιητικού (μειώνεται η δημιουργία των Λεμφοκυττάρων) κλπ. (Δες πιο κάτω)

Η έλλειψη Μαγνησίου συμμετέχει στην Οστεοπόρωση μέσω της μειωμένης δράσης των Οστεοβλαστών και της αυξημένης δράσης των Οστεοκλαστών και επιπλέον μέσω της μείωσης της Παραθορμόνης.

ΤΑ ΣΥΜΠΤΩΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗ ΜΕΙΩΣΗ ΤΟΥ ΜΑΓΝΗΣΙΟΥ ΣΤΟ ΣΩΜΑ

>> Τα συμπτώματα από το χαμηλό Μαγνήσιο στο σώμα μπορεί να μην συμβαδίζουν με τις τιμές του Μαγνησίου στο πλάσμα.

Τα αρχικά συμπτώματα από το χαμηλό Μαγνήσιο στο σώμα μπορεί να είναι εξάντληση, αδυναμία, κράμπες, μούδιασμα, μυρμήγκιασμα, τρεμούλες, διαταραχές ύπνου, ανορεξία, ναυτία, κατάθλιψη, ημικρανίες, άγχος, σύγχυση, ευερεθιστότητα ή απάθεια, μείωση νοητικών λειτουργιών, ίλιγγος, προεμμηνορυσιακό σύνδρομο, αύξηση της αρτηριακής πίεσης, υπερκοιλιακές αρρυθμίες (π.χ. ταχυκαρδία, έκτακτες κολπικές συστολές, κολπική μαρμαρυγή), κοιλιακές αρρυθμίες (π.χ. έκτακτες κοιλιακές συστολές, κοιλιακή ταχυκαρδία) κλπ.

Σε μεγαλύτερη έλλειψη Μαγνησίου στο σώμα μπορεί να υπάρχουν μυϊκοί σπασμοί, μυϊκός τρόμος, έλλειψη συντονισμού, νυσταγμός, ψύχωση, σπασμός στεφανιαίων με έμφραγμα, κοιλιακή μαρμαρυγή και ξαφνικός θάνατος.

Επιπλέον από τα προηγούμενα η έλλειψη Μαγνησίου προκαλεί Υποκαλιαιμία (λόγω απώλειας Καλίου από τα ούρα) και Υπασβεστιαιμία (μειώνεται η έκκριση Παραθορμόνης και μειώνεται επιπλέον η ανταπόκριση των ιστών σ’ αυτήν).

ΤΟ ΗΚΓ ΣΤΗΝ ΥΠΟΜΑΓΝΗΣΙΑΙΜΙΑ

Το ΗΚΓφημα στην Υπομαγνησιαιμία, δεν έχει συγκεκριμένες διαταραχές, μπορεί όμως να παρουσιάζει παράταση του συμπλέγματος QRS, παράταση του διαστήματος PR και του διαστήματος QT,  υψηλά και οξυκόρυφα Τ (ή μείωση ή αναστροφή του Τ), πτώση του διαστήματος ST κλπ.

ΣΕ ΠΟΙΟΥΣ ΠΑΡΑΤΗΡΕΙΤΑΙ ΕΛΛΕΙΨΗ ΜΑΓΝΗΣΙΟΥ ?

>> Έλλειψη Μαγνησίου στο σώμα δημιουργείται κυρίως σε όσους Υποσιτίζονται ή δεν διατρέφονται Υγιεινά, σε νοσηλευόμενους (π.χ. για Διαβητική κετοξέωση, για Παγκρεατίτιδα κλπ.), σε όσους λαμβάνουν Διουρητικά φάρμακα, στους Αλκοολικούς.

>> Επίσης το 13 ως 65% των Σ. Διαβητικών τύπου 2 έχουν Υπομαγνησιαιμία (!!), ιδίως αν δεν ρυθμίζονται επαρκώς και αν ο Διαβήτης υπάρχει από πολλά χρόνια. (ο Σ. Διαβήτης προκαλεί Υπομαγνησιαιμία και αυτή προκαλεί Σ. Διαβήτη).

>> Άλλα φάρμακα, πέρα από τα διουρητικά, που μπορεί να προκαλέσουν έλλειψη Μαγνησίου στο σώμα είναι οι Πραζόλες (φάρμακα για το στομάχι, π.χ. Losec, Nexium, Controloc, Pariet) και τα Νεφροτοξικά φάρμακα όπως συγκεκριμένα αντικαρκινικά φάρμακα (π.χ. Cetuximab, Cisplatin, Tacrolimus), τα Αντιβιοτικά Αμινογλυκοσίδες (π.χ. Gentamycin, Neomycin, Tobramycin, Amikacin), η Amphotericin B κλπ.

>> Επιπρόσθετα έλλειψη Μαγνησίου στο σώμα  μπορεί να υπάρχει σε όσους έχουν Μεταβολικό σύνδρομο, φλεγμονώδεις νόσους του εντέρου (π.χ. κοιλιοκάκη, νόσος του Crohn κλπ.), σε όσους έχουν χρόνια διάρροια, σε όσους έχουν συνεχείς εμετούς, σε όσους ιδρώνουν υπερβολικά και συνεχώς, από σπάνιες γονιδιακές αιτίες (π.χ. οικογενής υπομαγνησιαιμία FHHNC, σύνδρομο Bartter, σύνδρομο Gitelman, μετάλλαξη στο γονίδιο KCNA1), σε Υπερασβεστιαιμία, σε έλλειψη βιταμίνης Β6, από αυξημένη λήψη Αλουμινίου με τη διατροφή, σε όσους έχουν Υπεραλδοστερονισμό, Υπερπαραθυρεοειδισμό  κλπ.

ΤΡΟΦΕΣ ΠΛΟΥΣΙΕΣ ΣΕ ΜΑΓΝΗΣΙΟ

Το Μαγνήσιο υπάρχει κυρίως στους ξηρούς καρπούς (π.χ. αμύγδαλα, φιστίκια), στα πράσινα λαχανικά (π.χ. σπανάκι), στους κολοκυθόσπορους και ηλιόσπορους, στη μαύρη σοκολάτα (> 70% κακάο), στα δημητριακά ολικής αλέσεως, στα όσπρια (π.χ. μαύρα φασόλια), στο αβοκάντο, στα αυγά, στο γάλα και γιαούρτι με λίγα λιπαρά, στα ψάρια (π.χ. σκουμπρί, σολομός), στο σουσάμι, στις μπανάνες, στην κινόα, στα αποξηραμένα σύκα, στις πατάτες και αλλού.

Επίσης το νερό από ορισμένες πηγές είναι πλούσιο σε Μαγνήσιο. Υπολογίζεται ότι περίπου το 10% του προσλαμβανόμενου Μαγνησίου προέρχεται από το νερό.

Τα συμπληρώματα Μαγνησίου λαμβάνονται μόνο μετά από ιατρική συνταγή. Υπ’ όψιν ότι η μέγιστη ανεκτή από το γαστρεντερικό σύστημα δόση συμπληρωμάτων Μαγνησίου είναι τα 350 mg/ημέρα. [Το Trofocard περιέχει 61 mg Μαγνησίου ανά δισκίο, το Trofocard MAX περιέχει 122 mg Μαγνησίου ανά δισκίο, και το Μag-2 περιέχει 122 mg Μαγνησίου ανά φιαλίδιο]

Η ΟΜΟΙΟΣΤΑΣΙΑ ΤΟΥ ΜΑΓΝΗΣΙΟΥ ΣΤΟ ΣΩΜΑ

Σε περίπτωση μειωμένης πρόσληψης του από τη διατροφή η τιμή του Μαγνησίου διατηρείται σταθερή (ομοιοστασία) στο πλάσμα κυρίως από τα νεφρά με μείωση της αποβολής του στα ούρα, με αύξηση της απορρόφησης του από το έντερο και με έξοδο του κυρίως από τα οστά. (Επίσης τους μυς, το ήπαρ, τον εγκέφαλο, την καρδιά, τα ερυθρά αιμοσφαίρια κλπ.)

[Τα αντίθετα συμβαίνουν σε περίπτωση αυξημένης πρόσληψης του από τη διατροφή]

Στο ενήλικο σώμα υπάρχουν περίπου 25 γραμμάρια Μαγνησίου. Το 0.3% του Μαγνησίου είναι στο πλάσμα, το 0.5% βρίσκεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια, το 53% στα οστά (το 30% από αυτό είναι ανταλλάξιμο), το 27% στους μυς και το 19% σε άλλους ιστούς.

[Το Μαγνήσιο είναι το δεύτερο κατιόν σε ποσότητα στο εσωτερικό των κυττάρων μετά το Κάλιο. Όταν το Μαγνήσιο έχει 2 ηλεκτρόνια λιγότερα, είναι θετικά φορτισμένο, ονομάζεται κατιόν και εκφράζεται σαν Mg++.

Το ενδοκυττάριο Μαγνήσιο βρίσκεται κυρίως στο ΑΤΡ, στα ριβοσώματα, στις πρωτεΐνες, στο DNA, στο RNA κλπ.]

ΠΩΣ ΜΕΤΡΑΤΑΙ ΤΟ ΜΑΓΝΗΣΙΟ ΣΤΟ ΣΩΜΑ ?

Η μέτρηση του συνολικού Μαγνησίου στο σώμα είναι δύσκολη, οπότε πρέπει να λαμβάνονται υπ’ όψιν τόσο οι εργαστηριακές μετρήσεις, όσο και η κλινική εικόνα, γιατί μια φυσιολογική τιμή του στο πλάσμα δεν αποκλείει μείωση του στο σώμα.

Έτσι χρειάζεται να υπολογίζεται και το Μαγνήσιο των ούρων 24ώρου αν υπάρχει κλινική εικόνα έλλειψης Μαγνησίου στο σώμα ακόμη και αν είναι φυσιολογικές οι τιμές του στο πλάσμα (εφ’ όσον δεν υπάρχει νεφρική βλάβη).

Τιμή Μαγνησίου στα ούρα μικρότερη από 25 mg/ ημέρα σημαίνει έλλειψη του στο σώμα (από διατροφική μείωση ή μειωμένη απορρόφηση από το έντερο) οπότε τα νεφρά αποβάλλουν λιγότερο Μαγνήσιο σ’ αυτή την περίπτωση.

Ίσως η καλύτερη μέθοδος για την εκτίμηση του Μαγνησίου του σώματος να είναι ο έλεγχος του Μαγνησίου στους σκελετικούς μυς (με βιοψία) και η μέτρηση της αποβολής του στα ούρα, μετά από χορήγηση – φόρτιση Μαγνησίου.

[π.χ. χορηγούνται 400 mg Μαγνησίου ενδοφλεβίως (σε 1 ώρα) και αν αποβληθούν λιγότερο από 260 mg στα ούρα (στις επόμενες 16 ώρες), υπάρχει έλλειψη μαγνησίου στο σώμα]

Η ΘΕΡΑΠΕΙΑ

Η θεραπεία περιλαμβάνει τη διόρθωση της αιτίας προκαλεί την έλλειψη Μαγνησίου στο σώμα, τη χορήγηση Μαγνησίου (από το στόμα ή ενδοφλέβια), και στη συνέχεια διατροφή με τρόφιμα που περιέχουν αυξημένο Μαγνήσιο.

Η ενδοφλέβια θεραπεία θα είναι ανάλογη της βαρύτητας των συμπτωμάτων και της συνύπαρξης αιμοδυναμικής αστάθειας και επιπλέον ανάλογα τη λειτουργικότητα των νεφρών.

(1 mEq/L = 1.2 mg/dL)

Για βαρειά αλλά μη επείγουσα αναπλήρωση χορηγούνται ενδοφλέβια περίπου 6 γραμμάρια θειικού Μαγνησίου (MgSO₄) αργά, σε 24 ώρες και μετά 3 γραμμάρια MgSO₄ ημερησίως για 4 μέρες, με συνεχή έλεγχο των τιμών του στο πλάσμα (και του Καλίου και του Ασβεστίου).

Σε ασυμπτωματικό με χαμηλό Μαγνήσιο, χορηγείται Μαγνήσιο από το στόμα περίπου 400 mg/ημέρα (μεγαλύτερη δόση μπορεί να ενοχλήσει το γαστρεντερικό σύστημα) για όσο χρειαστεί ώστε να φτάσει και να διατηρηθεί η τιμή του στο πλάσμα στα 2 mg/dL.

[Το Trofocard περιέχει 61 mg Μαγνησίου ανά δισκίο, το Trofocard MAX περιέχει 122 mg Μαγνησίου ανά δισκίο, και το Μag-2 περιέχει 122 mg Μαγνησίου ανά φιαλίδιο, το Magnebest περιέχει 243 mg ανά φακελάκι.]

Αν η αιτία της Υπομαγνησιαιμίας είναι η απώλεια από τα νεφρά (π.χ. από διουρητικά), θα χορηγηθεί επιπλέον και Amiloride.

Αν χρειάζεται να συνεχιστεί η χορήγηση διουρητικών (π.χ. σε Υπέρταση, ή Καρδιακή Ανεπάρκεια κλπ.), θα προστεθεί επιπλέον του Μαγνησίου και διουρητικό που κατακρατά Μαγνήσιο, όπως η Amiloride (π.χ. Amiloride +Furosemide = Frumil ή Amiloride + Hydrochlorothiazide = Moduretic).

Η ΧΡΗΣΙΜΟΤΗΤΑ ΤΟΥ ΜΑΓΝΗΣΙΟΥ ΜΕ ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΕΣ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ

α) Το Μg++ ενώνεται με διάφορα ενδοκυττάρια οργανικά μόρια και αυτή η ένωση του το κάνει να δρα σαν “συμπαράγοντας” με αυτά για να συμβούν περισσότερες από 600 ενζυματικές αντιδράσεις, και επιπλέον το Μg++ ίσως ενεργοποιεί περίπου άλλα 300 ένζυμα.

α1) Το κυριότερο από τα ενδοκυττάρια οργανικά μόρια είναι το μόριο ΑΤΡ (Τριφωσφορική Αδενοσίνη)* που είναι το “ενεργειακό καύσιμο” των κυττάρων. Το σύμπλεγμα ΑΤΡ – Μg++, χρειάζεται για τη λειτουργία σχεδόν όλων των ενζυμικών διεργασιών στο κύτταρο.

[*Το μόριο ΑΤΡ (Αdenosine ΤriphosΡhate) συντίθεται στα μιτοχόνδρια από το ADP και παρέχει την ενέργεια για πάρα πολλές μεταβολικές αντιδράσεις.

Το μόριο του ΑΤΡ χρησιμοποιεί το Μg++, για να παραχθεί και για να διατηρεί τρισδιάστατη δομή που θα το κάνει να είναι βιολογικά λειτουργικό.

Το Μg++ ενώνεται με τη φωσφορική ομάδα του ΑΤΡ, οπότε αυτή αφαιρείται εύκολα και έτσι παράγεται ενέργεια.]

α2)  Το Μg++ χρειάζεται στην Κυτταρική αναπνοή όπου το κύτταρο μετατρέπει τη χημική ενέργεια από τη διατροφή στο “ενεργειακό καύσιμο” το ΑΤΡ.

Η χημική ενέργεια από τη διατροφή και το Οξυγόνο στην ουσία είναι η ενέργεια από τον Ήλιο, που ξεκινά από τα φυτά και καταλήγει στα ζώα.

Στην αερόβια αναπνοή ένα μόριο Γλυκόζης, από τους υδατάνθρακες της διατροφής (ή γαλακτόζης από το γάλα ή φρουκτόζης από τα φρούτα), ενώνεται με Οξυγόνο από τους πνεύμονες για να παραχθούν περίπου 29 ως 32 (καθαρό όφελος) μόρια ΑΤΡ (με υποπροϊόντα Διοξείδιο του άνθρακα και Νερό).

[Πρώτη αντίδραση είναι η γλυκόλυση (προσφέρει 2 ΑΤΡ), μετά ο κύκλος του Kreb (ή κύκλος Κιτρικού οξέως, TCA που προσφέρει ακόμη 2 ΑΤΡ)) και στο τέλος είναι η φάση της Οξειδωτικής Φωσφορυλίωσης (electron transport chain).

Η τελική φάση της αλυσίδας μεταφοράς ηλεκτρονίων οδηγεί σε ηλεκτροχημική διαφορά πρωτονίων μέσα και έξω από την εσωτερική μεμβράνη των μιτοχονδρίων και τελικά στη δημιουργία μορίων ΑΤΡ (Αdenosine ΤriphosΡhate) από μόρια ADP.

Τα μιτοχόνδρια θεωρείται ότι ήταν προκαρυωτικά κύτταρα (οργανισμοί ενός κυττάρου, χωρίς πυρήνα) που έγιναν ενδοσυμβιωτικά στα κύτταρα με πυρήνα των σύγχρονων πολύπλοκων οργανισμών (ευκαρυωτικά κύτταρα)]

[Στην αναερόβια αναπνοή δεν υπάρχει Οξυγόνο (αυτό προσφέρει την περισσότερη ενέργεια) για να χρησιμοποιηθεί, οπότε παράγονται μόνο 2 μόρια ΑΤΡ από ένα μόριο Γλυκόζης και γαλακτικό οξύ σαν υποπροϊόν]

β) Το Μg++ είναι απαραίτητο στις αντιδράσεις για τη μετακίνηση ιόντων Καλίου, Ασβεστίου και Νατρίου μέσα από τις κυτταρικές μεμβράνες.

β1) Το Μg++  χρειάζεται για τη λειτουργία της πρωτεϊνικής αντλίας Na⁺/K⁺ATPase που είναι υπεύθυνη για την ωσμωτική ισορροπία και την ισορροπία των ιόντων Νατρίου και Καλίου στα κύτταρα (στη φάση ηρεμίας 4 επανέρχεται το Κάλιο μέσα στα κύτταρα και βγαίνει το Νάτριο έξω).

β2) Το Μg++  χρειάζεται για τη λειτουργία της πρωτεϊνικής αντλίας Ca²⁺ ATPase (PMCA) που μειώνει την υπερβολική είσοδο Ca++ στα κύτταρα κατά τη φάση 2 του ηλεκτρικού δυναμικού) και απομακρύνει το Ca++ στη φάση της ηρεμίας 4, (ώστε να ξαναμπεί αργότερα στη φάση 2).

γ)  Το Μg++ είναι απαραίτητο για τη σύνθεση και τη δράση της αντιοξειδωτικής ουσίας Γλουταθιόνης.

[Η Γλουταθιόνη (GSH) προστατεύει τα κύτταρα από τις ελεύθερες ρίζες Οξυγόνου (τους προσφέρει το ηλεκτρόνιο που τους λείπει), οπότε μειώνεται η πιθανότητα διαφόρων φλεγμονωδών παθήσεων, όπως του καρκίνου, της στεφανιαίας νόσου, του Σ. Διαβήτη, νευροεκφυλιστικών παθήσεων κλπ.]

δ) Το Μαγνήσιο (Mg ++) χρειάζεται για τη φυσιολογική λειτουργία των νευρικών κυττάρων και προλαμβάνει την υπερβολική ενεργοποίηση τους.

Αυτό γίνεται με τη φυσιολογική μετακίνηση ιόντων Καλίου, Ασβεστίου και Νατρίου μέσα από τις μεμβράνες των Νευρικών κυττάρων.

[Επιπλέον το Μαγνήσιο μπλοκάρει τους υποδοχείς NMDA στα νευρικά κύτταρα (σχετίζονται με την είσοδο ιόντων Ca²⁺ και Na⁺ και την έξοδο K⁺ από αυτά), επίσης ρυθμίζει τους ανασταλτικούς υποδοχείς GABA και έχει ρόλο στην απελευθέρωση νευροδιαβιβαστών]

Αν υπάρχει μείωση του Μαγνησίου δημιουργείται υπερδιεγερσιμότητα στους νευρώνες που μπορεί να οδηγήσει ακόμη και στο θάνατο τους. Επίσης η μείωση του Μαγνησίου πιθανώς σχετίζεται με ημικρανίες, κατάθλιψη, άγχος, νόσο του Alzheimer και του Parkinson.

ε) Το Μαγνήσιο επίσης χρειάζεται για τη σύνθεση (πουρινών και πυριμιδινών), τη δομή, την αντιγραφή, τη λειτουργία και επιδιόρθωση του DNA (μέσω της DNA πολυμεράσης, της ελικάσης κλπ.), για τη δημιουργία του RNA (μέσω της RNA πολυμεράσης), για τον πολλαπλασιασμό των κυττάρων (μίτωση), τη σύνθεση πρωτεϊνών στα ριβοσώματα (μετάφραση) κλπ.

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

https://www.mdpi.com/2072-6643/13/2/320/htm

https://www.mdpi.com/2076-3271/7/4/56/htm

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/hypertensionaha.113.01333

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4455825/

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28890274/

https://alz-journals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/trc2.12250

https://openheart.bmj.com/content/5/1/e000668

https://academic.oup.com/advances/article/7/6/977/4568649

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC8521184/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6163803/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5105038/

https://lpi.oregonstate.edu/mic/minerals/magnesium

https://www.mdpi.com/2072-6643/13/4/1136/htm

https://journals.physiology.org/doi/epdf/10.1152/physrev.00012.2014

https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25540137/

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)01561-0

https://www.cell.com/structure/pdfExtended/S0969-2126(15)00269-5

https://www.ahajournals.org/doi/full/10.1161/atvbaha.117.309182

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2020.00694/full

Δεν είμαστε έρμαια του DNA μας, της κληρονομικότητας μας. Ο κάθε άνθρωπος είναι αποτέλεσμα όχι μόνο του DNA του, αλλά και των περιβαλλοντικών συνθηκών, των εμπειριών του και του τρόπου ζωής του.

Η μοίρα μας δεν προκαθορίζεται μόνο από τα γονίδια (DNA) που κληρονομήσαμε από τους γονείς μας αλλά και από το ποια γονίδια από αυτά που έχουμε είναι σε λειτουργία (για την παραγωγή πρωτεΐνης) και ποια από αυτά είναι απενεργοποιημένα.

Σαν επιγενετικές αλλαγές στον οργανισμό ορίζονται οι αλλαγές στα χαρακτηριστικά των κυττάρων (διαφορετικές για κάθε είδος κυττάρων) που γίνονται με την ενεργοποίηση και απενεργοποίηση διαφόρων γονιδίων ανάλογα με το κάθε περιβάλλον και για συγκεκριμένα χρονικά διαστήματα.

Με αυτό τον τρόπο δημιουργούνται αλλαγές στα χαρακτηριστικά του οργανισμού (φαινότυπος), χωρίς να αλλάζει ο γενότυπος (η αλληλουχία των βάσεων του DNA).

Οι επιγενετικές αλλαγές είναι ο βασικός μηχανισμός της διαφοροποίησης των κυττάρων και των ιστών, της φυσιολογικής ανάπτυξης του οργανισμού και της εκδήλωσης διαφόρων παθήσεων.

[Συνολικά το ανθρώπινο DNA έχει 20.000 ως 25.000 γονίδια. Όταν το κύτταρο ή ο οργανισμός χρειάζονται την παραγωγή μιας πρωτεΐνης (για την κατασκευή, λειτουργία και ρύθμιση οργάνων και ιστών), το γονίδιο που αντιστοιχεί σ’ αυτή την πρωτεΐνη, ενεργοποιείται.]

Με τις επιλογές μας, τον τρόπο ζωής μας, μπορούμε να ενεργοποιήσουμε ή να απενεργοποιήσουμε γονίδια μας (regulation of gene expression ή gene regulation) !!

Η βιολογική μας ηλικία (φαινοτυπική ή επιγενετική ηλικία) παρατείνεται αν έχουμε μειωμένο σωματικό βάρος, αν ασκούμαστε, αν καταναλώνουμε πολλά φρούτα, λαχανικά, ψάρια, αν είμαστε αισιόδοξοι, δεν προκαλούμε καυγάδες κλπ.

Η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των γονιδίων οδηγεί στη δημιουργία πάνω από 200 διαφορετικών κυττάρων με διαφορετικές λειτουργίες και μορφές (κυτταρική διαφοροποίηση – εξειδίκευση) και στη μορφογένεση στο έμβρυο, παρ’ όλο που όλα τα κύτταρα έχουν τα ίδια ακριβώς γονίδια με το πρώτο κύτταρο του εμβρύου, το γονιμοποιημένο ωάριο (ζυγώτης).

Αυτό γίνεται με την ενεργοποίηση ειδικών συνδυασμών γονιδίων, διαφορετικών σε κάθε διαφορετικό κύτταρο, παρ’ όλο που όλα τα κύτταρα μας έχουν ακριβώς το ίδιο αρχικό DNA, του ζυγώτη !!

Πέρα από την εμβρυική ηλικία, υπάρχουν ακόμη δυο περίοδοι της ζωής που ο οργανισμός επηρεάζεται πολύ το περιβάλλον. Η μια είναι η πρώιμη παιδική ηλικία και η άλλη είναι τα χρόνια της εφηβείας.

Οι επιγενετικές αλλαγές διατηρούνται- μεταφέρονται στις επόμενες γενιές των κυττάρων με τις κυτταρικές διαιρέσεις (μίτωση), δηλαδή όσο και η ζωή του οργανισμού, μπορούν όμως να αλλάξουν, αν τα γονίδια του DNA σε κάθε κύτταρο δέχονται διαφορετικά σήματα- ερεθίσματα, οπότε αλλάζουν ανάλογα με τις συνθήκες, με το στάδιο της ανάπτυξης κλπ.

Έτσι, ευτυχώς οι “κακές” επιγενετικές αλλαγές, που οδηγούν σε παθήσεις, μπορούν να αναστραφούν με αλλαγή των υγιεινο- διαιτητικών συνηθειών και τον τρόπο αντιμετώπισης της ζωής, σε αντίθεση με το γενότυπο που αλλάζει σπάνια και μόνο αν συμβεί μετάλλαξη ή βλάβη του DNA.

Βέβαια η ζημιά που ήδη πρόλαβε να γίνει, πολλές φορές δεν μπορεί να αναστραφεί, π.χ. αν έχει γίνει αθηρωμάτωση ή έμφραγμα ή εγκεφαλικό κλπ.

Τα “ερεθίσματα” για τις επιγενετικές αλλαγές είτε προέρχονται από το ίδιο το κύτταρο ή τα γειτονικά του κύτταρα (σαν μέρος της φυσιολογικής ανάπτυξης και λειτουργίας) είτε προέρχονται από το περιβάλλον.

Τα ερεθίσματα από το περιβάλλον εξαρτώνται από το είδος της διατροφής, το κάπνισμα, την άσκηση, την ύπαρξη άγχους, από διάφορα είδη ακτινοβολίας, από χημικές ουσίες που τρώμε ή κάθονται στο δέρμα μας, από τη μόλυνση του αέρα, από το μικροβίωμα, από ιώσεις, από τις διαπροσωπικές σχέσεις, ακόμη και από την εποχή του χρόνου κλπ.

[Μικροβίωμα είναι οι μικροοργανισμοί (περίπου 150 τρισεκατομμύρια !) που έχουν αποικίσει διάφορα σημεία του ανθρώπινου σώματος, κυρίως στο γαστρεντερικό σύστημα, στο δέρμα, στα βιο-υγρά κλπ.].

Ο πιο πάνω πίνακας δείχνει μερικά συστατικά τροφίμων που θεωρούνται ότι προστατεύουν από καρκίνο (SAM = S-adenosylmethionine. Το απαραίτητο αμινοξύ Μεθειονίνη χρησιμεύει τόσο για τη σύνθεση πρωτεϊνών όσο για τη δημιουργία της SAM. Αυτή προσφέρει μεθυλικές ομάδες για τη μεθυλίωση του DNA και των Ιστονών. Δες πιο κάτω).

Το πιο πάνω σχεδιάγραμμα δείχνει πως η Δυτικού τύπου διατροφή προκαλεί παθήσεις και πρόωρη γήρανση από βλαβερές επιγενετικές μεταβολές, σε αντίθεση με τη Μεσογειακή διατροφή.

# Οι παθήσεις που σχετίζονται με επιγενετικές αλλαγές είναι: Ο καρκίνος, η αθηρωμάτωση, το έμφραγμα, το εγκεφαλικό, η κολπική μαρμαρυγή, η καρδιακή ανεπάρκεια, ο σ. διαβήτης, η υπέρταση, οι αυτοάνοσες παθήσεις, το άσθμα, οι συγγενείς καρδιοπάθειες, το μεταβολικό σύνδρομο, νευροεκφυλιστικές παθήσεις, η κατάθλιψη κλπ.

Το περιβάλλον θεωρείται ότι συμμετέχει κατά 80% περίπου στη δημιουργία διαφόρων παθήσεων.

[Οι καρκίνοι οφείλονται τόσο σε μεταλλάξεις γονιδίων (σποραδικές ή κληρονομούμενες) όσο και σε επιγενετικές αλλαγές, όπως η απενεργοποίηση γονιδίων που επιδιορθώνουν το DNA, η ενεργοποίηση γονιδίων που ευνοούν τους όγκους (ογκογονίδια), η απενεργοποίηση γονιδίων που καταστέλλουν τους όγκους κλπ.]

ΟΙ ΜΗΧΑΝΙΣΜΟΙ ΤΩΝ ΕΠΙΓΕΝΕΤΙΚΩΝ ΑΛΛΑΓΩΝ

Όπως αναφέρθηκε πιο πάνω, οι επιγενετικές αλλαγές δημιουργούνται σε κάθε κύτταρο ξεχωριστά από “ερεθίσματα– σήματα” που ενεργοποιούν ή απενεργοποιούν γονίδια μέσω διαφόρων μηχανισμών ώστε να παραχθεί ή να σταματήσει η παραγωγή της αντίστοιχης πρωτεΐνης.

Οι επιγενετικές αλλαγές γίνονται μέσω επιγενετικών ενζύμων (π.χ. της DNA methyltransferase- DNMT / Ηistone methyltransferases – HMTs) ή/και μέσω αλλαγών στο υπόστρωμα που απαιτείται για τις επιγενετικές ενζυματικές αντιδράσεις.

[Τα “ερεθίσματα” είναι πρωτεΐνες που λέγονται transcription factors και ρυθμίζουν την έναρξη (οι activators) ή τη διακοπή (οι repressors) της λειτουργίας της RNA polymerase.

Η έναρξη και η διακοπή της λειτουργίας της RNA polymerase προκαλεί την έναρξη ή τη διακοπή της παραγωγής του mRNA από το συγκεκριμένο γονίδιο του DNA, με τελικό αποτέλεσμα την έναρξη ή τη διακοπή της παραγωγής της αντίστοιχης πρωτεΐνης.

Οι πρωτεΐνες καταπιεστές εμποδίζουν την κατασκευή πρωτεϊνών είτε εμποδίζοντας την αντιγραφή (transcription) του DNA σε mRNA μέσω αποκλεισμού της δράσης της  RNA πολυμεράσης είτε εμποδίζοντας τη μετάφραση (translation) του mRNA σε αμινοξέα και πρωτεΐνες.]

Οι επιγενετικές αλλαγές γίνονται μέσω περίπλοκων μηχανισμών και επιπλέον υπάρχουν και αλληλεπιδράσεις και μεταξύ αυτών των μηχανισμών.

Οι κυριότεροι επιγενετικοί μηχανισμοί που συμβαίνουν για να  ενεργοποιηθούν ή απενεργοποιηθούν διάφορα γονίδια στα κύτταρα είναι 3:

α) Μεθυλίωση των βάσεων Κυτοσίνης στο DNA, δηλαδή η ένωση μεθυλικής ομάδας (CH3) με τη βάση Κυτοσίνη, οπότε αλλάζει ο μικροσκελετός του DNA, χωρίς να αλλάζει η αλληλουχία των βάσεων.

Με τη μεθυλίωση ΣΤΑΜΑΤΑ η ενεργοποίηση αυτού του γονιδίου (δεν μπορεί να λειτουργήσει η RNA πολυμεράση).

[Η μεθυλίωση της Κυτοσίνης (μέσω της DNA methyltransferase ή DNMT) συμβαίνει στην περιοχή CpG Island (όπου υπάρχουν βάσεις C και G) του promoter τμήματος του γονιδίου.]

β) Μόρια RNA μικρού μήκους (π.χ. miRNA) που μειώνουν την παραγωγή πρωτεΐνης (non-coding RNAs – ncRNAs).

Τα miRNAs (micro RNAs) είναι μικρά σε μήκος (περίπου 20 νουκλεοτίδια) RNAs που καταστρέφουν το mRNA και έτσι δεν παράγεται (ή μειώνεται) η αντίστοιχη πρωτεΐνη (post-transcriptional gene expression).

γ) Τροποποίηση των Ιστονών, από τη δράση ορισμένων ενζύμων στις “ουρές” τους.

Με την τροποποίηση των Ιστονών είτε ενεργοποιούνται είτε απενεργοποιούνται γονίδια.

[Οι Ιστόνες είναι οκταμερή, 8 πρωτεϊνών “μαζί”, το δε DNA είναι τυλιγμένο γύρω τους, σαν σε καρούλια, για να μην καταλαμβάνει πολύ χώρο (σε κάθε πυρήνα, υπάρχει DNA μήκους περίπου 2 μέτρων).

Επιπλέον οι Ιστόνες χρειάζονται για να μπορεί το κάθε γονίδιο του DNA να εκφράζεται (“λειτουργεί”) αν αυτό είναι τυλιγμένο χαλαρά γύρω τους ή αντίθετα να μην “λειτουργεί”, αν το DNA είναι τυλιγμένο σφικτά γύρω τους.

Τα ειδικά ένζυμα μπορεί να τοποθετούν ακετυλική ομάδα σε “ουρά” των Ιστονών (Histone AcetylTransferases ή HATs) οπότε το DNA που είναι τυλιγμένο γύρω τους “χαλαρώνει” και έτσι εκτίθενται γονίδια για να παραχθεί mRNA (το ίδιο γίνεται με μεθυλίωση σε συγκεκριμένα σημεία σε συγκεκριμένη ουρά).

Άλλα ένζυμα αφαιρούν την ακετυλική ομάδα (Histone DeACetylases ή HDACs) οπότε τυλίγεται πιο σφικτά το DNA, αποκρύπτονται γονίδια και σταματά η παραγωγή mRNA (το ίδιο γίνεται με μεθυλίωση σε άλλα συγκεκριμένα σημεία συγκεκριμένης ουράς).]

ΟΙ ΕΠΙΓΕΝΕΤΙΚΕΣ ΑΛΛΑΓΕΣ ΜΕΤΑΦΕΡΟΝΤΑΙ ΣΤΟΥΣ ΑΠΟΓΟΝΟΥΣ ΤΩΝ ΑΝΘΡΩΠΩΝ ?

Η κληρονομικότητα συμβαίνει μέσω του DNA, όμως παρατηρείται και επιγενετική κληρονομικότητα (μεταφορά επιγενετικών μεταβολών, χαρακτηριστικών του γονιού στους απογόνους) σε φυτά, μικρόβια και άλλα ζώα, στα δε θηλαστικά παρατηρείται μερικές, ελάχιστες φορές.

Η ύπαρξη επιγενετικής κληρονομικότητας στους ανθρώπους πιθανόν να υπάρχει αλλά έχει αποδειχτεί μόνο για γονίδια που ρυθμίζουν την ανάπτυξη του εμβρύου, προς το παρόν. (δες πιο κάτω)

Αν δεν βρεθούν οι ακριβείς μηχανισμοί μεταφοράς επιγενετικών πληροφοριών στους απογόνους (π.χ. μέσω της μείωσης ?), είναι δύσκολο αυτοί να αποδειχτούν από παρατήρηση μόνο.

Ο λόγος είναι ότι αν παρατηρούνται ομοιότητες μεταξύ των γενιών, αυτές μπορεί να οφείλονται στην πιθανή κληρονόμηση μεταλλάξεων του DNA, στον επηρεασμό του εμβρύου στη μήτρα (από τα ίδια ερεθίσματα με τη μητέρα) στον επηρεασμό του παιδιού από το ίδιο περιβάλλον με τους γονείς και τέλος στη μίμηση της συμπεριφοράς των γονιών.

Οι επιγενετικές αλλαγές από τους γονείς διαγράφονται (reprogramming) ώστε να μην υπάρχει επιγενετική μνήμη (π.χ. για να μην επηρεαστεί το παιδί αν κάπνιζε ή έτρωγε ανθυγιεινά κάποιος από τους γονείς), να υπάρξει καινούργια αρχή και έτσι να μπορεί να διαφοροποιηθεί το γονιμοποιημένο ωάριο, στα διάφορα κύτταρα, στους ιστούς και στα όργανα του εμβρύου (totipotency of the zygote).

Αυτές διαγράφονται σε δυο φάσεις (απομεθυλίωσης): α) στους πρόγονους των σπερματοζωαρίων και των ωαρίων (primordial germ cells ή PGCs) και β) στο ζυγώτη (και στα 8 πρώτα κύτταρα του εμβρύου).

Αν συμβαίνει επιγενετική κληρομικότητα, χρειάζεται να καταλάβουμε αν και πως οι επιγενετικές αλλαγές των PGCs μπορούν ξεφύγουν από τους δυο κύκλους διαγραφής- επαναπρογραμματισμού ώστε να μην υπάρχει πλήρης διαγραφή των επιγενετικών αλλαγών.

Πάντως στα θηλαστικά περίπου το 1% των γονιδίων ξεφεύγουν από τη διαγραφή (reprogramming) των επιγενετικών αλλαγών, στην περίπτωση της γονιδιακής αποτύπωσης (Genomic imprinting). (δες πιο κάτω)

Έτσι για να θεωρηθεί ότι συμβαίνει στους ανθρώπους επιγενετική κληρονομικότητα (epigenetic inheritance) πρέπει να υπάρχουν ορισμένες προϋποθέσεις:

α) Να αποκλεισθεί τελείως η γενετική μεταφορά πληροφοριών μέσω μεταλλάξεων του DNA.

β) Να μην υπάρχει στους απογόνους το ίδιο αρχικό περιβάλλον που επηρέασε τους γονείς.

γ) Να αποκλεισθεί το ενδεχόμενο του επηρεασμού στην κύηση (intrauterine exposure).

[Τα ερεθίσματα από το περιβάλλον (π.χ. διατροφή, κάπνισμα κλπ.) επηρεάζουν τα κύτταρα του εμβρύου στη διάρκεια της εμβρυογένεσης και ο επηρεασμός διαρκεί και για πολλά χρόνια μετά, στην ενήλικη ζωή.

Επιπλέον επειδή επηρεάζονται και τα αναπαραγωγικά κύτταρα του εμβρύου, φαίνεται ότι πιθανόν επηρεάζονται και τα εγγόνια, χωρίς κατ’ ανάγκην να υπάρχει transgenerational epigenetic inheritance.]

# Όπως αναφέρθηκε πιο πάνω η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση των γονιδίων επιγενετικά  είναι κληρονομήσιμη στα κύτταρα κατά τη διαίρεση τους.

Σε ποντίκια έχει παρατηρηθεί ότι επιγενετικές αλλαγές των γονιών, μπορεί να κληρονομηθούν στους απογόνους (π.χ. μέσω επιγενετικών αλλαγών σε mi RNAs, ή μέσω κομματιών tRNAs ή από γενετικό υλικό ρετρο-ιών που είναι στα χρωματοσώματα του ξενιστή και μεταφέρουν την επανα-μεθυλίωση του DNA στους απογόνους κλπ.) ή με άγνωστους ακόμη μηχανισμούς.

Η μεταφορά επιγενετικών μεταβολών- χαρακτηριστικών του γονιού στα παιδιά (επιγενετική κληρομικότητα), αν συμβαίνει (και εφ’ όσον δεν συνεχίζεται το ίδιο περιβάλλον με του γονιού), λέγεται intergenerational epigenetic inheritance.

Η κληρονόμηση επιγενετικών αλλαγών στα εγγόνια (δισέγγονα αν η επιγενετική αλλαγή έγινε στην εγκυμοσύνη), αν υπάρχει (και εφ’ όσον δεν συνεχίζεται η ίδια δράση του περιβάλλοντος διαχρονικά), λέγεται transgenerational epigenetic inheritance.

Η επιγενετική κληρομικότητα (και ιδίως η transgenerational epigenetic inheritance) είναι δύσκολο να αποδειχτεί στους ανθρώπους, γιατί απαιτείται πάρα πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα παρατήρησης και ακριβής γνώση των μηχανισμών της, έτσι υπάρχει διχογνωμία αν αυτή συμβαίνει ή όχι.

Ένα σπάνιο παράδειγμα εξαίρεσης στον κανόνα είναι η επιγενετική κληρονομικότητα μέσω γονιδίων που ελέγχουν την ανάπτυξη στο έμβρυο.

[Yπάρχει transgenerational epigenetic inheritance στα igf2 αλληλόμορφα γονίδια (γονίδια που δρουν για το ίδιο χαρακτηριστικό αλλά με διαφορετικό τρόπο) όπου πάντα ο πατέρας ενεργοποιεί το igf2 γονίδιο  και η μητέρα πάντα το απενεργοποιεί (γονιδιακή αποτύπωση – Genomic imprinting).

Τα igf2 αλληλόμορφα γονίδια αφορούν στην ανάπτυξη του εμβρύου και πάντα μεταφέρονται από γενιά σε γενιά με κάποιο είδος μνήμης.

Στην περίπτωση αυτή πιθανώς δεν υπάρχει η δεύτερη φάση της διαγραφής (απομεθυλίωσης) των επιγενετικών αλλαγών που γίνεται στο ζυγώτη ή συμβαίνει μέσω miRNAs ή με άλλο μηχανισμό.]

Πάντως η έρευνα πάνω στην επιγενετική κληρονομικότητα συνεχίζεται και θα έχουμε περισσότερες πληροφορίες στα επόμενα χρόνια.

ΛΙΓΑ ΓΙΑ ΤΑ ΓΟΝΙΔΙΑ

Ενεργοποίηση γονιδίου σημαίνει παραγωγή  mRNA από αυτό, συνεπώς και πρωτεΐνης.

Συνολικά το ανθρώπινο DNA έχει 20.000 ως 25.000 γονίδια και κάθε γονίδιο (που μεταφέρει την κληρονομική πληροφορία για την κατασκευή και λειτουργία μας), έχει από 100δες ως πάνω από 2.000.000 διαδοχικά νουκλεοτίδια- βάσεις.

Έχουμε 2 αντίγραφα κάθε γονιδίου, ένα από τον πατέρα και ένα από τη μητέρα μας.

[Το γονίδιο αποτελείται από 3 μέρη, το μεσαίο τμήμα του που αντιγράφεται και έτσι δημιουργείται το mRNA, το πρώτο τμήμα που πληροφορεί ότι από εδώ θα αρχίσει ή δεν θα αρχίσει η αντιγραφή του DNA (promoter) και το τρίτο τμήμα που λέει ότι εδώ σταματά η αντιγραφή του DNA (terminator).]

Όταν το κύτταρο ή ο οργανισμός χρειάζονται την παραγωγή μιας πρωτεΐνης (για την κατασκευή, λειτουργία και ρύθμιση οργάνων και ιστών), το γονίδιο που αντιστοιχεί σ’ αυτή την πρωτεΐνη, ενεργοποιείται.

# Πάντως το 98% ! περίπου των γονιδίων δεν οδηγούν σε παραγωγή πρωτεϊνών (noncoding genes).

Τα noncoding genes είναι κυρίως:

α) γονίδια ρυθμιστές [παράγουν ειδικές πρωτεΐνες που λέγονται transcription factors και ενεργοποιούν (οι activators) ή απενεργοποιούν (οι repressors) άλλα γονίδια για την “παραγωγή” πρωτεΐνης].

β) γονίδια που “παράγουν” ειδικά RNAs όπως τα tRNAs (“μεταφραστές” RNA), το rRNA (ριβοσωμιακό RNA), τα miRNAs (που σταματούν την παραγωγή πρωτεΐνης από το mRNA), τα LncRNAs (που αρχίζουν ή σταματούν την ενεργοποίηση γονιδίων).

γ) γονίδια που σχηματίζουν τα τελομερή (μαζί με ειδικές πρωτεΐνες).

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

https://www.nature.com/articles/s41574-018-0005-5

https://www.nature.com/articles/s41574-019-0226-2

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6482346/

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0091674918310583#!

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1411-0?error=cookies_not_supported&code=2dcb039b-0146-4a43-a78b-28037517b249

https://www.youtube.com/watch?v=gENf0DG9Xm0

https://www.youtube.com/watch?v=J9jhg90A7Lw

https://clinicalepigeneticsjournal.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13148-019-0659-4

https://pdfs.semanticscholar.org/bb7d/3938e0e2a5a931d40bde663a2500f862abd7.pdf?_ga=2.213074516.1365547517.1566757629-1714741145.1557073742

https://jme.bioscientifica.com/view/journals/jme/60/2/JME-17-0189.xml

https://www.mdpi.com/1422-0067/19/11/3425/htm

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5543329/

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6460076/

https://www.ahajournals.org/doi/full/10.1161/circresaha.116.308434

https://www.mdpi.com/1422-0067/19/11/3425

Τα τελομερή είναι ειδικοί προστατευτικοί σχηματισμοί που “σφραγίζουν” τις δυο άκρες των χρωματοσωμάτων για να προστατεύσουν το DNA από τη φθορά, που συμβαίνει τόσο κατά τις κυτταρικές διαιρέσεις όσο και σε άλλες περιπτώσεις που δημιουργείται βλάβη στο DNA (π.χ. σε φάσεις οξειδωτικού stress).

Τα τελομερή εμποδίζουν τα χρωματοσώματα από συνένωση μεταξύ τους και επίσης θυσιάζονται – καταστρέφονται αυτά αντί για τα χρήσιμα γονίδια κατά τον αυτοδιπλασιασμό του DNA (στη φάση της σύνθεσης), πριν τη φάση της μίτωσης στις κυτταρικές διαιρέσεις.

Η μείωση του μήκους των τελομερών σχετίζεται με τη γήρανση του οργανισμού και τις παθήσεις που τη συνοδεύουν (δεν γνωρίζουμε αν την προκαλούν ή αν και τα δυο οφείλονται σε άλλο παράγοντα που προκαλεί και τα δύο).

Η μακροβιότητα μας και το μήκος των τελομερών μας, εξαρτώνται από τα γονίδια μας, από τον τρόπο ζωής μας, την αισιοδοξία ή απαισιοδοξία μας, το περιβάλλον που ζούμε και τα καλά ή κακά που συμβαίνουν στη ζωή μας.

Δεν έχουν όλοι οι άνθρωποι ίδιο μήκος τελομερών γιατί το μήκος τους καθορίζεται εν μέρει κληρονομικά και εν μέρει επιγενετικά (από εξωγενείς αιτίες όπως το οξειδωτικό stress).

Επιγενετικά το μήκος τους μικραίνει από: Την υπεριώδη ηλιακή ακτινοβολία και  από άλλα είδη ακτινοβολίας, από ορισμένες τοξίνες, από ορισμένες χημικές αρωματικές ουσίες όπως το βενζόλιο και το τολουένιο, από ιώσεις, από φλεγμονές, από κακή διατροφή, από κάπνισμα, από τη  ρύπανση της ατμόσφαιρας, από πολύ αλκοόλ (όσο περισσότερο το αλκοόλ τόσο μικρότερο το μήκος των τελομερών) κλπ.

Επιπλέον επιγενετικά το μήκος των τελομερών μειώνεται  και από το μακροχρόνιο άγχος (συνεχώς αυξημένη κορτιζόνη)  τόσο στην ενήλικη ζωή όσο και στην παιδική ηλικία και από παχυσαρκία (λόγω παραγωγής φλεγμονωδών λιποκυτοκινών).

Μεγαλύτερο μήκος τελομερών έχουν οι γυναίκες (λόγω των οιστρογόνων), όσοι ασκούνται, όσοι χάσουν σωματικό βάρος, όσοι δεν έχουν ψυχολογικό stress, όσοι ακολουθούν τη μεσογειακή διατροφή κλπ.

Επίσης όποιος αντιμετωπίζει τη ζωή με αισιοδοξία (και με καλούς φίλους) παρουσιάζει λιγότερη μείωση των τελομερών του (Elizabeth Blackburn, βραβείο Nobel).

Επιπλέον αν ο πατέρας είναι μεγάλης ηλικίας κατά τη σύλληψη του απογόνου, λόγω του ότι τα τελομερή των σπερματικών κυττάρων μεγαλώνουν αντί να μικραίνουν με την ηλικία (λόγω ύπαρξης τελομεράσης), τα παιδιά του θα έχουν μεγαλύτερα τελομερή.

Επίσης ο ρυθμός μείωσης του μήκους των τελομερών διαφέρει από χρωματόσωμα σε χρωματόσωμα και από ιστό σε ιστό.

ΤΑ ΤΕΛΟΜΕΡΗ ΚΑΙ Η ΑΤΕΛΗΣ ΑΝΤΙΓΡΑΦΗ ΤΩΝ 2 ΑΚΡΩΝ ΤΟΥ ΧΡΩΜΑΤΟΣΩΜΑΤΟΣ

Τα νουκλεοτίδια-βάσεις των τελομερών δεν έχουν πληροφορίες για κατασκευή πρωτεϊνών και (όπως αναφέρθηκε πιο πάνω) σε κάθε διπλασιασμό του DNA (άρα σε κάθε κυτταρική διαίρεση), καταστρέφονται αυτές, αντί για το υπόλοιπο DNA που είναι χρήσιμο για την παραγωγή πρωτεϊνών (coding DNA).

Αυτό χρειάστηκε να γίνει, γιατί υπάρχει μια κατασκευαστική ατέλεια στην αντιγραφή του DNA (end replication problem).

Συγκεκριμένα  ένα κομμάτι του τελομερούς, στην 5’ άκρη της lagging strand, χάνεται σε κάθε αναδιπλασιασμό του DNA, κάθε φορά που το κύτταρο πρόκειται να διαιρεθεί.

Οπότε οι ακολουθίες TTAGGG του τελομερούς στο τέλος 3’ της leading strandτου DNA μένουν- προεξέχουν μόνες τους, χωρίς συμπληρωματικές βάσεις απέναντι.

Η αδυναμία πλήρους σύνθεσης της lagging strand του DNA, αναφέρεται σαν “5′ end replication problem”.

Έτσι το μήκος των τελομερών κάθε κυττάρου μειώνεται σταδιακά σε κάθε κυτταρική διαίρεση. Το ανώτερο όριο των κυτταρικών διαιρέσεων λέγεται Hayflick Limit και στα περισσότερα κύτταρα είναι οι 40-70 φορές.

ΤΑ ΤΕΛΟΜΕΡΗ, Ο ΚΥΤΤΑΡΙΚΟΣ ΚΥΚΛΟΣ ΚΑΙ Η ΓΗΡΑΝΣΗ ΤΟΥ ΟΡΓΑΝΙΣΜΟΥ

Όταν τα τελομερή φτάσουν σε ένα οριακά μικρό μήκος ή/και αν οι πρωτεΐνες που το προστατεύουν (shelterin complex) παρουσιάσουν δυσλειτουργία, το DNA ενεργοποιεί το μηχανισμό της απάντησης σε βλάβη του DNA (DNA damage response ή DDR), οπότε το κύτταρο εγκαταλείπει τη φάση G1 του κυτταρικού κύκλου και μπαίνει στη φάση G0, αρχικά προσωρινά.

Αν το κύτταρο δεν καταφέρει να επιδιορθώσει το DNA του, τότε η παραμονή του στη φάση G0 γίνεται μη αναστρέψιμη, μπαίνει σε “γήρανση“ από πλευράς διαιρέσεων (φάση Replication Senescence).

Όσα κύτταρα είναι σ’ αυτή τη φάση, δεν μπορούν να ξαναμπούν στον κυτταρικό κύκλο και στο τέλος καταλήγουν σε θάνατο.

Η replicative Senescence είναι η ανικανότητα του κυττάρου να ξαναδιαιρεθεί ενώ η γήρανση του κυττάρου είναι η μη αποδοτική λειτουργία του λόγω συσσώρευσης βλαβών με την πάροδο του χρόνου.

Τα κύτταρα διαφόρων ηλικιών μπορούν να παρουσιάσουν replicative Senescence και ίσως αυτή να είναι και μηχανισμός προστασίας του οργανισμού για εξάλειψη (μέσω του ανοσοποιητικού συστήματος) όσων κυττάρων έχουν παρουσιάσει βλάβη στο DNA τους.

Υπ’ όψιν ότι εν μέρει η γήρανση του οργανισμού και η έναρξη παθήσεων που σχετίζονται με το γήρας οφείλεται και στη μείωση του μήκους των τελομερών των ενήλικων βλαστοκυττάρων, γιατί μειώνεται η ικανότητα τους να αυτοδιπλασιάζονται και συνεπώς και η ικανότητα τους να επιδιορθώνουν όσα σωματικά κύτταρα δεν μπορούν να αυτοδιπλασιαστούν.

Η replicative senescence των σωματικών κυττάρων που διαιρούνται και των ενήλικων βλαστοκυττάρων, που αντέχουν περισσότερους κύκλους διαίρεσης, προκαλούν μαζί με άλλους επιγενετικούς παράγοντες, τελικά τη γήρανση του οργανισμού.

Αυτό γίνεται όταν τα κύτταρα με replicative senescence αυξάνονται σε αριθμό- συσσωρεύονται ή/και αν το γερασμένο ανοσοποιητικό δεν μπορεί να τα καταστρέψει.

Όσο μεγαλύτερο το μήκος των τελομερών, τόσο πιο πολλές κυτταρικές διαιρέσεις μπορούν να γίνουν, με αποτέλεσμα τη μείωση των εκφυλιστικών παθήσεων (της αθηρωμάτωσης συμπεριλαμβανομένης), αλλά δυστυχώς την αύξηση ορισμένων μορφών καρκίνου (λόγω αύξησης των μεταλλάξεων από τους περισσότερους διπλασιασμούς του DNA).

Το μήκος των τελομερών μπορεί να μετρηθεί ακριβέστερα με τη μέθοδο TeSLA (Telomere Shortest Length Assay).

 Η ΚΑΤΑΣΚΕΥΗ ΤΟΥ ΤΕΛΟΜΕΡΟΥΣ ΚΑΙ ΤΟ ΤΕΛΙΚΟ ΤΜΗΜΑ ΤΟΥ – Η T LOOP

Τα νουκλεοτίδια- βάσεις στα τελομερή είναι εκατοντάδες (σε μεγαλύτερη ηλικία) και περίπου 2.5 χιλιάδες (σε μικρότερη ηλικία) επαναλαμβανόμενες ακολουθίες των 6 νουκλεοτιδίων-βάσεων ΤΤΑGGG, στο τέλος, στην πλευρά 3’, της κύριας θυγατρικής έλικας του DNA (leading strand).

Όμως το τελείως τελικό τμήμα (3’) της leading strand του DNA με δεκάδες (5-70) επαναλαμβανόμενες εξάδες βάσεων TTAGGG παραμένει μόνο του (G-strand overhang), χωρίς συμπληρωματική- δευτερεύουσα έλικα.

Αυτό γίνεται λόγω της εγγενούς αδυναμίας της ολοκλήρωσης του τελικού κομματιού (5’) της θυγατρικής δευτερεύουσας έλικας του DNA (lagging strand), οπότε δεν κατασκευάζονται  οι αντίστοιχες- συμπληρωματικές δεκάδες εξάδες βάσεων, ΑΑΤCCC  (end replication problem).

Το τελείως τελικό τμήμα του τελομερούς προστατεύεται με το σχηματισμό μιας “θηλιάς” που λέγεται T-loop (και μιας μικρότερης, της D loop) και επίσης από ειδικό σύμπλεγμα 6 πρωτεϊνών, που λέγονται Shelterin complex και προστατεύουν το τελομερές από το να θεωρηθεί ότι είναι DNA με βλάβη, που χρειάζεται επισκευή.

Η T-loop αποτελείται από τη μονή κύρια έλικα (με τις επαναληπτικές ακολουθίες των 6 βάσεων TTAGGG) που διπλώνεται προς τα πίσω και διεισδύει  τελικά στη διπλή έλικα του τελομερούς ενωνόμενη μαζί της. Η  T-loop σταθεροποιείται με τις 6 πρωτεΐνες Shelterin complex.

Η ΤΕΛΟΜΕΡΑΣΗ

Το ανώτερο όριο των κυτταρικών διαιρέσεων ( Hayflick Limit) δεν ισχύει για όλα τα κύτταρα.

Μερικά ενήλικα κύτταρα δημιουργώντας τελομεράση, μπορούν να διαιρούνται πολύ περισσότερες φορές, όπως τα ενήλικα βλαστοκύτταρα (stem cells) και οι απόγονοι τους, τα  progenitor cells. Το ίδιο συμβαίνει δυστυχώς και στα κύτταρα του 85-90% των καρκίνων.

Η τελομεράση υπάρχει άφθονη στα εμβρυικά βλαστοκύτταρα (embryonic stem cells) μέχρι τον 3^ο μήνα περίπου και επίσης στα σπερματικά κύτταρα του άντρα.

Η τελομεράση αυξάνει το μήκος των τελομερών (με τη βοήθεια και της DNA πολυμεράσης) και έτσι αυξάνεται ο αριθμός των κυτταρικών διαιρέσεων.

Όμως όσο αυξάνονται οι κυτταρικές διαιρέσεις αυξάνεται και ο κίνδυνος να προκληθεί καρκίνος, από αυξημένες πιθανότητες μετάλλαξης.

Η τελομεράση είναι μια Ριβονουκλεοπρωτεΐνη που αποτελείται από το ένζυμο – υπομονάδα TERT, το “καλούπι” – υπομονάδα TERC και βοηθητικές πρωτεΐνες.

α) Η TERT (TElomerase Reverse Transcriptase) προσθέτει επαναλαμβανόμενα τις 6 βάσεις TTAGGG στην 3’ άκρη της leading strand του τελομερούς, για να την επεκτείνει.

Σαν “καλούπι” χρησιμοποιείται η υπομονάδα TERC (TElomerase RΝΑ Component) που έχει τις επαναληπτικές βάσεις ΑΑUCCC.

Στα ανθρώπινα ενήλικα κύτταρα η TERC υπάρχει μόνιμα, ενώ το γονίδιο που “παράγει” την TERT είναι αδρανοποιημένο, εκτός από τα ενήλικα βλαστοκύτταρα, τα  progenitor cells, τα σπερματικά κύτταρα του άντρα και τα κύτταρα του 85-90% των καρκίνων.

β) Μετά η DNA πολυμεράση προσθέτει τις βάσεις ΑΑΤCCC απέναντι από την άκρη της leading strand, ώστε να ξαναδημιουργηθεί η διπλή έλικα του τελομερούς.

ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΙΚΑ: Δεν καπνίζουμε, τρώμε υγιεινά, βαδίζουμε πολύ, δεν είμαστε υπέρβαροι, βλέπουμε τη ζωή με αισιοδοξία σαν μισογεμάτο και όχι μισοάδειο ποτήρι, γελούμε, τραγουδούμε, χορεύουμε, δεν γκρινιάζουμε, έτσι ώστε τα τελομερή μας να μικραίνουν με βραδύτερο ρυθμό.

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6560729/

https://www.mdpi.com/2073-4409/8/1/30/

htmhttp://jcb.rupress.org/content/216/4/875

Το κύτταρο είναι η βασική, μικρότερη μορφή ζωής του σώματος και αποτελεί τη δομική μονάδα του οργανισμού.

Πολλά κύτταρα μαζί σχηματίζουν τους ιστούς, οι ιστοί σχηματίζουν τα όργανα (με εξειδικευμένες λειτουργίες), τα όργανα με κοινό σκοπό σχηματίζουν τα οργανικά συστήματα (καρδιαγγειακό, νευρικό, πεπτικό, σκελετικό, μυϊκό κλπ.) και αυτά απαρτίζουν το σώμα.

Όλα τα κύτταρα, οι ιστοί και τα όργανα του σώματος βρίσκονται σε αρμονία μεταξύ τους (μέσω αλληλοεπικοινωνίας και αλληλορύθμισης) για να είναι υγιές το σώμα και να εκτελεί ο άνθρωπος τις καθημερινές του λειτουργίες (σκέψη, κίνηση του σώματος, αναπαραγωγή κλπ.).

Τα κύτταρα αποτελούνται από την εξωτερική διαχωριστική μεμβράνη (που ρυθμίζει τι μπαίνει και τι βγαίνει από το κύτταρο), το κυτταρόπλασμα (μοιάζει με αραιό ζελέ) και τα οργανίδια (το καθένα με τη δική του διαφορετική λειτουργία και μεμβράνη), με βασικότερο οργανίδιο τον πυρήνα (αυτός μέσω του DNA που περιέχει είναι το κέντρο επιχειρήσεων του κυττάρου).

(Υπ’ όψιν ότι ορισμένα κύτταρα όπως τα ερυθροκύτταρα και τα αιμοπετάλια δεν περιέχουν πυρήνα).

Το DNA είναι το θησαυροφυλάκιο της γνώσης και είναι υπεύθυνο τόσο για την αντικατάσταση των φθαρμένων κυττάρων (με τη μίτωση), όσο και για τη διαιώνιση του είδους (με τη μείωση).

Επίσης το  DNA (μαζί με τα διάφορα RNAs) είναι υπεύθυνο για την παραγωγή πρωτεϊνών που εκτελούν τις λειτουργίες των κυττάρων και του σώματος.

Άλλα μικρά όργανα του κυττάρου (οργανίδια) είναι τα μιτοχόνδρια (εργοστάσια παραγωγής ενέργειας, από την τροφή σε ΑΤΡ), τα λυσοσώματα (σύστημα πέψης και ανακύκλωσης του κυττάρου), το ενδοπλασματικό δίκτυο (δίκτυο επεξεργασίας και μεταφοράς πρωτεϊνών και λιπιδίων).

[Τα μιτοχόνδρια θεωρείται ότι ήταν προκαρυωτικά κύτταρα (οργανισμοί ενός κυττάρου, χωρίς πυρήνα) που έγιναν ενδοσυμβιωτικά στα κύτταρα με πυρήνα των σύγχρονων πολύπλοκων οργανισμών (ευκαρυωτικά κύτταρα)]

Επιπλέον οργανίδια είναι η συσκευή Golgi (κέντρα επεξεργασίας, πακεταρίσματος και αποστολής ορισμένων μακρομορίων όπως λιπιδίων και πρωτεϊνών μέσα ή έξω από το κύτταρο), τα ριβοσώματα (κέντρα παραγωγής πρωτεϊνών), το κεντροσωμάτιο (μέσω των 2 κεντριολίων του, οργανώνει τους μικροσωλινίσκους του κυτταροσκελετού) κλπ.

Τα κύτταρα αποτελούνται: α) Από νερό (περίπου 60%, στα παιδιά περίπου 70%), β) από οργανικά μόρια [πρωτεΐνες (περίπου 18%), λίπη (περίπου 5%), υδατάνθρακες και τα νουκλεϊνικά οξέα DNA και RNA] και γ) από ανόργανα μόρια περίπου 1.5% (π.χ. Ασβέστιο, Νάτριο, Κάλιο, Μαγνήσιο κλπ.).

Υπάρχουν περίπου 40-100 τρισεκατομμύρια κύτταρα στο μέσο ενήλικο σώμα, με τη μεγάλη πλειοψηφία τους να είναι περίπου τα 25-30 τρισεκατομμύρια ερυθροκύτταρα.

Σχεδόν όλα τα κύτταρα στο σώμα γερνούν, οπότε ανανεώνονται συνεχώς είτε μέσω διαιρέσεων- αυτοδιπλασιασμού τους (μίτωση) είτε από τα σωματικά βλαστοκύτταρα, ανάλογα με τον ιστό που βρίσκονται και ανάλογα με τις συνθήκες (π.χ. σε τραυματισμό).

Οι βασικές κατηγορίες κυττάρων είναι 3, τα σωματικά κύτταρα (με περίπου 200 διαφορετικά, εξειδικευμένα είδη), τα βλαστοκύτταρα (stem cells) και τα γεννητικά κύτταρα ή germ cells (αυτά μέσω της μείωσης, δημιουργούν τους γαμέτες που έχουν 23 μονά χρωματοσώματα, δηλαδή το ωάριο ή το σπερματοζωάριο).

Όλα τα διαφορετικά κύτταρα του σώματος, παρ’ όλο που έχουν διαφορετικές λειτουργίες και χαρακτηριστικά (όπως το μέγεθος, το σχήμα κλπ.), προέρχονται από το ένα- αρχικό, πρώτο κύτταρο του σώματος, το γονιμοποιημένο ωάριο (λέγεται ζυγώτης), έτσι ΟΛΑ τα κύτταρα μας έχουν ακριβώς το ίδιο, αρχικό DNA (με 23 ζεύγη χρωματοσωμάτων).

Κατά την αρχική ανάπτυξη του εμβρύου δημιουργούνται τα διαφορετικά κύτταρα (κυτταρική διαφοροποίηση ή Cellular differentiation), μετά από πολλούς κύκλους διαίρεσης, με Επιγενετικούς μηχανισμούς.

Οι επιγενετικοί μηχανισμοί προκαλούν την ενεργοποίηση μόνο ορισμένων γονιδίων (διαφορετική έκφραση των γονιδίων) του DNA και την απενεργοποίηση άλλων (οπότε αυξάνονται ή μειώνονται τα αντίστοιχα RNA και πρωτεΐνες).

Η διαφοροποίηση συνεχίζεται και από τα βλαστοκύτταρα των ενηλίκων. Για κάθε κατηγορία διαφορετικών κυττάρων του σώματος (από τα περισσότερα από  200 είδη) ενεργοποιούνται- δρουν (expressed) και απενεργοποιούνται (repressed) διαφορετικά γονίδια του DNA τους. Αυτό γίνεται από ερεθίσματα- μόρια από γειτονικά κύτταρα ή από ερεθίσματα μέσα από το κύτταρο.

http://book.bionumbers.org/how-quickly-do-different-cells-in-the-body-replace-themselves/

https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/cells/cellular-development/v/telomeres-and-cell-senescence

https://www.youtube.com/watch?v=k-b7dqwZL0o

https://www.khanacademy.org/test-prep/mcat/cells/cellular-development/v/telomeres-and-cell-senescence

 
Η ΑΝΑΝΕΩΣΗ ΤΩΝ ΚΥΤΤΑΡΩΝ

Σχεδόν όλα τα κύτταρα στο σώμα μας ανανεώνονται συνεχώς (γιατί γερνούν και πεθαίνουν), είτε μέσω διαιρέσεων τους (μίτωση) είτε από τα σωματικά βλαστοκύτταρα, ανάλογα με τον ιστό που βρίσκονται και ανάλογα με τις συνθήκες.

Στις κυτταρικές διαιρέσεις μεταφέρεται ακριβώς το ίδιο, αρχικό, γονιδιακό υλικό (DNA) από τη μια γενιά κυττάρων στις επόμενες γενιές.

Όσα κύτταρα διαιρούνται έχουν διάφορες φάσεις στη ζωή τους (κυτταρικός κύκλος), που είναι η ανάπτυξη (φάση G1 και G2), ο διπλασιασμός του DNA (φάση S) με 92 χρωματοσώματα και τελικά η διαίρεση τους σε δύο πανομοιότυπα κύτταρα (μίτωση) με τα φυσιολογικά 46 χρωματοσώματα.

Τα κύτταρα που βρίσκονται εκτός του κυτταρικού κύκλου (εκτός διαιρέσεων) και εκτελούν κανονικά τις λειτουργίες τους χαρακτηρίζονται ότι είναι σε φάση G “0”. Αυτή συνδέεται με τη φάση  G1 του κυτταρικού κύκλου.

Σε φάση G “0” βρίσκονται όσα κύτταρα δεν διαιρούνται ποτέ (είναι τελικώς διαφοροποιημένα όπως π.χ. τα νευρικά και τα μυϊκά κύτταρα) και κύτταρα (όπως ορισμένα ηπατοκύτταρα) που περιμένουν τα κατάλληλα ερεθίσματα για να ξαναμπούν στον κυτταρικό κύκλο (στη φάση G1).

Επίσης σε φάση G “0”βρίσκονται και τα κύτταρα που έχουν τελειώσει με τις διαιρέσεις τους και  δεν ξαναδιαιρούνται λόγω γήρανσης.

Υπ’ όψιν ότι κάθε φορά που τα κύτταρα διαιρούνται, οι προστατευτικές άκρες των χρωματοσωμάτων, που λέγονται τελομερή, καταστρέφονται μερικώς για να μην καταστραφεί το χρήσιμο DNA (έτσι δημιουργηθήκαμε).

Οπότε κάποια στιγμή, μετά από περίπου 40- 70 διαιρέσεις, μικραίνουν τόσο πολύ τα τελομερή, που το κύτταρο σταματά να διαιρείται (μπαίνει σε φάση G 0), ώστε να μην καταστραφεί το χρήσιμο DNA του χρωματοσώματος.

Όμως το ανώτερο όριο των κυτταρικών διαιρέσεων (Hayflick limit) δεν ισχύει για όλα τα κύτταρα.

Μερικά ενήλικα κύτταρα δημιουργώντας το ένζυμο τελομεράση (αυτή αυξάνει το μήκος των τελομερών), μπορούν να διαιρούνται πολύ περισσότερες φορές.

Αυτά είναι κυρίως τα βλαστοκύτταρα και τα αντρικά γεννητικά κύτταρα (germ cells). Ατυχώς όμως, το ίδιο κάνουν και τα καρκινικά κύτταρα.

Πολύ σπάνια, μερικά κύτταρα (περίπου 1 στις 1.000.000 διαιρέσεις κυττάρων) καταφέρνουν να ξεφύγουν από τη γήρανση και το θάνατο, με σταθεροποίηση του μήκους των τελομερών τους στο ελάχιστο δυνατό, οπότε μπορούν να πολλαπλασιάζονται διαρκώς και ανεξέλεγκτα (“αθάνατα” – καρκινικά κύτταρα).

Στα καρκινικά κύτταρα η σταθεροποίηση του μήκους των τελομερών, γίνεται με τη δημιουργία- αύξηση της τελομεράσης (ή σπανιότερα, περίπου στο 10-15% των περιπτώσεων, με άλλους μηχανισμούς επιμήκυνσης, που λέγονται ALT).

Τα κύτταρα που σταθεροποίησαν το μήκος των τελομερών, μετατρέπονται σε καρκινικά, μόνο αν έχουν ήδη συσσωρεύσει τις κατάλληλες βλάβες- μεταλλάξεις σε πολλά γονίδια που ευνοούν τον καρκίνο.

(Τα φυσιολογικά κύτταρα χωρίς βλάβες στα γονίδια, ακόμη και με αύξηση της τελομεράσης, δεν μετατρέπονται σε καρκινικά.)

Έτσι το ενήλικο σώμα διατηρείται για πολλά χρόνια ζωντανό, χάρη στην ανανέωση των κυττάρων των ιστών.

Υπολογίζεται ότι ο μέσος όρος ηλικίας των κυττάρων του σώματος μας είναι 7-10 ετών και οι κυτταρικές διαιρέσεις συμβαίνουν περίπου 40-70 φορές στη διάρκεια της ζωής του ενήλικου ανθρώπου.

Όμως ελάχιστα είδη κυττάρων εξακολουθούν να υπάρχουν χωρίς ανανέωση, από τη γέννηση ως το θάνατο τους (άρα έχουν την ηλικία του οργανισμού) και σ’ αυτά περιλαμβάνονται τα κύτταρα του φλοιού του εγκεφάλου, τα κύτταρα του φακού του ματιού, τα ανώριμα ωάρια (με 23 ζεύγη χρωματοσωμάτων), τα κύτταρα δ του παγκρέατος κλπ.

Υπολογίζεται ότι κάθε μέρα στο ενήλικο ανθρώπινο σώμα ανανεώνονται (πεθαίνουν και γεννιούνται) περίπου 200 δισεκατομμύρια ερυθροκύτταρα και ακόμη 60  δισεκατομμύρια άλλα κύτταρα.

Μερικά παραδείγματα χρόνου ζωής των κυττάρων:

Τα ερυθροκύτταρα ζουν 120 μέρες, τα αιμοπετάλια ζουν 10 μέρες, τα κύτταρα της επιδερμίδας 14-30 μέρες, τα ηπατοκύτταρα περίπου 1 χρόνο, τα λιποκύτταρα 8 χρόνια, τα καρδιακά μυοκύτταρα ανανεώνονται με ρυθμό 1% σε νεαρή ηλικία και 0.45% σε μεγάλη ηλικία κάθε χρόνο κλπ.

Τα αιμοποιητικά βλαστοκύτταρα ζουν περίπου 2 μήνες και ανανεώνονται και αυτά μέσω διαίρεσης τους.

Οι ιστοί – τα όργανα (π.χ. κεντρικό νευρικό σύστημα, ήπαρ, πάγκρεας κλπ.) του ενήλικου σώματος αποτελούνται από ένα “μωσαϊκό“ κυττάρων με διάφορες ηλικίες .

Τα κύτταρα που έχουν εξελιχθεί- εξειδικευθεί πλήρως (terminally differentiated) δεν μπορούν να ανανεωθούν μέσω διαίρεσης (μίτωσης).

Αυτά είναι τα καρδιακά μυοκύτταρα, τα νευρικά κύτταρα, τα κύτταρα του φακού, του αμφιβληστροειδούς, τα  λιποκύτταρα, τα σκελετικά μυϊκά κύτταρα, τα κύτταρα του αίματος, τα κερατινο-κύτταρα της επιδερμίδας (αυτά δημιουργούνται με συνεχείς διαφοροποιήσεις από κύτταρα απογόνους των βλαστοκυττάρων, τα progenitor cells, που βρίσκονται στη βασική στοιβάδα της επιδερμίδας) κλπ.

Τα περισσότερα από τα τελικώς διαφοροποιημένα κύτταρα ανανεώνονται από το απόθεμα των βλαστοκυττάρων και των απογόνων τους (progenitor cells) που υπάρχουν στο σώμα.

[To ίδιο συμβαίνει και για τα νευρικά κύτταρα]

https://www.ninds.nih.gov/health-information/public-education/brain-basics/brain-basics-life-and-death-neuron

http://book.bionumbers.org/how-quickly-do-different-cells-in-the-body-replace-themselves/

https://www.pnas.org/content/115/52/E12245

https://science.sciencemag.org/content/324/5923/98

https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1550413119302505?via%3Dihub

ΤΑ ΒΛΑΣΤΟΚΥΤΤΑΡΑ

Τα σωματικά ή βλαστοκύτταρα των ενηλίκων (Adult stem cells)  είναι τα αδιαφοροποίητα κύτταρα που βρίσκονται σε διάφορους ιστούς και όργανα (ακόμη και στον εγκέφαλο και στην καρδιά) και έχουν αποστολή να διατηρούν το σώμα μας νέο.

[Πάντως πρόσφατα έγινε γνωστό ότι τα βλαστοκύτταρα της ενήλικης καρδιάς δεν δημιουργούν μυϊκά καρδιακά κύτταρα.

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.118.035186]

Τα βλαστοκύτταρα των ενηλίκων, μπορούν να μετατραπούν σε λίγα ή και σε όλα τα εξειδικευμένα- διαφοροποιημένα κύτταρα των ιστών και των οργάνων όπου βρίσκονται αλλά ίσως μπορούν να μετατραπούν και σε κύτταρα άλλων ιστών (transdifferentiation ή plasticity).

Τα βλαστοκύτταρα των ενηλίκων παραμένουν στον ιστό σε κατάσταση ηρεμίας- ετοιμότητας (όπου διαιρούνται αραιά) και όταν κάποια στιγμή χρειαστούν (σε πάθηση ή τραυματισμό κυττάρων ή λόγω γήρανσης και θανάτου των κυττάρων), αρχίζουν να διαιρούνται γρήγορα.

Με κάθε διαίρεση του βλαστοκυττάρου των ενηλίκων είτε δημιουργούνται ένα ίδιο βλαστοκύτταρο και ένα εξειδικευμένο κύτταρο (π.χ. μυϊκό, ερυθροκύτταρο κλπ.) είτε δημιουργούνται δυο  θυγατρικά ίδια βλαστοκύτταρα.

Έτσι ανανεώνονται τα γερασμένα- ετοιμοθάνατα κύτταρα (π.χ. του αίματος, του εντέρου, του δέρματος κλπ.) και επίσης αντικαθίστανται τα τραυματισμένα- καταστρεμμένα κύτταρα (π.χ. μυϊκά κύτταρα).

Τα βλαστοκύτταρα των ενηλίκων διαιρούνται σχεδόν “απεριόριστα”, όμως και αυτά τελικά γερνούν και πεθαίνουν λόγω συσσώρευσης βλαβών στο DNA τους από τις συνεχείς διαιρέσεις, οπότε και αυτός ο μηχανισμός συμμετέχει στη γήρανση του σώματος.

Υπ’ όψιν ότι σε κατάλληλες συνθήκες (π.χ. χρόνια φλεγμονή, διέγερση από ορμόνες κλπ.) τα σωματικά κύτταρα που έχουν πυρήνα, μπορούν να μετατραπούν σε βλαστοκύτταρα !!

Τα βλαστοκύτταρα των ενηλίκων πριν να μετατραπούν στα διαφοροποιημένα κύτταρα,  περνούν ένα ενδιάμεσο στάδιο κυττάρων όπου είναι μερικώς διαφοροποιημένα και λέγονται προγονικά κύτταρα (progenitor cells ή precursor cells).

Η διαφοροποίηση σε εξειδικευμένα κύτταρα είναι εγγενής στο DNA των βλαστοκυττάρων και προγονικών κυττάρων, όμως  δημιουργείται και επιγενετικά από εξωτερικά ερεθίσματα σ’ αυτά.

Stem cell division and differentiation. A: stem cells, B: progenitor cell, C: differentiated cell

1: symmetric stem cell division, 2: asymmetric stem cell division, 3: progenitor division, 4: terminal differentiation

Τα βλαστοκύτταρα των ενηλίκων βρίσκονται σχεδόν σε όλους τους ιστούς και ιδίως στους ιστούς που τα κύτταρα τους ανανεώνονται γρήγορα, π.χ. στο μυελό των οστών, στο δέρμα, στο παχύ έντερο.

Τα βλαστοκύτταρα των ενηλίκων είναι κυρίως τα αιμοποιητικά (δημιουργούν όλα τα κύτταρα του αίματος), τα μεσεγχυματικά [δημιουργούν κύτταρα των οστών, των χόνδρων, των συνδέσμων, των τενόντων, των μυών (στους μυς τα βλαστοκύτταρα λέγονται κύτταρα δορυφόροι ή satellite cells), τα λιποκύτταρα, τα ηπατοκύτταρα κλπ.].

Άλλα βλαστοκύτταρα των ενηλίκων είναι τα νευρικά του εγκεφάλου (δημιουργούν τα νευρικά κύτταρα και τα αστροκύτταρα και ολιγοδεντροκύταρα), τα επιθηλιακά (δημιουργούν κύτταρα του πεπτικού συστήματος), τα δερματικά (δημιουργούν τα κερατινοκύτταρα που δημιουργούν την επιδερμίδα και τα τριχοθυλάκια που δημιουργούν τις τρίχες), τα εντερικά, τα οσφρητικά, των όρχεων κλπ.

Μεγάλη επιστημονική προσπάθεια γίνεται για τη θεραπεία διαφόρων παθήσεων (π.χ. εγκεφαλικού, εμφράγματος, εκφύλιση της ωχράς κηλίδας, οστεοαρθρίτιδας, βλαβών του νωτιαίου μυελού κλπ.) με την μετατροπή εξειδικευμένων σωματικών κυττάρων (π.χ. δερματικά κύτταρα), σε νέου τύπου βλαστοκύτταρα που λέγονται induced Pluripotent Stem Cells ή iPSCs.

Print

https://stemcells.nih.gov/info/basics/1.htm

ΠΕΡΙΛΗΠΤΙΚΑ

# Οι οδηγίες για τη κατασκευή και λειτουργία του σώματος περιέχονται στα γονίδια που υπάρχουν στο DNA. Αυτό μεταφέρει το γενετικό μας κώδικα (ανθρώπινο γονιδίωμα).

Η ζωή βασίζεται στο DNA, για την παραγωγή πρωτεϊνών που εκτελούν τις λειτουργίες των κυττάρων και του σώματος, για την αντικατάσταση των φθαρμένων κυττάρων, με νέα ακριβώς ίδια με τα αρχικά (μίτωση) και για τη δημιουργία απογόνων.

# Το DNA βρίσκεται στον πυρήνα των κυττάρων, στα 23 ζεύγη χρωματοσωμάτων και αποτελείται από διπλή έλικα με διαδοχικά νουκλεοτίδια που τα απαρτίζουν βάσεις σε σειρά.

[Στα 23 ζεύγη χρωματοσωμάτων το ένα χρωμόσωμα του ζεύγους προέρχεται από τον πατέρα και το άλλο από τη μητέρα. Αυτά αποτελούνται από 22 ομόλογα ζεύγη χρωμοσωμάτων που λέγονται αυτοσωματικά χρωμοσώματα, και επιπλέον υπάρχει ένα ζεύγος χρωμοσωμάτων του φύλου, ΧΥ στον άντρα, ΧΧ στη γυναίκα.]

[Το γνωστό σχήμα κεφαλαίου Χ του χρωματοσώματος, υπάρχει μόνο σε μια φάση της ζωής του κυττάρου, στη φάση που το χρωμόσωμα έχει αντιγραφεί και διπλασιαστεί, πριν τη διαίρεση του (φάση μίτωσης) σε δυο ακριβώς ίδια χρωματοσώματα. (Σε όλες τις άλλες φάσεις του κυττάρου το χρωμόσωμα είναι γραμμοειδές)

# Οι βάσεις είναι 4 και όλες οι πληροφορίες για τη δημιουργία και τη λειτουργία του σώματος υπάρχουν στους αμέτρητους συνδυασμούς των 4 βάσεων.

# Συνολικά το ανθρώπινο DNA έχει περίπου 25.000 γονίδια και κάθε γονίδιο που μεταφέρει την κληρονομική πληροφορία για την κατασκευή και λειτουργία μας, έχει από 100δες ως πάνω από 1.000.000 διαδοχικά νουκλεοτίδια- βάσεις.

# Όταν το κύτταρο ή ο οργανισμός χρειάζονται την παραγωγή μιας πρωτεΐνης (για την κατασκευή, λειτουργία και ρύθμιση οργάνων και ιστών), το γονίδιο που αντιστοιχεί σ’ αυτή την πρωτεΐνη, ενεργοποιείται.

[Πάντως το 97% ! περίπου των γονιδίων δεν οδηγούν σε παραγωγή πρωτεϊνών (noncoding genes).

Τα noncoding genes είναι κυρίως:

α) γονίδια ρυθμιστές [παράγουν ειδικές πρωτεΐνες που λέγονται transcription factors και ενεργοποιούν (οι activators) ή απενεργοποιούν (οι repressors) άλλα γονίδια για την “παραγωγή” πρωτεΐνης.

β) γονίδια που “παράγουν” ειδικά RNAs όπως τα tRNAs (“μεταφραστές” RNA), το rRNA (ριβοσωμιακό RNA), τα miRNAs (που σταματούν την παραγωγή πρωτεΐνης από το mRNA), τα LncRNAs (που αρχίζουν ή σταματούν την ενεργοποίηση γονιδίων).

γ) γονίδια που σχηματίζουν τα τελομερή (μαζί με ειδικές πρωτεΐνες).]

Οι πρωτεΐνες μπορεί να είναι δομικές (π.χ. Κολλαγόνο) ή ορμόνες (π.χ. Ινσουλίνη, Αυξητική ορμόνη) ή κανάλια για είσοδο και έξοδο ουσιών από τις μεμβράνες των κυττάρων (π.χ. για την είσοδο Νατρίου – Ασβεστίου ή την έξοδο Καλίου) ή μεταφορείς (π.χ. Αιμοσφαιρίνη).

Επίσης οι πρωτεΐνες μπορεί να είναι ένζυμα (χρειάζονται για τις βιοχημικές αντιδράσεις στο σώμα, π.χ. Αμυλάση) ή να χρησιμεύουν για τη μυϊκή σύσπαση (π.χ. η Τροπονίνη, η Κονεκτίνη ή Τιτίνη, η ακτίνη, η μυοσίνη) ή για την άμυνα – ανοσία του οργανισμού (π.χ. αντισώματα) κλπ.

# Κάθε πρωτεΐνη (πολύπλοκο μακρομόριο) αποτελείται από λίγα αμινοξέα ως χιλιάδες διαδοχικά αμινοξέα. Οι αλυσίδες των αμινοξέων συστρέφονται και αποκτούν ειδικό μοναδικό τρισδιάστατο σχήμα ώστε να επιτελείται η λειτουργία της πρωτεΐνης.

# Κάθε 3 νουκλεοτίδια- βάσεις έχουν τη γενετική πληροφορία για ένα αμινοξύ από τα 21 αμινοξέα που χρησιμοποιούνται σαν δομικοί λίθοι των πρωτεϊνών.

# Όμως μόνο τα 12 από αυτά τα αμινοξέα μπορεί να κατασκευαστούν από το σώμα σε επαρκή ποσότητα που να ανταποκρίνεται στη ζήτηση.

# Τα άλλα 9, που ονομάζονται απαραίτητα αμινοξέα, δεν παρασκευάζονται σε επαρκή ποσότητα, και έτσι πρέπει να ληφθούν και μέσω της διατροφής.

# Οι οδηγίες του DNA δημιουργούν την κάθε πρωτεΐνη μέσω δυο βημάτων:

α) της αντιγραφής της μιας έλικας του DNA σε αγγελιοφόρο ή messenger RNA (m-RNA), στον πυρήνα (transcription).

β) της μετάφρασης του m-RNA σε σειρά-αλυσίδα των αμινοξέων (που απαρτίζουν την πρωτεΐνη), που συμβαίνει στο ριβόσωμα, με τη βοήθεια του t-RNA (translation).

translation

ΜΕ ΛΕΠΤΟΜΕΡΕΙΕΣ

Οι οδηγίες για τη κατασκευή και λειτουργία του σώματος περιέχονται στα γονίδια που υπάρχουν στο DNA. Αυτό μεταφέρει τον γενετικό μας κώδικα ή ανθρώπινο γονιδίωμα.

Υπ’ όψιν ότι έχουμε δύο αντίγραφα από κάθε ένα γονίδιο (για τις διάφορες ανάγκες), ένα από τον πατέρα μας και ένα από τη μητέρα μας.

Η ζωή βασίζεται στο DNA, τόσο για την παραγωγή πρωτεϊνών που εκτελούν τις λειτουργίες των κυττάρων και του σώματος, όσο και για την αντικατάσταση των φθαρμένων κυττάρων, με νέα ακριβώς ίδια με τα αρχικά (μίτωση).

Έτσι το DNA μας, περιέχει τις πληροφορίες που χρειάζονται για την ανάπτυξη μας, την επιβίωση μας και την δημιουργία απογόνων.

Το DNA βρίσκεται στον πυρήνα των κυττάρων, στα 23 ζεύγη χρωματοσωμάτων και αποτελείται από διπλή έλικα με διαδοχικά νουκλεοτίδια που τα απαρτίζουν βάσεις σε σειρά, όπως περιγράφηκε από τους Watson–Crick.

[# Ελάχιστο DNA (mtDNA), υπάρχει επίσης και στα μιτοχόνδρια. Αυτό μεταφέρεται μόνο από τη μητέρα στα παιδιά και οι 13 πρωτεΐνες που “παράγει” σχετίζονται με την παραγωγή ενέργειας για τη λειτουργία του κυττάρου (μέσω ΑΤΡ).

# Στα αναπαραγωγικά κύτταρα, σπερματοζωάρια και ωάρια, υπάρχουν 23 μονά χρωματοσώματα)

# Τα ερυθρά αιμοσφαίρια και τα αιμοπετάλια δεν έχουν πυρήνα ούτε DNA.

# Για να χωρέσει το DNA στον πυρήνα είναι τυλιγμένο γύρω από τις Ιστόνες (πρωτεΐνες που μοιάζουν με καρούλι).]

Οι βάσεις είναι 4, οι πουρίνες Αdenine-Α και Guanine-G και οι πυριμιδίνες Thymine-T και Cytosine-C. Οι ενώσεις μεταξύ των απέναντι βάσεων των δυο ελίκων του DNA είναι πάντα G με C και A με T.

Όλες οι πληροφορίες για τη δημιουργία και τη λειτουργία του σώματος υπάρχουν στους αμέτρητους συνδυασμούς των 4 βάσεων.

Κάθε γονίδιο, που μεταφέρει την κληρονομική πληροφορία για την κατασκευή και λειτουργία μας έχει από 100δες ως πάνω από 1.000.000 διαδοχικά νουκλεοτίδια- βάσεις.

Συνολικά το ανθρώπινο DNA έχει 20.000 ως 25.000 γονίδια. Το ανθρώπινο γονιδίωμα έχει 3.2 δισεκατομμύρια ζεύγη νουκλοτιδικών βάσεων.

Κάθε γονίδιο έχει την αλληλουχία των διαδοχικών νουκλεοτιδίων-βάσεων που χρειάζονται για την κατασκευή και συνένωση των διαδοχικών αμινοξέων που απαρτίζουν μια ειδική πρωτεΐνη.

Η οδηγίες του DNA δημιουργούν την κάθε πρωτεΐνη μέσω δυο βημάτων:

α) της αντιγραφής της μιας έλικας του DNA σε αγγελιοφόρο ή messenger RNA (m-RNA), στον πυρήνα (transcription).

β) της μετάφρασης του m-RNA σε σειρά-αλυσίδα αμινοξέων, που συμβαίνει στο ριβόσωμα, με τη βοήθεια του t-RNA (translation).

ΑΠΟ ΤΟ DNA ΣΤΗΝ ΠΡΩΤΕΪΝΗ

α) Όταν το κύτταρο ή ο οργανισμός χρειάζονται την παραγωγή μιας πρωτεΐνης (για αντικατάσταση της φθαρμένης παλιότερης ή για παραγωγή νέας), το γονίδιο που αντιστοιχεί σ’ αυτή την πρωτεΐνη, ενεργοποιείται.

Η ενεργοποίηση και απενεργοποίηση ενός γονιδίου για την παραγωγή της αντίστοιχης πρωτεΐνης (Gene regulation) γίνεται από πρωτεΐνες που λέγονται transcription factors.

Έτσι διασφαλίζεται ότι τα σωστά γονίδια ενεργοποιούνται στα σωστά κύτταρα και μόνο για όσο χρονικό διάστημα χρειάζεται.

[Οι transcription factors είναι “σήματα” από το κύτταρο ή από άλλα κύτταρα ή από δυσμενές περιβάλλον (π.χ. σε υπερβολική ζέστη), για την έναρξη (activators) και διακοπή (Repressors) της λειτουργίας της RNA polymerase, ώστε να αρχίσει ή να διακοπεί η παραγωγή του mRNA από το γονίδιο του DNA, με τελικό αποτέλεσμα τη έναρξη ή διακοπή παραγωγής της αντίστοιχης πρωτεΐνης.]

β) Στο DNA “ανοίγει” η διπλή έλικα (σαν φερμουάρ) στο σημείο που υπάρχει το γονίδιο για την παραγωγή της συγκεκριμένης πρωτεΐνης.

γ) Οι συμπληρωματικές βάσεις, που βρίσκονται ελεύθερες στον πυρήνα, συνδέονται με τη μια από τις δυο έλικες του DNA (την anti–sense strand) και στη συνέχεια και μεταξύ τους (transcription) ώστε να σχηματίσουν το ειδικό m-RNA σε μονή έλικα (με τη βοήθεια του ενζύμου RNA πολυμεράση).

Το m- RNA έχει 3 βάσεις ίδιες (Α, C, και G) με το DNA, όμως αντί για τη Θυμίνη -T, έχει μια διαφορετική βάση την Uracil ή U. (Η sense strand του DNA έχει την ίδια αλληλουχία βάσεων με το m-RNA εκτός του ότι αντί για U έχει Τ).

Έτσι όπου στην ανοιγμένη έλικα του DNA υπάρχει η βάση Α, συνδέεται η ελεύθερη βάση U.  (Όπου υπάρχει η Τ συνδέεται η ελεύθερη Α, όπου υπάρχει η G συνδέεται η ελεύθερη C και όπου υπάρχει η C συνδέεται η ελεύθερη G) ώστε να παραχθεί το m-RNA.

Κάθε 3 διαδοχικά νουκλεοτίδια- βάσεις (ονομάζεται codon) του m-RNA έχουν τη γενετική πληροφορία για ένα αμινοξύ από τα 20 συνήθη (κανονικά) αμινοξέα.

δ) Το m-RNA βγαίνει από τον πυρήνα στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Τα υπάρχοντα ριβοσώματα το εντοπίζουν, ένα από αυτά εγκαθίσταται στην αρχή του (στην αλληλουχία της τριπλέτας των βάσεων AUG) και αρχίζει να το διαβάζει.

Το ριβόσωμα είναι η μηχανή παραγωγής πρωτεϊνών και αποτελείται από το rRNA (ribosomal RNA) και διάφορες πρωτεΐνες.

Κάθε 3 διαδοχικά νουκλεοτίδια- βάσεις (codon) του m-RNA έχουν τη γενετική πληροφορία για ένα αμινοξύ από τα 20 συνήθη (κανονικά) αμινοξέα που προσκομίζουν τα t-RNAs (transfer RNAs).

ε) Στα ριβοσώματα παράγεται η σειρά των ενωμένων αμινοξέων που είναι οι δομικοί λίθοι της πρωτεΐνης, από τους “μεταφραστές” t-RNAs (translation).

Τα t-RNAs που μεταφράζουν το m-RNA έχουν στη μία πλευρά ένα από τα αμινοξέα και στην άλλη πλευρά 3 συμπληρωματικές βάσεις (anticodon) για ένωση με τις αντίστοιχες βάσεις του m-RNA (Α με U / U με A / G με C / C με G).

Ο γενετικός κώδικας περιέχει μία ή περισσότερες τριπλέτες βάσεων (codons)  για κάθε ένα αμινοξύ. Έτσι τα  υπάρχοντα μόρια t-RNA είναι περισσότερα από τα υπάρχοντα αμινοξέα.

Η μετάφραση (translation) του m-RNA σε αλυσίδες διαδοχικών αμινοξέων γίνεται σε 3 φάσεις:

1) Επειδή ο codon έναρξης AUG είναι ταυτόχρονα και ο codon για την τοποθέτηση του αμινοξέως Μεθιονίνη, από το συγκεκριμένο t-RNA, πάντα η αρχή της αλυσίδας των αμινοξέων έχει την Μεθιονίνη. Αν η πρωτεΐνη που θα παραχθεί δεν τη χρειάζεται, αυτή θα αποκοπεί αργότερα.

2) Το ριβόσωμα στη συνέχεια μετακινείται στην επόμενη τριπλέτα βάσεων του m-RNA, όπου έρχεται το επόμενο συγκεκριμένο t-RNA και έτσι ενώνεται το 2^ο αμινοξύ με την Μεθιονίνη.

Διαδοχικά το ριβόσωμα μετακινείται στους επόμενους codons, οπότε τα t-RNAs δημιουργούν την αλυσίδα των διαδοχικών αμινοξέων (τοποθετώντας ένα αμινοξύ κάθε φορά) για τον σχηματισμό της συγκεκριμένης πρωτεΐνης (που θα χρησιμοποιηθεί από το ίδιο το κύτταρο ή θα εξαχθεί από το κύτταρο για χρησιμοποίηση αλλού).

3) Η αλυσίδα των αμινοξέων σταματά όταν συναντήσει την τριπλέτα βάσεων (codon) UAA ή UAG ή UGA.

[Το 21 αμινοξύ, η Σεληνοκυστείνη, παράγεται όταν υπάρχει ο τελικός codon UGA και το ειδικό RNA, το SECIS element, που οδηγεί στην τοποθέτηση tRNA με Σεληνοκυστείνη στην αλυσίδα των αμινοξέων (αντί να τελειώσει η αλυσίδα των αμινοξέων).]

https://www.youtube.com/watch?v=gG7uCskUOrA

ΤΑ ΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΑ, ΤΑ ΑΜΙΝΟΞΕΑ ΚΑΙ ΟΙ ΠΡΩΤΕΙΝΕΣ

Κάθε 3 νουκλεοτίδια- βάσεις έχουν τη γενετική πληροφορία για ένα Αμινοξύ από τα 20 συνήθη Αμινοξέα (συν την Selenocysteine) που χρησιμοποιούνται σαν δομικοί λίθοι των πρωτεϊνών (Proteinogenic amino acids).

[Υπ’ όψιν ότι τα Αμινοξέα (εκτός της Μεθειονίνης και Τρυπτοφάνης) “παράγονται” από περισσότερες από μία 3πλέτα νουκλεοτιδίων- βάσεων.]

Όμως μόνο τα 12 από αυτά τα αμινοξέα μπορεί να κατασκευαστούν από το σώμα σε επαρκή ποσότητα που να ανταποκρίνεται στη ζήτηση.

(Αυτά είναι: arginine, cysteine, glycine, glutamine, proline, tyrosine, alanine, aspartic acid, asparagine, glutamic acid, serine και το 21^ο αμινοξύ selenocysteine)

Τα άλλα 9 (που ονομάζονται απαραίτητα αμινοξέα), δεν παράγονται σε επαρκή ποσότητα (ή δεν παράγονται καθόλου) και πρέπει να καταναλωθούν μέσω της διατροφής. (Αυτά είναι: phenylalanine, valine, threonine, tryptophan, methionine, leucine, isoleucine, lysine και histidine)

[Για τις πρωτεΐνες στη διατροφή μπορείτε να δείτε στο άρθρο η χρόνια νεφρική νόσος και οι πρωτεΐνες της διατροφής.]

Κάθε πρωτεΐνη αποτελείται από λίγα αμινοξέα ως χιλιάδες διαδοχικά αμινοξέα. Οι αλυσίδες των αμινοξέων συστρέφονται και αποκτούν ειδικό μοναδικό τρισδιάστατο σχήμα ώστε να επιτελείται η λειτουργία της πρωτεΐνης.

Οι πρωτεΐνες είναι μεγάλα πολύπλοκα μόρια, απαραίτητα για τη ζωή και χρειάζονται για την κατασκευή, λειτουργία και ρύθμιση των οργάνων και ιστών.

Οι πρωτεΐνες μπορεί να είναι δομικές (π.χ. Κολλαγόνο) ή ορμόνες (π.χ. Ινσουλίνη, Αυξητική ορμόνη) ή κανάλια για είσοδο και έξοδο ουσιών από τις μεμβράνες των κυττάρων (π.χ. για την είσοδο Νατρίου – Ασβεστίου ή την έξοδο Καλίου) ή μεταφορείς (π.χ. Αιμοσφαιρίνη).

Επίσης οι πρωτεΐνες μπορεί να είναι ένζυμα (χρειάζονται για τις βιοχημικές αντιδράσεις στο σώμα, π.χ. Αμυλάση) ή να χρησιμεύουν για τη μυϊκή σύσπαση (π.χ. η Μυοσίνη  η Aκτίνη η Τιτίνη* κλπ.) ή για την άμυνα – ανοσία του οργανισμού (π.χ. αντισώματα) κλπ.

[*Η πρωτεΐνη Τιτίνη παρεμβάλλεται ανάμεσα στη Μυοσίνη και τους δίσκους Ζ. Αυτή είναι ένα τεράστιο μοριακό “ελατήριο” που αποτελείται από > 30.000 αμινοξέα και σχετίζεται με ελαστικές και ιξώδεις ιδιότητες του σαρκομεριδίου (η μικρότερη μονάδα σύσπασης των μυοκυττάρων).]

[Υπ’ όψιν ότι υπάρχουν και άλλα, περίπου 500 αμινοξέα που δεν δημιουργούν πρωτεΐνες (non-proteinogenic amino acids) και συνήθως είναι νευροδιαβιβαστές π.χ. GABA (αναστολέας νευροδιαβιβαστής), L-DOPA (πρόδρομη ουσία των νευροδιαβιβαστών Κατεχολαμινών και της Ντοπαμίνης), Τριιωδοθυρονίνη ή Τ3 (ορμόνη του θυρεοειδή).]

ΕΝΔΕΙΚΤΙΚΗ ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

https://www.genome.gov/about-genomics/fact-sheets

translation

Κινέζοι επιστήμονες ανακοίνωσαν στις 15 Σεπτεμβρίου 2017 στο περιοδικό Protein & Cell, κάτι επαναστατικό. Άλλαξαν (σε κλωνοποιημένο έμβρυο) την μεταλλαγμένη βάση (G) του γονιδίου [HBB −28 (A>G) mutation] του DNA που ευθύνεται για την β- Μεσογειακή αναιμία (Θαλασσαιμία), με την ορθή βάση (Α) οπότε διόρθωσαν την πάθηση (G>A conversion at the target site).

Τα 2/3 περίπου των γενετικών παραλλαγών στους ανθρώπους γίνονται με μετάλλαξη σε μια μόνο βάση (C,G/A,T) του DNA από τις 4 που υπάρχουν. Έτσι το γονίδιο μεταφράζεται σε άλλη πρωτεΐνη από την αναμενόμενη (μετάλλαξη σημείου μιας μόνο βάσης, point mutation).

Η β- Μεσογειακή αναιμία (παρατηρείται κυρίως γύρω από την Μεσόγειο θάλασσα) είναι μια τέτοια πάθηση όπου μεταλλάχθηκε σε προγόνους μια μόνο βάση (η Α σε G) στο γονίδιο ΗΒΒ στο χρωμόσωμα 11, που είναι υπεύθυνο για την παραγωγή της β- αλύσου (σφαιρίνης) της αιμοσφαιρίνης.

Οι μεταλλάξεις μπορεί να είναι 300 διαφορετικές και οι περισσότερες είναι μεταλλάξεις σημείου.

http://www.bloodjournal.org/content/bloodjournal/125/24/3694.full.pdf?sso-checked=true

Αν είναι φορείς της μετάλλαξης και οι δυο γονείς τότε υπάρχει 25% πιθανότητα να έχει την πάθηση το παιδί (επίσης 50% να είναι φορέας και 25% να είναι τελείως φυσιολογικό).

https://ghr.nlm.nih.gov/gene/HBB#location

Το αποτέλεσμα της μετάλλαξης είναι η μειωμένη σύνθεση (ή και η μη σύνθεση) της σφαιρίνης β της αιμοσφαιρίνης.

Περισσότερα για τη β-Μεσογειακή αναιμία μπορεί να δει κάποιος στην εξής διεύθυνση:

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ajh.24231/full

Η αιμοσφαιρίνη βρίσκεται στα ερυθρά αιμοσφαίρια και η δουλειά της είναι μεταφέρει Οξυγόνο από τους πνεύμονες σε όλα τα κύτταρα του σώματος.

Αυτή αποτελείται από τέσσερις πολυπεπτιδικές αλυσίδες (σφαιρίνες), δύο α και δύο β, που μεταφέρουν από ένα μόριο Οξυγόνου η κάθε μια. Το Οξυγόνο ενώνεται σε ένα άτομο Σιδήρου που υπάρχει στην Αίμη σε κάθε μια από τις 4 σφαιρίνες της αιμοσφαιρίνης.

Αν δεν παράγεται καθόλου η β σφαιρίνη έχουμε βαρειά Μεσογειακή αναιμία. Αν παράγεται μόνο η μια από τις 2 β-σφαιρίνες η αναιμία είναι μικρότερη.

https://link.springer.com/…/pdf/10.1007%2Fs13238-017-0475-6…

ΛΙΓΑ ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΟ DNA ΚΑΙ ΤΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑ ΠΡΩΤΕΙΝΩΝ

Το DNA που μεταφέρει τον γενετικό μας κώδικα βρίσκεται στον πυρήνα των κυττάρων και αποτελείται από διπλή έλικα με διαδοχικά νουκλεοτίδια και 4 βάσεις (Αdenine-Α / Cytosine-C / Guanine-G / Thymine-T), όπως περιγράφηκε από τους Watson–Crick.

Όλες οι πληροφορίες για τη δημιουργία και τη λειτουργία του σώματος υπάρχουν στους αμέτρητους συνδυασμούς των 4 βάσεων.

Κάθε 3 νουκλεοτίδια- βάσεις έχουν τη γενετική πληροφορία για ένα Αμινοξύ από τα 20 συνήθη Αμινοξέα.

9 από τα Αμινοξέα δεν μπορούν να συντεθούν στο σώμα και έτσι είναι απαραίτητη η λήψη τους με τη διατροφή. Άλλα 7 Αμινοξέα συντίθενται από το σώμα αλλά σε περιπτώσεις όπως η νεαρή ηλικία, η σκληρή άσκηση και ορισμένες παθήσεις, χρειάζεται να ληφθούν από το φαγητό.

Κάθε γονίδιο, που μεταφέρει την κληρονομική πληροφορία για την κατασκευή και λειτουργία μας έχει από 100δες ως πάνω από 1.000.000 νουκλεοτίδια- βάσεις.

Συνολικά το ανθρώπινο γονιδίωμα (DNA) έχει 20.000 ως 25.000 γονίδια. Το ανθρώπινο γονιδίωμα έχει περισσότερα από 3 δισεκατομμύρια νουκλεοτίδια.

https://www.dnalc.org/…/16933-3D-Animation-of-DNA-to-RNA-to…

Έχουμε δύο αντίγραφα από κάθε ένα γονίδιο, ένα από τον πατέρα μας και ένα από τη μητέρα μας. Λιγότερο από το 1% των γονιδίων μας διαφέρουν ελαφρά από άνθρωπο σε άνθρωπο.

Το αγγελιοφόρο (messenger) m-RNA μεταφέρει τη γενετική πληροφορία, σε μονή έλικα, (αφού την αντιγράψει από το DNA του πυρήνα του κυττάρου), στα ριβοσώματα ώστε να παραχθούν τα αμινοξέα και στη συνέχεια οι πρωτεΐνες από αυτά.

Περισσότερες πληροφορίες για φάρμακα που δρουν καταστρέφοντας το mRNA για να μην παραχθούν ορισμένες πρωτεΐνες- ένζυμα, φαίνονται σε άλλο άρθρο της ιστοσελίδας.

Ενημερώθηκε στις 10/4/2017

Τα τελευταία χρόνια γίνεται μια επανάσταση όπου ο άνθρωπος παρεμβαίνει στη φύση σταματώντας τη ”μετάφραση” ορισμένων ανεπιθύμητων πρωτεϊνών από το DNA.

Τα φάρμακα συμπληρωματικά ολιγονουκλεοτίδια (anti-sense oligonucleotide- ASO), ενώνονται με το  m- RNA και σταματούν την μετάφραση- παραγωγή των αντίστοιχων πρωτεϊνών στα ριβοσώματα των κυττάρων.

ΛΙΓΑ ΓΙΑ ΤΟΝ ΓΕΝΕΤΙΚΟ ΚΩΔΙΚΑ

Το DNA που μεταφέρει τον γενετικό μας κώδικα βρίσκεται στον πυρήνα των κυττάρων και αποτελείται από διπλή έλικα με διαδοχικά νουκλεοτίδια που τα απαρτίζουν 4 βάσεις (οι πουρίνες Αdenine- Α και Guanine-G και οι πυριμιδίνες Thymine-T και Cytosine-C, ) σε σειρά όπως περιγράφηκε από τους Watson–Crick.

transcription

Κάθε 3 νουκλεοτίδια- βάσεις έχουν τη γενετική πληροφορία για ένα αμινοξύ.

Το αγγελιοφόρο (messenger) m- RNA μεταφέρει τη γενετική πληροφορία, σε μονή έλικα, αφού την αντιγράψει από το DNA του πυρήνα του κυττάρου, στα ριβοσώματα ώστε να παραχθούν τα αμινοξέα και στη συνέχεια οι πρωτεΐνες από αυτά.

Το m- RNA έχει 3 βάσεις ίδιες (Adenine- Α, Cytosine-C, Guanine-G) με το DNA και αντί για την Θυμίνη (Thymine-T) έχει μια ελαφρώς διαφορετική βάση την Uracil- U.

Στο σχεδιάγραμμα φαίνεται η διόρθωση γενετικής πάθησης με μετάλλαξη μόνο μιας βάσης. Αφαιρείται η μεταλλαγμένη βάση U και αντικαθίσταται από την ορθή βάση C.

Τα γονίδια, που μεταφέρουν την κληρονομική πληροφορία για την κατασκευή και λειτουργία μας έχουν από 100δες ως πάνω από 1.000.000 νουκλεοτίδια- βάσεις.

Συνολικά το ανθρώπινο γονιδίωμα (DNA) έχει 20.000 ως 25.000 γονίδια. Το ανθρώπινο γονιδίωμα έχει περισσότερα από 3 δισεκατομμύρια νουκλεοτίδια.

https://www.dnalc.org/view/16933-3D-Animation-of-DNA-to-RNA-to-Protein.html

Έχουμε δύο αντίγραφα από κάθε ένα γονίδιο, ένα από τον πατέρα μας και ένα από τη μητέρα μας. Λιγότερο από το 1% των γονιδίων μας διαφέρουν ελαφρά από άνθρωπο σε άνθρωπο.

TO ΦΑΡΜΑΚΕΥΤΙΚΟ ΟΛΙΓΟΝΟΥΚΛΕΟΤΙΔΙΟ ASO

Όταν το φαρμακευτικό ολιγονουκλεοτίδιο ενωθεί σε κάποιο σημείο του m- RNA, μέσω των συμπληρωματικών βάσεων (η Α ενώνεται με την Τ και την U / η C ενώνεται με την G), τότε καταστρέφεται το m- RNA από την Ριβονουκλεάση Η1 οπότε σταματά η παραγωγή της αντίστοιχης πρωτεΐνης από τα ριβοσώματα.

ΜΕΡΙΚΑ ΠΑΡΑΔΕΙΓΜΑΤΑ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΩΝ ASO ΣΤΙΣ ΔΥΣΛΙΠΙΔΑΙΜΙΕΣ

Η θεραπεία με χορήγηση ολιγονουκλεοτιδίου (anti-sense oligonucleotide- ASO), έχει δοκιμαστεί για τη μείωση της αυξημένης Λιποπρωτεΐνης a (Lp- a), μέσω της μείωσης της παραγωγής της Αποπρωτεΐνης a (που ενώνεται με ένα σωματίδιο LDL), με το φάρμακο- ASO, ISIS Apo(a)_Rx.

Επίσης έχει δοκιμαστεί ένα φάρμακο- ASO, για τη μείωση της παραγωγής της Απολιποπρωτεΐνης Β 100 (apoB 100), το Μipomersen (Kynamro) ώστε να μειωθούν όλα τα αθηρογόνα σωματίδια που έχουν την  apoB 100. Αυτό χορηγείται για τη θεραπεία της ομόζυγης οικογενούς υπερχοληστεριναιμίας (homozygous familial hypercholesterolemia- HoFH).

Επιπλέον έχει δοκιμαστεί το φάρμακο ASO, ISIS 304801 για ανθρώπους με Τριγλυκερίδια πάνω από 350 mg/dL. Αυτό μειώνει την απολιποπρωτείνη C3, που σχετίζεται και με τον μεταβολισμό των πλούσιων σε Τριγλυκερίδια Λιποπρωτεινών.

http://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMoa1400283#t=articleBackground

Η ΜΕΙΩΣΗ ΤΗΣ ΠΡΩΤΕΙΝΗΣ ANGPTL 3

Πρόσφατα, το Νοέμβριο 2016, ανακοινώθηκε σε συνέδριο της Αμερικανικής Καρδιολογικής Εταιρίας, η δοκιμή ενός άλλου φαρμάκου- ASO, του IONIS- ANGPTL3- L_Rx που δρα μειώνοντας την παραγωγή μιας πρωτεΐνης, της ANGPTL 3, ώστε να μειωθούν οι Λιποπρωτεΐνες στο αίμα (οπότε μειώνονται τόσο τα Τριγλυκερίδια, όσο και η LDL χοληστερίνη).

Αυτό δοκιμάστηκε σε εθελοντές με αυξημένα Τριγλυκερίδια και “αδρανοποίησε” το υπεύθυνο γονίδιο που δίνει εντολή για την παραγωγή της πρωτεΐνης ANGPTL 3 στο ήπαρ (selective antisense inhibition of ANGPTL3 expression).

Η αδρανοποίηση γίνεται δυνατή με τη χορήγηση, σαν φαρμάκου, ενός ολιγονουκλεοτιδίου (anti-sense oligonucleotide- ASO), ώστε να ενωθεί με το  m- RNA και  να σταματήσει η παραγωγή της πρωτεΐνης ANGPTL3, από τα ριβοσώματα των κυττάρων του ήπατος.

Με παρόμοιο τρόπο δρα και το ARO-ANG3 που είναι small interfering RNA (siRNA). Επίσης δοκιμάζεται το μονοκλωνικό αντίσωμα Εvinacumab για εξουδετέρωση της πρωτεΐνης ANGPTL 3.

 Η ΔΡΑΣΗ ΤΗΣ ANGPTL3

Ορισμένες πρωτεΐνες που μοιάζουν με την αγγειοποιητίνη (Angiopoietin-like protein 3,4,8 (ANGPTL 3,4,8) ρυθμίζουν τα λιπίδια του αίματος μέσω της λιποπρωτεϊνικής λιπάσης (LPL) και της ενδοθηλιακής λιπάσης (EL).

Η λιποπρωτεϊνική λιπάση (LPL) αφαιρεί τα τριγλυκερίδια (και τελικά τα λιπαρά οξέα) κυρίως από τα Χυλομικρά (και τα προσφέρει στον λιπώδη ιστό) και από τις πολύ χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνες –VLDL (και τα προσφέρει στη καρδιά και τους μυς).

Όταν η ANGPTL 3 λείπει, όπως για παράδειγμα σε μετάλλαξη του γονιδίου που δίνει εντολές για την παραγωγή της, έχουμε την οικογενή συνδυασμένη ΥΠΟ-βήτα-λιποπρωτεϊναιμία  (familial combined hypobetalipoproteinemia- FHBL 2) όπου είναι πολύ χαμηλή η τιμή όλων των λιποπρωτεϊνών.

Υπ’ όψιν ότι δεν παρατηρούνται προβλήματα στον οργανισμό από την έλλειψη της ANGPTL 3.

Μετά από φαγητό ενεργοποιείται η  ANGPTL3 (παράγεται στο ήπαρ), που εμποδίζει τη δράση της LPL στον καρδιακό και τους σκελετικούς μυς (και μειώνεται η δράση της ANGPTL4) οπότε υπάρχουν τριγλυκερίδια από τα Χυλομικρά (και τελικά λιπαρά οξέα) που προσφέρονται στον λευκό λιπώδη ιστό για αποθήκευση.

Κατά τη νηστεία συμβαίνει το ανάποδο δηλαδή ενεργοποιείται η ANGPTL4 που εμποδίζει τη δράση της LPL στο λιπώδη ιστό και μειώνεται η δράση της ANGPTL3, οπότε αυξάνεται η δράση της LPL που διασπά τα τριγλυκερίδια των πολύ χαμηλής πυκνότητας λιποπρωτεΐνών –VLDL  σε λιπαρά οξέα  και τα προσφέρει στη καρδιά και τους μυς για ενέργεια.

Σε έλλειψη της ANGPTL3, αυξάνεται η δραστικότητα των δυο λιπολυτικών ενζύμων, οπότε αυξάνεται η ταχύτητα της μετατροπής της VLDL σε ΙDL και αυτής σε LDL και τελικά η πρόσληψη της τελευταίας από το ήπαρ, οπότε μειώνονται και οι τρεις στο αίμα. Μειώνεται επίσης και η ΗDL που εξαρτάται και από τις ΙDL και LDL.

Η λιποπρωτεΐνη a (Lp- a) δεν προέρχεται από τον προηγούμενο κύκλο, οπότε δεν μειώνεται όπως οι προηγούμενες 4 λιποπρωτεΐνες.

Όμως επειδή μειώνεται ταυτόχρονα και η ΗDL, δεν γνωρίζουμε τα μακροχρόνια αποτελέσματα στα καρδιαγγειακά συμβάματα.

Σε μια πρόσφατη δημοσίευση (Μάρτιος 2017) φάνηκε ότι η εκ γενετής έλλειψη της ANGPTL3 προστατεύει από Στεφανιαία Νόσο.

http://www.onlinejacc.org/content/early/2017/03/28/j.jacc.2017.02.030

Συμπερασματικά: Βλέπουμε ότι άνοιξε ο θαυμαστός καινούργιος κόσμος όπου ο άνθρωπος παρεμβαίνει στη φύση και μέσω των anti-sense ολιγονουκλεοτιδίων (ASO) σταματά τη μετάφραση του γενετικού κώδικα σε πρωτεΐνες.

Μάλλον αυτού του είδους οι παρεμβάσεις με την καταστροφή συγκεκριμένων τμημάτων του m- RNA θα χρησιμοποιούνται στη θεραπεία ορισμένων σπάνιων παθήσεων, συμπεριλαμβανομένων των βαρειών (ομόζυγων) οικογενών Δυσλιπιδαιμιών για την αποτροπή Καρδιαγγειακών παθήσεων.

http://rsob.royalsocietypublishing.org/content/6/4/150272

http://professional.heart.org/idc/groups/ahamah-public/@wcm/@sop/@scon/documents/downloadable/ucm_489904.pdf