Realizado por Ana Jiménez y Cristina Iruela – 3º de Biología Sanitaria, UAH

Los G-cuadruplexos son unas estructuras químicas que llevan años en el punto de mira por su característica estructra y localización. Cada vez se apuesta más por ellos como terapia frente al cáncer dada su interacción con estrucutras y moléculas íntimamente relacionadas con la enfermedad. A continuación se expondrá una breve revisión sobre el tema.

Estructura y función de los ADN-G cuadruplexos

Las secuencias de ADN ricas en guanina pueden plegarse en estructuras secundarias no canónicas de cuatro cadenas denominadas G-cuadruplexos (G4). Estas estructuras secundarias se forman tanto en el ADN como en el ARN. Consiste en 4 guaninas unidas por puentes de hidrógeno de tipo Hoogsteen, en los que cada guanina puede actuar como donante y aceptor de dos puentes de hidrógeno formando una estructura plana denominada tétrada G [1]. 

Dos o más tétradas G se pueden apilar una encima de otra para formar un G-cuadruplexo, siendo esta su unidad estructural. Esta se forman conectando 4 guaninas a través de 8 puentes de hidrógeno. En la tétrada G, se forman dos de estos puentes que emparejan guaninas adyacentes, en los que están involucrados los nitrógenos número 1,7, 2 y el oxígeno 6 de cada nucleótido de guanina [2].

Además, es necesaria la presencia de un catión metálico (Na+, K+) para estabilizar la estructura [3].

En el ARN, los G4 formados en la región 5’UTR del ARNm inhiben la traducción dependiente de cap y mejoran la traducción independiente de caperuza mediada por IRES. También influyen en otros mecanismos moleculares que tienen lugar en el ARN, como el empalme, cambios en el marco de lectura, localización del ARNm o la maduración de los miARN [3].

En base a experimentos in vitro, se predijo que los G-cuadruplexos se forman en regiones que albergan un motivo G4 específico. Sin embargo, estudios actuales muestran que también pueden formarse dentro de regiones con bucles formados por 3 o más guaninas por repetición, así como en regiones que no siguen este motivo G4 estricto [1].

No se distribuyen al azar en todo el genoma, sino que abundan en ciertas regiones, como promotores, telómeros, sitios de unión de factores de transcripción u orígenes de replicación. La estabilidad de esta estructura depende, entre otros factores, del número de guaninas por repetición y de la longitud de los bucles [1].

La relevancia fisiológica de estas estructuras se debe a la existencia de proteínas que pueden unirse a ellas o desplegarlas. Existen 3 clases de proteínas que interactúan con los G-cuadruplexos descritas en la literatura: proteínas de unión a G-cuadruplexos, estabilizadoras de G-cuadruplexos y desarrolladoras de G-cuadruplexos (como helicasas). Se ha descrito qué mutaciones y/o delecciones en estas proteínas conducen a cambios en la formación de estas estructuras. Lo que, a su vez, puede dar lugar a cambios en las vías biológicas (cambios transcripcionales) y aumentar la inestabilidad del genoma [1].

La formación transitoria de G4 en condiciones termodinámicamente favorables tiene funciones reguladoras importantes dictadas por su ubicación en el genoma [3]. Entre ellas se encuentran la regulación de la transcripción, traducción, replicación del ADN y localización del ARN [4]. Destaca la función de los G-cuadruplexos en relación a la inhibición de la actividad de la telomerasa [3].

Relación con los telómeros + telomerasa + cáncer

Como ya se ha mencionado, los telómeros son un ejemplo de la presencia de G4 cuadruplexos en el genoma de los vertebrados, basándose en la secuencia consenso: (5’-TTAGGG-3’) [5] que evidencia la presencia repetitiva de las guaninas (dicha secuencia es específica para los mamíferos y cambia según la especie de los mismos).

Para comprender la importancia de los telómeros, es clave entender la estructura de los mismos, cuya formación es una respuesta evolutiva al problema encontrado en los extremos 3’ cuando la maquinaria de replicación de nuestras células no puede rellenar el hueco al no tener un extremo 5’ anterior que le sirva de molde para la síntesis de la nueva cadena. Esto tiene como resultado la formación de un T-loop y un D-loop originados por la invasión de un extremo 3’ que sobresalía respecto al extremo 5’ complementario [6]. Además, se encontrará el complejo de Shelterina, el cual poseerá diferentes proteínas que regularán la actividad de la telomerasa, enzima encargada de la elongación de los telómeros por medio de la adición de unidades (TTAGGG).

Esta respuesta evita la pérdida de información en cada ronda de replicación y evitan que la célula reconozca esta región sobrante como un daño en el ADN y lo elimine. De todas maneras, estos telómeros se irán acortando igualmente con el tiempo: acortamiento telomérico de Hayflick, resultando en un punto crítico de longitud activando la llamada senescencia replicativa, siendo este proceso la base del envejecimiento celular que resulta en poner fin a su división [7]. La regulación de dicha senescencia es clave para el organismo para evitar su envejecimiento y como supresor de tumores [8].

Los G4 tienen un papel de represión de determinados genes en células sanas impidiendo la entrada de la maquinaria necesaria para la replicación y transcripción. En células sanas, estos evitan la expresión de oncogenes como: MYC, sufriendo así un proceso de regulación negativa [5].

Lo que ocurre en enfermedades como el cáncer es que el acortamiento de los telómeros se evita hasta tal punto que las células se inmortalizan y escapan al proceso de muerte celular. La base patológica de esto es la activación de la telomerasa la cual está además sobre expresada en los tejidos cancerosos [9], cuya activación será siempre el reflejo de una respuesta anómala. Los G4 presentes en los telómeros de sus células no tendrán la misma eficacia que en las células sanas, puesto que la telomerasa se introduce y favorece la elongación de dicho telómero. Este suceso tendrá como consecuencia el desarrollo del fenotipo inmortal que adoptarán las células del tejido afectado y que se volverán cancerosas [5]. Es importante destacar que la alteración de la unión de los G4 con la telomerasa se ha observado tanto in vivo como in vitro [1]. 

Cabe mencionar las regiones TERRA, región telomérica de RNA no codificante [5]. Esta, es el transcrito resultante del telómero llevado a cabo por la enzima RNA polimerasa II la cual puede aparecer como ARN nucleoplásmico libre o en forma de un nuevo loop en la estructura de los telómeros: R-loop (correspondiente a un híbrido entre ADN y ARN) [8]. 

Cuando el telómero se acorta hasta dicho punto crítico anteriormente mencionado, este R-loop se asocia con el resto de TERRA promoviendo la reparación dirigida por homología (denominada HDR-mediated). Este proceso va a permitir la recombinación del telómero con su propia secuencia perpetuando así su vida celular y evitando la senescencia prematura. Además, este mismo mecanismo será utilizado por algunas células cancerosas para la elongación de los telómeros en caso de no poseer telomerasa funcionando como mecanismo de alargamiento alternativo, siendo la base de los tumores ALT [8].

Paradójicamente, algunos estudios han dado evidencia de la longitud reducida de los telómeros de las células cancerígenas respecto a las células de tejidos libres de cáncer, así como un aumento del número de los G4 en las mismas [5][9]. Para esto se siguen formulando diferentes hipótesis.

Otras utilidades bioquímicas

Además de la función anteriormente mencionada, se han estudiado cada vez más aplicaciones:

• Son utilizados como sondas, solas o en complejo con hemina, una estructura de porfirina que contiene hierro para detectar la presencia de diferentes ligandos [10].

• También como transportadores, gracias a su capacidad para secuestrar ligandos, actuando como agentes de administración de fármacos [10].

• En los últimos años, se ha extendido su uso como fármacos, en concreto como aptámeros (ácidos nucleicos de cadena sencilla aislados de genotecas de oligonucleótidos por selección in vitro), interactuando con biomoléculas, como proteínas e interfiriendo con sus funciones [10].

• O como dianas farmacológicas explotando su capacidad para interactuar con ligandos específicos, lo que puede alterar funciones importantes si el G-cuadruplexo se encuentra en regiones esenciales en el genoma del virus o de la célula huésped [10]. 

Telomestatina

En múltiples estudios, se ha propuesto que las mejores dianas farmacológicas serían aquellas que solo se expresasen en las células cancerosas o aquellas que fuesen esenciales para mantener el fenotipo maligno de las mismas. La telomerasa, es una diana clave [6][7][9].

Se trata de un producto natural aislado de Streptomyces anulatus que es un ligando de los G4 teniendo una afinidad muy alta por la secuencia concreta de los telómeros: (5’-TTAGGG-3’). Al interaccionar, inhibe de manera eficaz la actuación de la telomerasa, por lo que se detiene la elongación de los telómeros de las células cancerígenas y como consecuencia suprime su proliferación. Esta actividad anticancerígena provoca que algunos de los factores claves encontrados en el complejo de Shelterina del telómero, como TRF2 y POT1, se liberen de dicho telómero, evitando así que lleven a cabo su función de retrasar la senescencia [6]. 

Además, la telomestatina es un ligando que tiene una mayor afinidad por los G4 intramoleculares, tanto si han sido formados a partir de un ADN telomérico dúplex, como de uno monocatenario, teniendo la función anteriormente mencionada. Esto supone una ventaja frente a otros compuestos como TMPyP4, el cual posee afinidad por los G4 intermoleculares y teniendo un efecto totalmente diferente el cual no se ha observado en la telomestatina: formación de puentes de anafase en erizos de mar [6]. 

A pesar de sus ventajas estabilizado los G4 cuadruplexos, arrastra algunas características que resultan contraproducentes así como sus solubilidad o inestabilidad, por lo que se empezaron a utilizar algunos compuestos análogos sintéticos [5].

Búsqueda de otros fármacos

En definitiva, la existencia de análogos sintéticos de G4s es lo que ha permitido contemplar una nueva forma de terapia para el cáncer [5][11], dado que reprime el correcto funcionamiento de las células cancerosas, llegando a conseguir la destrucción de la misma; así como análogos de la telomestatina [11], aunque estas terapias siguen en constante estudio y desarrollo. 

El silvestrol es un compuesto obtenido de la corteza de los árboles de la familia flavaglina cuya estructura permite inhibir el factor de transcripción: eIF4A, tratándose de una análogo sintético. El factor posee una actividad helicasa clave para el proceso fisiológico de la transcripción al permitir deshacer las estructuras secundarias que pueden aparecer en la cadena de ADN y que impedirían la continuación del proceso. Al mismo tiempo tiene un papel clave en la carcinogénesis al facilitar la leucemia linfoblástica aguda de las células T al promover la transcripción de oncogenes como MYC, CDK6 o MDM2 al desenrollar los G4 de la región 5’ UTR de sus mRNAs. Este compuesto lo que hará, será inhibir al eIF4A [5], interfiriendo indirectamente en el mantenimiento de la estructura de los ADN G cuadruplexos.

Otro análogo que también afecta al gen MYC es: TMPyP4, anteriormente mencionado. Este se basa en la represión de proto-oncogenes de dicho gen por medio de la estabilización de los G4 cuadruplexos [5].

Los análogos “pirodistatina” y CX-3542 provocan daño en células cancerosas también. El primero, induce la formación de un nuevo loop en la estructura del telómero: “R-loop”, siendo un híbrido de DNA y RNA transcrito causando un daño en el ADN canceroso. El segundo causa daño y muerte celular con mayor eficacia en 2 tipos celulares cancerosos concretamente: células ATRX deficientes y células BRCA1/2 deficientes [5].

En relación a la función de estas estructuras como fármacos, existen secuencias cortas en los ácidos nucleicos derivadas del motivo hexanucleotido TGGGAG, denominadas “secuencias de Hotoda” que son potentes inhibidores anti-VIH. Estas secuencias cortas también se encuentran activas en otros virus como en los que aparecen secuencias de 6 nucleótidos con la siguiente estructura GGGGGT, la cual, da lugar a G-cuadruplexos. Este se une al dominio C-terminal de la proteasa del virus de la hepatitis A y es un fuerte inhibidor de la proteasa 3C de este virus [10]. Al inhibirla, impide que el virus descomponga sus proteínas para poder multiplicarse. Por lo tanto, deja de propagarse.

Un argumento notable es que estas secuencias cortas son demasiado cortas para ser específicas. Además, pueden actuar sobre otros componentes celulares del huésped, que se unen a estructuras secundarias de ADN no canónicas [10].

Otro fármaco que ha resultado ser un potente inhibidor de la telomerasa es RHPS4, tratándose de un mutante de la subunidad de la telomerasa denominada hTERT. La expresión de dicha subunidad mutante ha dado evidencias de inhibir el proceso de la telomerasa al unirse y competir por el sitio de unión. Tras estudiar su efecto en células tumorales, se concluyó que la línea celular MCF-7 de las células pertenecientes al cáncer de mama sufren una detención del crecimiento similar a la senescencia [7].

Referencias consultadas

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3. Saranathan, N., & Vivekanandan, P. (2019). G-Quadruplexes: More Than Just a Kink in Microbial Genomes. Trends in microbiology, 27(2), 148–163. https://doi.org/10.1016/j.tim.2018.08.011
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7. Cookson, J. C., Dai, F., Smith, V., Heald, R. A., Laughton, C. A., Stevens, M. F., & Burger, A. M. (2005). Pharmacodynamics of the G-quadruplex-stabilizing telomerase inhibitor 3,11-difluoro-6,8,13-trimethyl-8H-quino[4,3,2-kl]acridinium methosulfate (RHPS4) in vitro: activity in human tumor cells correlates with telomere length and can be enhanced, or antagonized, with cytotoxic agents. Molecular pharmacology, 68(6), 1551–1558. https://doi.org/10.1124/mol.105.013300 
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10. Abiri, A., Lavigne, M., Rezaei, M., Nikzad, S., Zare, P., Mergny, J. L., & Rahimi, H. R. (2021). Unlocking G-Quadruplexes as Antiviral Targets. Pharmacological reviews, 73(3), 897–923. https://doi.org/10.1124/pharmrev.120.000230
11. Teng, F. Y., Jiang, Z. Z., Guo, M., Tan, X. Z., Chen, F., Xi, X. G., & Xu, Y. (2021). G-quadruplex DNA: a novel target for drug design. Cellular and molecular life sciences : CMLS, 78(19-20), 6557–6583. https://doi.org/10.1007/s00018-021-03921-8

La muerte nos asusta a todos pero, ¿merecería la pena alcanzar la inmortalidad?

La esperanza de vida cada vez es mayor con el paso de los años, gracias a los avances médicos, y la mejora de las condiciones de vida; pero nuestras células siguen teniendo una fecha de caducidad.

Existen varias estrategias para frenar ese envejecimiento celular y así prolongar su duración. Esto se podría conseguir gracias a una enzima, la telomerasa, que permitiría alargar los telómeros acortados, que son los responsables de la muerte celular,  lo que supondría un “rejuvenecimiento” de la célula. De esta manera se conseguiría incrementar nuestros años de vida.

No obstante, la telomerasa tiene su lado negativo, puesto que está presente en la mayoría de cánceres en los que las células tienen un crecimiento ilimitado. Por lo tanto, conseguir una activación constante de las células de nuestro cuerpo puede ser un gran peligro, ya que si no se controla, en vez de darnos más años de vida, nos los estaría quitando.

Telómeros

¿Qué son los telómeros?

Los telómeros son complejos nucleo-proteicos que constituyen las estructuras de los extremos de los cromosomas lineales permitiéndoles mantener su integridad ya que otorgan estabilidad y protección.

Las ADN polimerasas, enzimas encargadas de replicar el ADN, necesitan un extremo OH 3’ libre sobre el que ir añadiendo nucleótidos y rellenar el hueco que queda tras eliminar el cebador. Sin embargo, al tratarse de un cromosoma lineal dicho extremo no está presente y en cada ronda de replicación se pierde un determinado número de bases. Los telómeros desempeñan por tanto una función clave ya que evitan que se pierda información vital, en su lugar se perderán bases de su estructura. 

Además, están a cargo del reloj mitótico y por consiguiente la senescencia celular, es decir, determinan el número de divisiones que tendrá la célula y la proliferación celular se frenará cuando la longitud de los telómeros sea crítica. Llegados a ese punto se dirige la célula a la muerte celular, que es lo que desemboca en degeneración tisular y se traduce, en lo que cotidianamente vemos como envejecimiento 

Estructura de los telómeros

Su estructura difiere del resto de la cromatina, de manera que no se llevan a cabo procesos de degradación, recombinación o fusión, es decir, les permiten no ser reconocidos por los sistemas de reparación del ADN.

Podemos encontrar tres regiones:

• Extremo saliente (extremo 3’ overhang): son las secuencias no replicadas que quedan libres en forma de cadena sencilla.  Posibilita la formación de unas estructuras secundarias en forma de bucle (T-loop y D-loop) por inserción de dicho extremo 3’ overhang en la región de doble cadena y posterior hibridación por complementariedad. Esto evita que los extremos de los cromosomas sean confundidos con ADN dañado.
• Repeticiones teloméricas:  se trata de secuencias cortas repetidas y conservadas entre las especies. Son ricas en nucleótidos G y T (en el caso de los humanos las secuencias teloméricas son TTAGGG) y pueden formar los G-cuadruplexos, estructuras complejas donde 4 guaninas quedan unidas por puentes de hidrógeno de Hoogsten formando planos cuadrados. Estos están implicados en el mantenimiento de los telómeros, pero hay que regular su apertura para permitir la replicación del ADN.
• Áreas que están entre la primera secuencia de un gen y las repeticiones. 

Interacción con proteínas

En los seres humanos, los telómeros interactúan con el complejo de la shelterina, formado por una serie de proteínas que incluyen a TRF1 y TRF2, las cuales interactúan con RAP1, TIN1, TPP1 y POT1. La función del complejo es impedir la activación del mecanismo de reparación del ADN en los extremos, protegiendo frente a la degradación, y regular la actividad de la telomerasa.

• TRF1:  es la secuencia C-terminal. Reconoce específicamente el fragmento de ADN telomérico y actúa como regulador negativo de la longitud telomérica (represor de la telomerasa) 
• TRF2: regulador negativo de la longitud telomérica, estabiliza la secuencia G repetitiva y previene de fusiones entre extremos teloméricos de distintos cromosomas

Por tanto, ambos restringen la actividad de la telomerasa, impidiendo la elongación telomérica

Reloj mitótico

A medida que los telómeros de las células se van acortando estas se vuelven senescentes, siendo la senescencia una situación en la que las células a pesar de ser viables y activas metabólicamente ya no proliferan, es irreversible, y conduce hacia la muerte celular. Cuando se detecta una longitud crítica de los telómeros se pone en marcha un mecanismo que bloquea el avance del ciclo celular y promueve la entrada en apoptosis gracias a la activación de las proteínas p53 y Rb (proteínas inhibidoras del ciclo celular).

Los telómeros pueden presentarse de dos formas: protegidos (capped) si están formando el T-loop, y desprotegidos (uncapped) si están de manera lineal, pudiendo haber transiciones entre ambas estructuras. El último caso se da cuando los telómeros son tan cortos que ya no son capaces de formar estructuras secundarias lo que hace que sean susceptibles de sufrir el ataque de nucleasas y fusión de extremos. Esto conduce a la inestabilidad cromosómica y senescencia, con la consecuente entrada en apoptosis ya mencionada.

Existe una teoría que sugiere que los telómeros del cromosoma 17 que es donde está codificada la proteína p53 sea el sitio donde se activa este mecanismo.

Telomerasa

Estructura de la telomerasa

La telomerasas es una ribonucleoproteína formada por una subunidad catalítica llamada TERT, que es una retrotranscriptasa y un componente de ARN llamado TERC, que actúa como molde para la adición de secuencias teloméricas repetitivas en el extremo 3’.

Imagen 3: Telomerasa humana: subunidad catalítica TERT (azul), componente ribonucleico TERC (beige) y unidad telomérica de DNA correspondiente a secuencia corta de repetición TTAGGG (rojo). Fuente: imagen elaborada con Chimera, código PDB 7TRD

Función de la telomerasa

La telomerasa es la encargada de alargar los telómeros, se encuentra activa en todos los tejidos durante la embriogénesis y tras esta únicamente permanece en células de líneas germinales productoras de gametos y en células cancerosas. Su función está regulada tanto por proteínas quinasas (añaden un grupo fosfato) que aumentan su actividad, como por fosfatasas (eliminan un grupo fosfato) que reducen su actividad, por ello el balance entre ambas juega un papel esencial en la tumorigénesis. 

Esta enzima tiene una gran afinidad por las secuencias ricas en G, reconoce y se une al extremo 3’ overhang del telómero, al ser reclutada por complejo de la shelterina, y lo alarga mediante la adición de nucleótidos en sentido 5’ → 3’ usando como molde su propia fracción de RNA (TERC). Dicha unión es posible gracias a que TERC presenta una serie de bases complementarias al ADN telomérico de tal modo que se produce el apareamiento entre ellas.

A continuación, se recluta la primasa y la ADN polimerasa α que sintetizan el primer, un pequeño fragmento mixto de ARN y ADN que proporciona el extremo 3’ OH necesario para que intervenga la ADN polimerasa δ y complete el fragmento. Finalmente se da la eliminación del cebador y el ligado de los extremos, quedando nuevamente un extremo 3’ overhang.

También hay que destacar que TERT es el componente limitante de la telomerasa. Mientras que TERC tiene una expresión constitutiva en la mayoría de los tejidos, será la expresión de TERT la que conduzca hacia una activación de la función de la telomerasa por lo que su transcripción estará reprimida en células somáticas.

El lado oscuro de la telomerasa: cáncer

El cáncer es una enfermedad originada a partir de la transformación maligna de una célula que comienza a dividirse sin control y escapa de la muerte celular programada dando lugar a gran cantidad de células hijas, las cuales presentan también alteraciones en los mecanismos de proliferación, diferenciación y apoptosis. 

Varios estudios han demostrado la participación de la telomerasa en el proceso de carcinogénesis, puesto que se ha visto que varias líneas celulares cancerosas la presentan y además la inmortalización de las células in vitro ocurre a la vez que la activación de la enzima. 

Las células somáticas no presentan telomerasa, por lo que tienen una capacidad limitada para replicarse, siendo esto una barrera de la proliferación. Sin embargo, los tumores malignos tienen una proliferación infinita, gracias a que sus células poseen la telomerasa activa que permite esa replicación sin límites.

Un posible tratamiento contra el cáncer

Últimamente ha habido investigaciones enfocadas en el acortamiento de los telómeros de las células cancerosas, sin embargo, esto es algo impreciso ya que tendría que ser específico para la longitud de estos en cada una de las células a tratar y podría demorarse demasiado tiempo. Las estrategias más prometedoras son aquellas que inhiben la protección de los telómeros atacando a la telomerasa, de este modo se podría lograr entrar en apoptosis en pocos días e incluso podría funcionar con telómeros largos.

Los estudios estiman que la telomerasa se detecta en un 80-90% de los tumores cancerosos, por lo que podría ser considerada un marcador de malignidad en tumores. Esto la convierte en un blanco ideal para la terapia contra el cáncer, pero como su regulación es muy compleja se han estudiado diferentes estrategias:

• Nivel transcripcional: la clonación de las regiones promotoras de los genes que codifican para las subunidades TERT y TERC han permitido identificar reguladores positivos y negativos, conociendo estos se puede aumentar o inhibir su transcripción
• Nivel postranscripcional: se está buscando bloquear el ARNm de las subunidades TERT y TERC mediante el uso de ribozimas con actividad ribonucleasa
• Nivel post-traduccional se ha demostrado que para que la enzima funcione necesita el ensamblaje de todos los constituyentes, por lo que bloqueando alguna de las proteínas que forman parte del complejo se podría bloquear su acción 

El lado bueno de la telomerasa: la inmortalidad

Como ya hemos mencionado las células germinales expresan la enzima telomerasa mientras que las somáticas no, por lo que estas últimas en cada división van acortando los telómeros entrando así en senescencia. 

Por un lado la senescencia, sirve como mecanismo de supresión celular, ya que las células senescentes no son capaces de replicarse, por tanto, no se replicarán cromosomas anormales. Uso que se daría en un posible tratamiento contra células cancerosas.

Sin embargo, se ha propuesto que la reconstitución de la actividad de la telomerasa en distintos tejidos podría ser empleada como terapia para enfermedades asociadas al envejecimiento y que están caracterizadas por una disminución de la capacidad proliferativa y regeneración celular. 

Se ha buscado usar la telomerasa como diana terapéutica en medicina regenerativa frente a enfermedades crónicas, por ejemplo, frente a enfermedades de la piel: estimulando células madre para que expresen el componente de ARN de hTERT de tal modo que se active la telomerasa reemplazando la piel perdida. También serviría para enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas asociadas al envejecimiento e incluso el propio envejecimiento.

La última estrategia, desarrollada por un grupo del CNIO en 2012, se basa en una terapia génica que activa el gen de la telomerasa durante unas pocas horas, por lo que la enzima puede ejercer su función reparadora un tiempo limitado, y así se disminuye los riesgos.

Podríamos pensar que una activación continua de la telomerasa implicaría que nuestras células no murieran, lo que se podría considerar conseguir la inmortalidad. Sin embargo, no sería tan fácil porque la actividad constante de esta enzima es muy probable que derive en un cáncer como hemos comentado.

Conclusiones

El acortamiento de los telómeros es el mecanismo fisiológico de nuestro cuerpo que explica el envejecimiento. La naturaleza ha sido capaz de evitar esa muerte celular, mediante la activación de la telomerasa en células somáticas que derivan en células cancerígenas. Sin embargo, lo que encontramos hoy en día es que la ciencia quiere aprovechar esa idea a nuestro favor. Si se consigue activar la telomerasa de una manera regulada, se podrá extender los años de vida; lo que sería un paso más cerca de esa idea ficticia que tenemos de la inmortalidad.

Bibliografía

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por Lucía Dueñas Prieto & Edurne Gómez Maroto, estudiantes de 3º Biología Sanitaria (Universidad de Alcalá, UAH)

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1. IMPORTANCIA DEL TELÓMERO:

La longitud de los telómeros es un biomarcador tanto del pasado replicativo como del potencial replicativo de las células. Cada vez hay más pruebas que apoyan la idea de que los telómeros desempeñan un papel importante en la senescencia, puesto que se ha demostrado que aquellos individuos con telómeros más cortos tienen un mayor riesgo de muerte prematura en comparación con aquellos con telómeros más largos. La longitud de los telómeros es predictiva de los años de vida sana.

1.1. ¿QUÉ SON LOS TELÓMEROS?

Los telómeros son los extremos de los cromosomas, los cuales van a resultar fundamentales para que los distintos cromosomas no se unan entre sí. Se caracterizan por ser regiones de DNA no codificante y altamente repetitivas. Son estructuras que van a dar estabilidad estructural a los cromosomas, y en la división celular. Las repeticiones teloméricas permiten que no se pierda esta información. 

Los eucariotas presentan una característica diferente respecto a los procariotas, y es que tienen un final abierto, por lo que hay un problema: el acortamiento telomérico. Este consiste en que cada replicación se va acortando la secuencia del final, lo que nos lleva a la secuencia de Hayflick, que es el número limitado de replicaciones que puede tener la línea de una célula; en humanos es de hasta 40-60 replicaciones.

1.2. ESTRUCTURA DE LOS TELÓMEROS: G-CUADRUPLEXOS.

Los G-cuadruplexos son un tipo estructural de DNA. Su estructura se basa en 3 bases (XXX) + 3 G (GGG) + 3 bases (XXX). Estas estructuras rompen su estructura de DNA B, la molécula se abre y se unen las guaninas entre ellas formando pares de Hoogsteen, que es la estructura más estable entre guaninas. Se trata de 3 planos de una tétrada de guaninas que se estabilizan con un catéter metálico (normalmente es K+ y a veces Na+). Hablamos de G-tétradas, debido a que se produce una asociación de cuatro guaninas emparejadas a través de enlaces de hidrógeno de Hoogsteen, que se apilan verticalmente.

Los G-cuadruplexos son fundamentales en el funcionamiento del telómero, pues protegen la terminación de los genes de la acción de nucleasas.

1.3. REPLICACIÓN DE LOS TELÓMEROS.

Vamos a explicar brevemente la replicación de los telómeros, para entender el papel de algunas proteínas que se mencionarán en el artículo. Hay dos proteínas en los telómeros:

• La shelterina, la cual se une en la secuencia telomérica y fomentan el plegamiento de esta secuencia (T-loop), anudan el extremo del telómero y protege la secuencia de la acción de las nucleasas.
• La telomerasa, enzima polimerasa reversa, pues tiene un complejo de RNA y proteína, es decir, tiene su propia secuencia de RNA. Sintetiza DNA a partir de un molde de RNA, lo que forma el complejo de TERT. La telomerasa es una enzima altamente regulada para que la longitud de los telómeros se mantenga más o menos constante.  

Para que comience la elongación de los telómeros es necesario abrir los G-cuadruplexos para que actúe la maquinaria enzimática de la replicación. Una vez que están abiertos, la telomerasa se encarga de sintetizar DNA. Cuando se termina de sintetizar todo el telómero, cesa su función y se retira. A continuación, el complejo CST recluta la DNA pol α y primasa, que sintetiza el cebador, y continúa la DNA pol δ. Cuando termina, actúa una ligasa para poder unir . De esta manera, se alarga el telómero.

Otras enzimas importantes que participan en el proceso de replicación del telómero son:

• RTLE1: es una proteína helicasa que abre los G-cuadruplexos, es fundamental para el mantenimiento de la estructura del telómero, pues tiene una actividad antirrecombinasa. Cuando el DNA tiene un extremo libre, con un overhang (como ocurriría con el telómero si no estuviese cerrado), es el momento en el que se activan las señales de reparación del DNA: recombinación homóloga, no homóloga y por medio de transposones (o retro).
• Mec1 y Tel1. Tel1 es fundamental para reclutar la telomerasa, con la ayuda de Mec1. Además, se encargan de coordinar la respuesta al daño en el DNA mediante la fosforilación de proteínas implicadas en la reparación del DNA y vías de control. Así estas dos proteínas pueden actuar cuando el DNA esta expuesto a agentes oxidantes. (1)

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2. CONEXIÓN ENTRE ESTRÉS OXIDATIVO Y ACORTAMIENTO TELOMÉRICO:

2.1 CONCEPTOS EN RELACIÓN AL DAÑO OXIDATIVO.

A continuación vamos a definir algunos conceptos en relación al daño oxidativo:

• Radicales libres. Es una especie química que va a ser altamente reactiva, con capacidad oxidativa, debido a que presentan uno o más electrones desapareados, y tienden a captar un electrón de moléculas estables. Los radicales libres se forman como productos intermedios en reacciones químicas, por lo que como estas reacciones tienen lugar constantemente en el cuerpo, va a haber unas especies químicas para protegernos de los radicales libres, esta es la función de los antioxidantes.

• Antioxidante. Los antioxidantes son nutrientes que “retardan o previenen la oxidación de otras moléculas”.  El modo de acción de los antioxidantes es “romper” y terminar la reacción de oxidación-reducción, eliminando intermediarios del radical libre o inhibiendo otras reacciones de oxidación. De esta manera, son capaces de disminuir el efecto perjudicial que originan los radicales libres. Estas moléculas, de diferente origen y estructura, se pueden encontrar en una gran variedad de alimentos como vegetales, frutas, vino tinto, chocolate, aceites, y café.

• Estrés oxidativo. El estrés oxidativo es una patología celular debida al aumento de la actividad oxidativa en el interior celular, como consecuencia de que las sustancias antioxidantes no son suficientes para combatir la cantidad de radicales libres en sangre. Origina cambios estructurales y funcionales en estas, provocando así envejecimiento celular y con ello una futura apoptosis; por lo tanto causa deterioro tisular y desarrollo de patologías. También, como veremos en este artículo, provoca daños en el DNA, afectando a los telómeros.

• Especies reactivas del oxígeno (ROS). Estas especies van a ser formadas de forma exógena y endógena, desde propios hábitos (fumar, inhalar humo del tabaco, consumo de alcohol y otras drogas, y consumir pocos antioxidantes, o gastarlos muy deprisa debido al metabolismo), que podríamos evitar, hasta el propio el ambiente en el que nos encontramos (radiación, luz solar y radiación UV, y contaminación del aire).

Estar expuestos a alguno de los elementos mencionados anteriormente, van a dar lugar especies reactivas del oxígeno (ROS), moléculas altamente reactivas debido a la presencia de una capa de electrones de valencia desapareada. Son moléculas inestables que contienen oxígeno y que reaccionan fácilmente con otras moléculas en la célula. Los ROS incluyen anión superóxido, peróxido de hidrógeno, radical hidroxilo y especies reactivas del nitrógeno, los cuales tienen que ser combatidos por antioxidantes. Estas especies se producen en la mitocondria durante procesos oxidativos del metabolismo.

Si alcanzamos una situación de estrés oxidativo, y hay sobreproducción de ROS, esto va a conllevar a un deterioro de los componentes celulares (ácidos nucleicos, proteínas y lípidos). Centrándonos en los ácidos nucleicos, pueden causar lesiones de bases, roturas en el DNA, entrecruzamientos entre cadenas…

2.2. ACORTAMIENTO DEL TELÓMERO EN RELACIÓN AL ESTRÉS OXIDATIVO.

Sabemos que los telómeros están en los extremos de los cromosomas, y son ricos en guanina, así que adopta estructuras del tipo G-cuadruplexo, dificultando la actuación de la telomerasa, debido a que hay que abrirlas para que se pueda llevar a cabo la elongación de los telómeros. (2)

Sin embargo, la guanina es la nucleobase más propensa a la oxidación (ya podemos ir deduciendo cúal es el problema). Como los G-cuadruplexos son estructuras ricas en guanina esta será una estructura que responde al estrés oxidativo, porque las guaninas provocarán daño oxidativo en el DNA, dando lugar a lesiones que provocan mutaciones y problemas en la replicación, traducción y transcripción del DNA. (2)

El por qué de la guanina es la nucleobase más propensa a la oxidación, se debe a que tiene un bajo potencial redox. Como resultado de la oxidación se forma  8-oxo-7,8-dihidroguanina, y el problema reside en que ahora esta guanina oxidada aparea con una adenina, en lugar de con una citosina como ocurre en situaciones normales, lo que conlleva a una mutación si no es reparada por los sistemas moleculares. Así, las ROS pueden ocasionar modificaciones en las guaninas, las cuales pueden afectar a la estructura de los G-cuadruplexos al reducir la estabilidad térmica de sus motivos, afectando a la unión de proteínas a la estructura. (2)

Vemos a continuación la estructura de la guanina y de la guanina oxidada:

Ahora observamos cómo sería el apareamiento normal de la guanina con una citosina:

Aquí observamos el apareamiento que tiene lugar entre la guanina oxidada con una adenina:

Vemos que el enlace entre la guanina – citosina, es un triple enlace, mucho más fuerte y estable que el que se forma entre la 8-oxo-guanina – adenina, el cual es un doble enlace, así entre G-C hay un emparejamiento de bases de Watson y Crick, y en el caso de 8-oxo-G – A hay un emparejamiento de bases de Hoogsteen. Esto supone que la ausencia de un tercer enlace de hidrógeno en el emparejamiento de Hoogsteen indica menor estabilidad, como ya hemos comentado, lo que conduce a la obstrucción de la formación de la tétrada de los G-cuadruplexos. (2) 

Vemos cómo sería la tétrada de G-cuadruplexos con guanina:

Y así es cómo se ve alterada la estructura de los G-cuadruplexos si la guanina se oxida, estructura que se encuentra en un estado casi desplegado:

Varios grupos de investigación han estudiado este suceso, observando que se llega a oxidar hasta un 50% de la guanina en los G-cuadruplexos, pues es una estructura susceptible al estrés oxidativo. (2)

Lo que ocurre es que esta estructura de G-cuadruplexos se forma en los extremos de los cromosomas para protegerlos de la acción de las nucleasas, porque son extremos libres. Si en presencia de ROS los G-cuadruplexos se despliegan, y no es reparado, estos extremos van a estar expuestos a las nucleasas. Un nivel elevado de 8-oxo-guanina dificulta la actividad de la telomerasa, lo que va a producir un acortamiento de los telómeros, la función y su mantenimiento. (2)

El acortamiento de los telómeros va a producir senescencia prematura. Estudios han demostrado que la pérdida de los telómeros afecta a muchos procesos celulares, produciendo apoptosis, envejecimiento, carcinogénesis e inestabilidad cromosómica. Si esto no se repara, se producen roturas en el DNA y aparición de mutaciones puesto que ha habido un apareamiento 8-oxo-G – A que supone ante una posible futura replicación la aparición de un apareamiento A – T, cambiando completamente la base inicial. (2)

Hay estudios con fibroblastos humanos normales en los que por la incorporación de ROS, se aceleró el acortamiento de los telómeros en la replicación, lo que supuso roturas teloméricas de una sola hebra debido a los radicales libres. (2)

Roturas de una hebra en los telómeros supone la activación de vías de reparación, homóloga o no homóloga, pudiéndose dar lugar, en el caso de la reparación no homóloga, a los círculos teloméricos que llevarían a una situación anómala, de muerte o malignificación de la célula (2).

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3. EL CAFÉ:

A día de hoy, el café sigue siendo una de las bebidas más consumidas a nivel mundial debido, en gran parte, a su capacidad de mantener a los individuos en estado de alerta, a parte de por su buen aroma y sabor.

Generalmente, el consumo de café está relacionado con efectos negativos sobre la salud (existen creencias a nivel médico acerca de sus potenciales efectos adversos) y con estilos de vida poco saludables (relacionado con el tabaquismo,  menos horas de sueño…), lo cual le otorga en ocasiones una imagen perjudicial. 

Sin embargo, algunos estudios recientes demuestran que estaría asociado a un menor riesgo de padecer ciertas enfermedades o retrasar el envejecimiento, lo que se podría relacionar con el hecho de que contiene una gran concentración de antioxidantes.  

3.1. GENERALIDADES DEL CAFÉ. ORIGEN Y COMPONENTES.

Se denomina café a la bebida preparada a partir de las semillas del fruto de los cafetos (arbusto tropical del género Coffea spp. ). Comprende muchas especies, sin embargo, sólo se cultivan Arábica y Robusta. Produce frutos carnosos rojos con dos núcleos que contienen cada uno un grano o semilla (3).

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3.1.1. Cafeína:

Se encuentra de forma natural en el té (Camellia sisensis), cacao (Theobroma cacao) y obviamente, en el café. Además, se añade en bebidas de consumo habitual como son las bebidas energizantes y cola (3).

Sus funciones se basan principalmente en que actúa como antagonista del receptor de adenosina (del tipo A2a) los cuales son receptores inhibitorios de la señal sináptica. La cafeína estimula al Sistema Nervioso Central (SNC) permitiendo que la transmisión sináptica permanezca activa y de esta manera, se origina un estado de alerta y disminución de la somnolencia. También tiene efectos sobre el sistema cardiovascular, es estimulante de la respiración y se le atribuye una ligera acción diurética (4).

Actualmente se están realizando ensayos clínicos para poder estudiar su posible efecto en la prevención de enfermedades respiratorias pulmonares en prematuros, así también como en tratamientos contra la ansiedad, la diabetes de tipo II o la arteriosclerosis, junto con otras enfermedades cardiovasculares (3).

3.1.2. Ácidos clorogénicos:

Se encuentra de manera natural en el té negro (Camellia sinensis) y en el café (3).

Entre algunas de sus funciones se encuentran: inhibe las metaloproteínas de la matriz, regula el metabolismo de la glucosa y de los ácidos grasos, favorece la secreción biliar y tiene cierta acción hipertensiva, favoreciendo la vasodilatación (3)(5).

Gran parte del ácido clorogénico es metabolizado en el colon por la microbiota, disminuyendo su actividad antioxidante pero favoreciendo su biodisponibilidad (3).

Ha sido utilizado en ensayos sobre el tratamiento del cáncer en estado avanzado y tratamientos para la tolerancia a la glucosa (puede ser de ayuda para las personas que sufren de diabetes de tipo II) y contra la obesidad (3) (5).

3.2. ¿CONSUMIR CAFÉ ES BENEFICIOSO O PERJUDICIAL?. EFECTOS SOBRE LOS TELÓMEROS. VENTAJAS Y DESVENTAJAS.

Debido a las importantes propiedades del café, existe un considerable interés sobre sus efectos por parte de Salud pública, sobre todo en los últimos años, donde se tiene en cuenta cada vez más cómo nuestra forma de vida afecta a nuestra salud. 

Por ello, a pesar de que existen varios estudios que investigan cómo afecta el consumo de café al desarrollo de ciertas enfermedades, o en este caso, a la longitud de los telómeros, es un campo que está poco desarrollado en general porque los estudios son muy recientes. Se necesita más investigación, resultados más concluyentes y mecanismos que los puedan explicar con más precisión. 

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Una de las primeras investigaciones, publicada en The Journal of Nutrition realizó un estudio a más de 4700 enfermeras para descubrir si los niveles variables de consumo de café o cafeína estaban asociados con la longitud de los telómeros (en este caso, leucocitarios). Para ello, la información acerca del consumo de café se obtuvo a partir de cuestionarios de frecuencia alimenticia, con diferentes variables, y se midió la longitud relativa de los telómeros en leucocitos mediante técnicas de biología molecular (6). 

Tras realizar el experimento, se encontraron asociaciones lineales significativas con telómeros más largos para un mayor consumo de café total con cafeína. Más concretamente, en comparación con las no bebedoras de café, las probabilidades de tener una longitud de los telómero por encima de la mediana fueron alrededor del 29% en aquellas enfermeras que bebían de 2 a 3 tazas de café al día, y un 36% para aquellas que bebían 3 o más tazas al día. Sin embargo, no se obtuvieron resultados significativos para el consumo de café descafeinado (6).

Esta idea además, podría verse reforzada por el hecho de que, durante el proceso de descafeinización, no solo se reduce la concentración de cafeína, sino también se puede reducir las concentraciones de otros antioxidantes como los ácidos clorogénicos (6).

En conclusión, los hallazgos de este primer estudio sugirieron que el consumo de café (especialmente con cafeína) se asociaba con telómeros más largos, pero se necesitaban estudios adicionales para poder aclarar esta idea y que explicaran como los compuestos de café estarían involucrados en en el mantenimiento de los telómeros (6).

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En otro estudio posterior, se decidió observar los cambios en la longitud del telómero frente a diferentes estímulos externos, como la temperatura, el alcohol o la cafeína. Para realizar el experimento, se utilizó un cultivo de levaduras (Saccharomyces cerevisiae), a las que se les sometió a un total de 13 estímulos estresantes durante 400 generaciones para estudiar los mecanismos responsables de las alteraciones de la longitud de los telómeros en varias condiciones de estrés (7).

Mutaciones en al menos un 6% de los genes TLM (mantenimiento de la longitud de los telómeros) conducen a la alteración del tamaño de los telómeros. La homeostasis precisa de la longitud de los telómeros depende de una gran red genética que incluye alrededor de 400 genes (conservados en gran medida desde el punto de vista evolutivo). Esta red puede verse afectada precisamente, por varias señales ambientales y diferentes mecanismos de regulación (7). 

En el caso concreto de la cafeína, se identificó a las proteínas Tel1 y Mec1 como proteínas directamente afectadas. Es decir, por primera vez se identificó que estas proteínas medían el estrés por la cafeína (7). 

La cafeína es un inhibidor de las quinasas relacionadas con la fosfatidil inositol-3 quinasas (quinasas similares a PI3K) como la ATR humana y la ATM y sus contrapartes de levadura, Tel1 y Mec1. Por lo tanto, se estudió si las mutaciones en estos genes diana abolirían el acortamiento de los telómeros causado por la cafeína (7). 

Por tanto, gracias a este estudio se pudo llegar a la conclusión de que, realmente, la cafeína provoca el acortamiento de los telómeros al inhibir las quinasas reguladoras de tipo ATM / ATR (7).

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Por último, se necesitaba un estudio en el que se pudiera comparar el efecto de la cafeína y el café de manera conjunta.

Los hallazgos del estudio realizado por Larry Tucker (Universidad Brigham Young, en EE.UU), basado en la encuesta nacional NHANES, sugieren que cuanta más cafeína consumían los participantes, más cortos eran los telómeros. Por cada 100 mg de cafeína consumida, los telómeros eran 35,4 pares de bases más cortos tras eliminar el efecto de la edad y de otros factores (8).

Por lo tanto, significa que el consumo de cafeína procedente de otras fuentes distintas del café, como bebidas energéticas, suplementos y refrescos de cola, supone telómeros más cortos y es tan poco saludable como lo es para los que no beben café (8).

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El objetivo de otros estudios más recientes se ha basado en encontrar una posible relación entre el consumo de café y el desarrollo de diferentes patologías, observando la variación del tamaño de los telómeros en las mismas. En un estudio realizado en el año 2020 por Ferruchi (Universidad de Yale, EE.UU) se evaluó la asociación transversal entre la ingesta de café y la longitud de los telómeros en los controles de cuatro estudios previos realizados para la detección de varios tipos de cáncer (9).

La conclusión general fue, otra vez, que los bebedores moderados y los bebedores en exceso (más de 3 tazas de café al día) tienen entre 2 y 3 veces más probabilidad de tener una longitud de telómeros por encima de la mediana, a pesar de que fuera poco probable que el consumo de café desempeñara un papel en las posibles asociaciones con la enfermedad (9).

2.2.1. Aspectos beneficiosos del consumo de café.  

– Aspecto antioxidante (3):

La actividad antioxidante del café se debe tanto por los ácidos clorogénicos (concretamente del 5-O-cafeoilquínico) como a la presencia de cafeína y otros compuestos derivados del tostado.

Los ácidos clorogénicos son reconocidos como grandes antioxidantes. La capacidad antiradical hidroxilo (OH.) del café depende del ácido 5-O-cafeoilquínico. Actúa como captador de radicales libres superóxido. 

Por otra parte, el proceso de tostado del café induce la formación de compuestos (como las melanoidinas) que también poseen actividad antioxidante. Como gran parte de los ácidos clorogénicos se pierden durante el tostado, el origen de nuevas moléculas con capacidad antioxidante compensa este hecho. 

La cafeína tiene la capacidad de inhibir los efectos del estrés oxidativo provocado por radicales hidroxilos (OH.), peróxidos (ROO.) y oxígeno singlete. A pesar de que la cafeína se considera un gran antioxidante, los resultados de los estudios comentados sugieren que la cafeína no sería el componente con más propiedades beneficiosas, porque también puede actuar acortando los telómeros, tal y como hemos comentado anteriormente.  

Los estudios han demostrado que el café y sus componentes, menos la cafeína, pueden proteger contra el daño oxidativo del DNA porque constituye un alimento con alta capacidad antioxidante al disminuir los niveles de los radicales ROS. De esta manera, se previene el daño provocado en la secuencia o estructura del DNA, y más concretamente, del telómero. 

– Expresión de la TERT de la telomerasa (10)*. 

Sin embargo, hace poco se ha descubierto que el consumo exclusivo de cafeína tiene, sorprendentemente, aspectos positivos sobre la longitud del telómero, contradiciendo los hallazgos de los estudios anteriores. 

Los resultados de un estudio realizado recientemente por la Escuela de Biotecnología, Universidad de Ciencia y Tecnología de Tianjin han revelado  que la cafeína promueve la expresión de la transcriptasa inversa de la telomerasa (TERT), esto ocurre tanto a niveles de ARNm como de proteínas. Como consecuencia, permite una mayor tasa de extensión de la longitud de los telómeros y previene la senescencia celular. 

Estos resultados sugieren que la cafeína podría promover la expresión de TERT para retrasar la senescencia celular y el envejecimiento. 

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3. CONCLUSIÓN:

La ingesta de café es generalizada en gran parte del mundo. Está relacionada con una serie de consecuencias beneficiosas pero también perjudiciales para la salud. 

La longitud de los telómeros es un biomarcador de la senescencia de las células, y por tanto, del envejecimiento. Podemos concluir según los estudios realizados, que a medida que aumenta la ingesta de café, los telómeros tienden a ser más largos; sin embargo, un mayor consumo de cafeína supone el acortamiento de los mismos. Por lo tanto, el consumo de café moderado podría ser positivo para retrasar el envejecimiento.

Estos estudios no suponen la última palabra sobre los beneficios para la salud del café en cuanto a la longitud de los telómeros, dado que hallazgos recientes se contradicen con otros resultados anteriores; sino un comienzo y una llamada de atención para realizar más investigaciones sobre una posible vía para mejorar la salud y la calidad de vida de las personas.

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4. BIBLIOGRAFÍA:

1. Singh, A., Kukreti, R., Saso, L., & Kukreti, S. (2019). Oxidative stress: Role and response of short guanine tracts at genomic locations. International Journal of Molecular Sciences, 20(17), 4258. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6747389/
2. Tchirkov, A., & Lansdorp, P. M. (2003). Role of oxidative stress in telomere shortening in cultured fibroblasts from normal individuals and patients with ataxia-telangiectasia. Human Molecular Genetics, 12(3), 227–232. https://doi.org/10.1093/hmg/ddg023
3. Gotteland, M., & de Pablo, S., V. (2007). Algunas verdades sobre El café. Revista Chilena de Nutricion: Organo Oficial de La Sociedad Chilena de Nutricion, Bromatologia y Toxicologia, 34(2), 105–115. https://doi.org/10.4067/s0717-75182007000200002
4. Caffeine. (n.d.). Retrieved January 3, 2022, from https://go.drugbank.com/drugs/DB00201
5. PubChem. (n.d.). Chlorogenic acid. Nih.Gov. Retrieved January 3, 2022, from https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/1794427
6. Liu, J. J., Crous-Bou, M., Giovannucci, E., & De Vivo, I. (2016). Coffee consumption is positively associated with longer leukocyte telomere length in the nurses’ Health Study. The Journal of Nutrition, 146(7), 1373–1378. https://doi.org/10.3945/jn.116.230490
7. Romano, G. H., Harari, Y., Yehuda, T., Podhorzer, A., Rubinstein, L., Shamir, R., Gottlieb, A., Silberberg, Y., Pe’er, D., Ruppin, E., Sharan, R., & Kupiec, M. (2013). Environmental stresses disrupt telomere length homeostasis. PLoS Genetics, 9(9), e1003721. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1003721
8. Tucker, L. A. (2017). Caffeine consumption and telomere length in men and women of the National Health and Nutrition Examination Survey (NHANES). Nutrition & Metabolism, 14(1), 10. https://doi.org/10.1186/s12986-017-0162-x
9. Steiner, B., Ferrucci, L. M., Mirabello, L., Lan, Q., Hu, W., Liao, L. M., Savage, S. A., De Vivo, I., Hayes, R. B., Rajaraman, P., Huang, W.-Y., Freedman, N. D., & Loftfield, E. (2020). Association between coffee drinking and telomere length in the Prostate, Lung, Colorectal, and Ovarian Cancer Screening Trial. PloS One, 15(1), e0226972. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0226972
10. Tao, L., Zhang, W., Zhang, Y., Zhang, M., Zhang, Y., Niu, X., Zhao, Q., Liu, Z., Li, Y., & Diao, A. (2021). Caffeine promotes the expression of telomerase reverse transcriptase to regulate cellular senescence and aging. Food & Function, 12(7), 2914–2924. https://doi.org/10.1039/d0fo03246h

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Yuliia Fatych, Patricia Tato Moreno. 3º Biología Sanitaria. Universidad de Alcalá

Introducción histórica

En 1938, Hermann J. Müller observó que en los extremos de cromosomas expuestos a rayos X de Drosophila melanogaster no se producían mutaciones como deleciones o inversiones, mientras que esto sí ocurría en el resto del genoma. Esto se debía a la presencia de un “casquete protector” al que denominó “gen terminal” y, más tarde, “telómero”.¹

Dos años después, Barbara McClintock, que realizaba estudios genéticos con maíz, describió la formación de cromosomas dicéntricos mediante la ruptura de los cromosomas y su posterior adhesión y fusión de sus extremos. Gracias a estas investigaciones, McClintock demostró que los extremos de los cromosomas se podían restaurar gracias a la obtención de un nuevo telómero.¹

Sin embargo, la investigación sobre los telómeros no se volvió a retomar hasta treinta años más tarde, cuando James Watson identificó el problema de la replicación del DNA en los extremos de los cromosomas. Debido a que las DNA-polimerasas sólo pueden sintetizar DNA en sentido 5’ → 3’, la cadena 5’ → 3’ se forma mediante la síntesis de fragmentos de Okazaki, cada uno de los cuales necesita un cebador. Esto hace que el extremo 3’ del cromosoma no se pueda replicar por completo y, por tanto, en cada replicación, éste se acorta. Esto limita la capacidad de replicación de la célula. Olovnikov descubrió que la senescencia celular se producía como consecuencia del sobrepaso de ese límite, lo que provoca la alteración de la célula.¹

Más tarde, tras muchos años de trabajo e investigación sobre los telómeros del protozoo Tetrahymena thermophila y de la levadura Saccharomyces cerevisiae, Elizabeth Blackburn, Jack Szostak y Carol Greider, descubrieron la existencia de una actividad enzimática que denominaron “transferasa telómero terminal”. Esta actividad estaba presente en la enzima telomerasa, a la que le atribuyeron el papel de la replicación del DNA telomérico, impidiendo el acortamiento progresivo de los telómeros en cada división celular.¹ Finalmente, en el año 2009, Blackburn, Szostak y Greider recibieron el Premio Nobel de Medicina y Fisiología por sus estudios sobre los telómeros y el descubrimiento de la telomerasa.²

Estructura de los telómeros

Los telómeros son unas estructuras que se ubican en los extremos de los cromosomas lineales eucarióticos y que están compuestos por proteínas y secuencias de DNA no codificante repetidas en tándem. La secuencia repetida es la secuencia (TTAGGG)n, lo que hace que en los telómeros exista una hebra rica en nucleótidos de guanina, conocida como hebra G, y otra hebra rica en nucleótidos de citosina.  La hebra G es la que se encuentra orientada en dirección 5’ → 3’ y, en su extremo, sobresale de la cadena de DNA, por lo que no se aparea con la hebra antiparalela, debido a que ésta es más corta. Este fragmento de DNA simple de la hebra G se conoce como overhang-3’ y tiene una longitud que varía según la especie. Además, la longitud de los telómeros también es variable y en cada cromosoma la cantidad de DNA telomérico puede ser diferente.^3,4

Es importante señalar la existencia de estructuras complejas en el extremo 3’ rico en G, denominadas G-cuadruplexos. Dichas estructuras se pueden encontrar en diferentes conformaciones, unidas por planos cuadrados que contienen 4 guaninas (que a su vez interaccionan por puentes de hidrógeno de Hoogsteen). Esta estructura ordenada impide la acción de las nucleasas, las cuales trabajan sobre las hebras sueltas de DNA.⁵

Por otro lado, en los telómeros también podemos encontrar unas secuencias repetidas, conocidas como secuencias asociadas a los telómeros. Estas estructuras varían según la especie en cuanto a su longitud, secuencia y complejidad. Además, parece ser que no tienen un papel importante en la estabilidad del cromosoma y todavía no se conoce cuál es exactamente su función.⁴

Esta estructura especial de los telómeros, hace que éstos tengan la función de evitar que se fusionen con los extremos de otros cromosomas, lo que se conoce como fusión telomérica. Además, también van a tener otras funciones como preservar la región codificante del DNA de la acción enzimática, permitir la interacción entre los cromosomas y la matriz nuclear, e intervenir en la transcripción de genes subteloméricos que regulan el ciclo celular. ⁶

Los telómeros de mamíferos se encuentran asociados a un complejo multiproteico formado por seis proteínas que recibe el nombre de shelterina, cuya función es favorecer la formación de un lazo (“loop T”) que permite que el telómero se doble, secuestrando el extremo terminal de los cromosomas. Esto evita que el DNA telomérico sea dañado por nucleasas. Además, dicho complejo multiproteico impide que se lleve a cabo un mecanismo de reparación de DNA (MRA) en los telómeros, y regula la actividad de la telomerasa.⁵

Las proteínas que forman el complejo de la shelterina son TRF1, TIN2, TRF2, RAP1, POT1 y TPP1. La shelterina es reclutada por los telómeros a través de TRF1 Y TRF2. La proteína TRF1 (factor 1 de unión a las repeticiones teloméricas) se une a las secuencias repetidas TTAGGG de doble cadena e interacciona con TIN2 (factor 2 nuclear de interacción con TRF2). TRF2 también se une a las repeticiones teloméricas de doble cadena y, a su vez, interacciona con RAP1 (proteína 1 represora/activadora). Además, TIN2 también se encuentra asociada a TRF2. Sin embargo, a diferencia de TRF1 y TRF2, POT1 (protección del telómero 1) se puede unir a las secuencias TTAGGG formadas por una hebra simple y se conecta a TRF1 y TRF2 a través de la proteína TPP1 (proteína homóloga de la displasia adrenocortical). Al mismo tiempo, TPP1 también se asocia a TIN2.^7,8

Además del “loop T”, en el cual el DNA monocatenario se enrosca alrededor de un círculo estabilizado por shelterina, existe al final de éste otro bucle, el “loop D”. Este último loop consiste en una estructura de triple hebra denominado como bucle de desplazamiento, en el cual el DNA telomérico monocatenario se entrelaza con una región de DNA bicatenario.⁵

Aspectos moleculares de la telomerasa: estructura, función, regulación.

Arquitectura funcional de la telomerasa

La  telomerasa es una enzima de tipo ribonucleoproteína que participa en la síntesis de las secuencias repetitivas de DNA de los telómeros, estabilizando su longitud.⁶

La enzima telomerasa humana posee una subunidad catalítica (TERT), una subunidad de RNA (hTR, también llamado TERC o TER) que proporciona el molde para la adición de la secuencia telomérica (TTAGGG)n, y proteínas accesorias. Estas proteínas participan en la regulación de la biogénesis de la telomerasa, así como en su localización dentro de la célula y su funcionamiento in vivo. ⁵

Las proteínas accesorias que intervienen en la arquitectura de la telomerasa son⁵:

• Disquerina.
• NHP2.
• NOP10.
• Pontina/Reptina.
• GAR1.
• TCAB1.

La disquerina, el NHP2 y la NOP10 son 3 de las proteínas accesorias implicadas en la estabilidad y la acumulación de TER (RNA de la telomerasa humana). Por otro lado, la disquerina y GAR1 asociados a TER, posibilitan que la telomerasa sea funcional.⁵

A su vez, nos encontramos con dos ATPasas (pontina y reptina), que se asocian a TERT (región catalítica) en la fase S del ciclo celular. Su ausencia, dificulta la acumulación de la telomerasa, por lo cual son dos proteínas muy importantes para el montaje de la enzima.  Además, se ha visto que también ayudan a la estabilidad de TER durante el ensamblaje de la telomerasa.⁵

Se cree que una vez terminado el acoplamiento de todos los componentes de la telomerasa, la pontina y la reptina se disocian, dejando libre la enzima activa en su actividad catalítica.⁵

Se cree que TCAB1 sería la proteína accesoria encargada de la ubicar a la telomerasa dentro de la célula.⁵

Estructuras en alta resolución de los subdominios TER Y TERT 

• TER

La longitud de TER puede variar dependiendo del organismo en el que nos fijemos: 150 nucleótidos en ciliados, 450 nucleótidos en vertebrados, y hasta 1300 nucleótidos en algunas levaduras.  A pesar de esto, se ha descubierto que todas las subunidades TER contienen 2 estructuras secundarias conservadas: un dominio central de pseudonudo (“pseudoknot-template core domain”), catalíticamente esencial, y un tallo-bucle (“stem-loop element”), denominado CR4-CR5 en vertebrados. Dichas estructuras interaccionan directamente con TERT.⁹

• TERT

Gracias a la comparación de secuencias genéticas codificantes para TERT de distintos organismos, se ha descubierto la existencia de un dominio muy conservado en cuanto a su organización y tamaño (de unos 1100 aminoácidos).⁹

Dicha región de la subunidad catalítica TERT está formada desde el sentido N-terminal hasta el C-terminal por⁹:

-Un dominio esencial de extensión N-terminal (“essential N-terminal extension domain” o TEN), el cual tiene afinidad por el DNA telomérico monocatenario. A su vez, contacta directamente con TPP1/TIN2.

-Una región de enlace flexible (“linker”). Es el sitio de unión de TEN y TRBD.

-Un dominio de unión a RNA (“RNA binding domain” o TRBD). Interacciona con la región tallo-bucle o CR4-CR5 de TER.

-Un dominio central de la transcriptasa inversa (RT), el cual posee homología estructural y funcional con la transcriptasa inversa retroviral.

-Una extensión C-terminal (CTE).

Para esclarecer la estructura tridimensional de TERT se han utilizado escarabajos (Tribolium castaneum). Teniendo en cuenta que no poseen el dominio TEN, la estructura resultante genera una forma de anillo gracias a que TRBD y CTE se acercan en el espacio y forman un túnel catalítico. El DNA se uniría a CTE y el molde de RNA a RT, posicionando el extremo 3’ del G-overhang en el túnel catalítico para la adición de nucleótidos.⁹

Estructuras tridimensionales de la telomerasa humana y de Tetrahymena

La estructura de las telomerasas se ha determinado mediante microscopía electrónica de partículas individuales (EM) en tinción negativa, con resolución de 25 Å.⁹

Se pueden observar diferencias a nivel de subunidades, a la vez que similitudes en la organización de TERT.⁹

La telomerasa humana consiste en un dímero, conteniendo cada monómero una subunidad TER y una subunidad TERT, además de proteínas accesorias. Dichos monómeros están unidos por una región de bisagra flexible. Los autores sugieren que la telomerasa humana debe ser dimérica para poder extender dos extremos teloméricos en paralelo, facilitando que las cromátidas hermanas presenten la misma longitud en sus telómeros.⁹

Por otro lado, la telomerasa de Tetrahymena es monomérica, y es funcional en esa forma. Contiene una subunidad TERT, una subunidad TER y proteínas accesorias. La subunidad TERT es próxima a la TER, y además, posee semejanzas estructurales en relación a la telomerasa humana.⁹

Funcionamiento de la telomerasa  

La replicación del DNA romosómico se realiza gracias a DNA polimerasas que pueden extender las cadenas a partir de un RNA cebador y en extremo 5’ → 3’. Dichos cebadores se reemplazarán por DNA y se unirán a las nuevas cadenas de DNA por las DNA ligasas.¹⁰

Cuando llegamos a los extremos del cromosoma se plantea un problema. La hebra cuyo molde es la cadena conductora 3’ → 5’, seguirá sintetizándose desde el último origen de replicación hacia el extremo final en dirección 5’ → 3’.¹⁰

Por otra parte, la hebra copiada a partir de la cadena retardada 5’ → 3’, contiene fragmentos de Okazaki. Se plantea la dificultad de que en el último fragmento de Okazaki, el RNA cebador no puede ser reemplazado por DNA, ya que al no haber una secuencia adyacente, no hay posibilidad de que actúen las DNA polimerasas. Debido a esto, la hebra sintetizada de la cadena retrasada, perderá entre 50 y 100 nucleótidos en su extremo 5’ con respecto a su molde.¹⁰

Para evitar la pérdida de información genética, ya se ha comentado que en los extremos 3’ de las hebras cromosómicas se encuentra el DNA telomérico rico en G, adyacente a la última secuencia de DNA que se puede replicar por la DNA polimerasa. Aunque el DNA telomérico contiene secuencias repetidas en tándem, podría desaparecer después de varios ciclos de replicación. Debido a esto, encontramos la enzima telomerasa, que va a prolongar la secuencia telomérica.¹⁰

En el primer paso de la síntesis de DNA telomérico, la telomerasa se recluta a través de la interacción de TPP1 de la shelterina con el dominio N-terminal de su subunidad catalítica TERT. Además, el extremo 3’ G-overhang del telómero se coloca en el sitio activo de TERT alineándose con el RNA (TER) a través de la formación de pares de bases.⁹ Este RNA es complementario a la cadena de DNA rica en G y aparea parcialmente con ella, proporcionando un molde para la síntesis de copias de la unidad repetida. Los desoxinucleótidos se añaden de novo al extremo 3’ de la cadena rica en G. Después de que se hayan añadido varios nucleótidos se produce una translocación de la telomerasa hacia el extremo del telómero y se reinicia el proceso.¹⁰

Se producen unos 10.000 pares de nucleótidos en el extremo 3’, siendo dicha hebra más larga que la complementaria. A su vez, esta elongación de la cadena retardada 5’ → 3’, sirve para producir un nuevo espacio para la creación de un fragmento de Okazaki: se sintetiza un RNA cebador, y la DNA polimerasa elonga la cadena en dirección 5’ → 3’.¹⁰

En humanos, la telomerasa está activa en las células embrionarias pluripotenciales y las células madre germinales, sanguíneas o de tejidos adultos en continua renovación. Por otra parte, está reprimida en el tejido somático, limitándose así su capacidad de división. Sin embargo, en los procesos tumorales esta enzima se reactiva, permitiendo su proliferación y desarrollo.^{6, 10}

Los procariotas constan de un cromosoma circular, por lo que se podrá hacer una copia de   todos los nucleótidos, ya que como la cadena no se interrumpe en ningún momento, el RNA cebador que se generó al comienzo de la copia, podrá ser sustituido por DNA una vez que la copia alcance el final de la cadena.¹⁰

Se ha visto que la actividad telomerasa puede encontrarse en las fases G1, S y G2 a lo largo de un ciclo celular. A su vez, se da una represión cuando las células entran en G0 debido a⁶:

• Una falta de factores de crecimiento.
• Inhibición por contacto de la división celular.
• Inducción de la senescencia por reversión en una línea celular inmortalizada.
• Diferenciación.

Regulación

La telomerasa se regula por factores genéticos, epigenéticos y ambientales.¹¹

La regulación de la telomerasa se puede dar a través del factor TRF1, que actuaría como un supresor de la elongación telomérica. Su mecanismo de acción consiste en la unión al DNA telomérico de doble cadena, impidiendo la acción de la telomerasa. Dicho factor se encarga de establecer un feedback negativo que estabiliza la longitud telomérica en la interfase y la mitosis.¹²   Para que este proceso se lleve a cabo se ha descubierto que se necesita que TRF1 interactúe con TIN2.⁶

El cese de la actividad de la telomerasa en los tejidos embrionarios se puede dar a través de la represión del gen hTERT o a través de empalmes alternativos del transcrito hTERT, que daría lugar a proteínas sin acción transcriptasa inversa.¹³

Existen factores epigenéticos tales como metilación de islas CpG, metilación de histonas y acetilación, que son importantes para la transcripción de TERT.¹¹

Cáncer

El cáncer es un conjunto heterogéneo de trastornos que se caracterizan por la presencia de células que no responden a los controles normales de la división, lo que hace que estas células cancerosas se dividan rápidamente y de forma continua, generando tumores que privan de nutrientes a los tejidos sanos.²

Varios autores afirman que en las células somáticas humanas, el potencial de proliferación restringido permite unas 50-70 divisiones celulares, alcanzando después la senescencia.⁵ El concepto de senescencia celular engloba a todas las respuestas que genera una célula mitóticamente competente frente a estímulos capaces de inducir su malignización, es decir, generar un cambio neoplásico en ella. Por tanto, se produce la transformación morfológica y funcional de la célula a un fenotipo senescente y se permite una detención de su crecimiento. Esto hace pensar que la senescencia es un mecanismo de seguridad que surgió para evitar la tumorigénesis en células que posean riesgos neoplásicos (como acortamiento/ alteración telomérica, daños DNA, proteína RAS mutada).¹⁴

Respecto al acortamiento telomérico mencionado anteriormente, se ha visto que en hongos, los telómeros cortos posibilitan el daño al DNA, la liberación factores de transcripción y la remodelación de la heterocromatina.¹⁴

Otros estudios han visto que si la reducción telomérica supera un límite mínimo de longitud, se crean impedimentos para una correcta separación cromosómica en la mitosis, debido a la aparición de asociaciones teloméricas (tas). Esto provoca inestabilidad cromosómica, que podrá dar lugar a errores genéticos, importantes en procesos neoplásicos como amplificación génica y pérdida de heterocigosidad. Las células que vayan acumulando tas pueden acabar perdiendo regiones repetitivas ricas en guanina, favoreciendo así dichos mecanismos neoplásicos.⁶

Las tas consisten en la unión de los extremos de dos o más cromosomas, pero sin pérdida aparente de material genético. Pueden producirse en una cromátida o en ambas (simple o doble cromátida).⁶

Algunos autores proponen que la formación de tas estaría asociada a replicaciones defectuosas de los telómeros, traduciéndose en pérdidas de las secuencias teloméricas tras cada ciclo, aumentando así la probabilidad de producir fusiones cromosomales. Los mecanismos por los cuales esto ocurre apuntan al fallo de la enzima telomerasa, tal y como se ha visto en células de ratones.⁶

Las tas se han descrito tanto en tumores sólidos, como en neoplasias hematológicas. A su vez también se han encontrado en células infectadas por virus, células con fenotipo senescente y patologías genéticas como síndrome de Turner. Sin embargo, no se ha visto este fenómeno en células normales, ya que están protegidas de la unión entre cromosomas mediante sus telómeros.⁶

La mayor parte de los tumores malignos presentan la enzima telomerasa activa, lo que hace que las células adquieran la capacidad de proliferar de manera ilimitada. Sin embargo, esto no ocurre en los tumores benignos, que se caracterizan por la ausencia de la telomerasa.¹⁵

El promotor del gen de hTERT es rico en guanina y citosina y presenta numerosos sitios de unión para múltiples proteínas, por lo que su expresión está muy controlada. Por ejemplo, este gen presenta sitios para la unión de los dedos de zinc del factor de transcripción SP1 y para la unión de otras proteínas como USF1/2, MYC, MAX, MXD1 o el factor de transcripción TFII-I. Algunos factores que producen una estimulación de la expresión de hTERT son c-MYC, SP1 y los factores de transcripción ETS.¹⁶

Las mutaciones del gen hTERT se pueden producir en dos sitios de la secuencia en los que tienen lugar transiciones C-T, y ambas dan lugar a un mismo ácido nucleico de 11 pares de bases, que presenta una secuencia para la unión de los factores ETS. Aunque el papel de estos factores todavía no está muy claro, se sabe que la unión del ETS-2 al promotor de hTERT está asociada con la activación de la telomerasa mediada por el factor de crecimiento epidérmico (EGF) en el cáncer de pulmón.¹⁶ 

Por otro lado, también se cree hTERT podría tener otro papel en el cáncer, además de intervenir en el alargamiento de los telómeros. Se ha observado que el aumento de la expresión de TERT daba lugar a linfomas de linfocitos T en células del timo de ratones sin cambios significativos en la longitud de los telómeros. Asimismo, se ha visto que TERT se asocia indirectamente con genes como el de la IL-6, la IL-8 o el TNFα (factor de necrosis tumoral), los cuales intervienen en los procesos de inflamación y de progresión del cáncer.¹⁷

Por tanto, una de las mutaciones que se producen en muchos cánceres, como en glioblastomas, liposarcomas o melanomas primarios, es la mutación del promotor proximal del gen de TERT de la telomerasa. Sin embargo, no se conoce por qué la frecuencia de esta mutación es menor en otros cánceres bastante comunes, como el cáncer de pulmón, el cáncer de colon, el cáncer de ovario o el cáncer de próstata. Por tanto, se piensa que no es necesario que las células presenten telomerasa activa para que se desarrolle el cáncer, sino que solo se requiere algún mecanismo que mantenga la longitud de los telómeros.¹⁵ 

De hecho, en algunos cánceres en los que no se detecta la telomerasa existe un mecanismo alternativo de alargamiento de los telómeros, el cual recibe el nombre de ALT (alternative lengthening of telomeres). Además, los tumores telomerasa-positivos pueden pasar a tener el mecanismo ALT y, por tanto, convertirse en resistentes a los fármacos dirigidos frente a la telomerasa. Este mecanismo ALT se basa en copiar la secuencia telomérica mediante recombinación homóloga. Las células que lo presentan suelen tener una longitud de los telómeros muy variada y gran cantidad de ADN telomérico extracromosómico.¹⁸

El alargamiento alternativo de los telómeros se ha encontrado en osteosarcomas, tumores pancreáticos neuroendocrinos, tumores astrocíticos, leidomiosarcomas y sarcomas pleomórficos indiferenciados. Se cree que este mecanismo se activa cuando se producen mutaciones en las proteínas ATRX o DAXX y/o en la histona H3.3 o por fallos en su expresión, lo cual se ha observado en tumores del sistema nervioso central y en tumores pancreáticos neuroendocrinos.¹⁸ La histona H3.3 se incorpora a regiones teloméricas y sitios de transcripción y se asocia con cromatina activa, para lo cual requiere la presencia de ATRX y DAXX, lo que impide la recombinación telomérica. Si existe una mutación en una de estas proteínas, se alterará la incorporación de la H3.3 a la cromatina, lo que modificará la heterocromatina telomérica. Esto conducirá a una desestabilización de los telómeros y a un aumento de la recombinación homóloga en ellos, facilitándose así el mecanismo ALT. ^{18, 19, 20} Además, la mutación de los genes que dan lugar a ATRX o a DAXX puede aumentar la expresión del RNA TERRA, que se trata de un RNA no codificante que inhibe la actividad de la telomerasa. Este RNA TERRA también estimula la formación de un “loop R” en los telómeros, lo que induce ALT.¹⁷

Envejecimiento.

Uno de los procesos que contribuye al envejecimiento es el acortamiento de los telómeros.² Se propone que el DNA telomérico, que protege los extremos cromosómicos de la recombinación,  actuaría como un “reloj mitótico”, el cual induciría la salida del ciclo celular mediante la senescencia una vez que los telómeros se acorten.⁶

Para la comprensión del proceso del envejecimiento, se han llevado a cabo estudios en los que se han empleado ratones que no tenían un gen funcional de la telomerasa, por lo que en ellos no se expresaba esta enzima. Se observó que los telómeros de estos ratones se iban acortando progresivamente y, tras varias generaciones, los animales presentaban signos de envejecimiento prematuro (caída del pelo, aparición de canas o retraso en cicatrización de heridas).² 

Además, en el año 2012, científicos de Reino Unido realizaron una investigación sobre la longitud de los telómeros en pinzones y observaron que los pájaros que tenían telómeros más cortos eran menos longevos que los pájaros que tenían telómeros más largos.²

Otros estudios han revelado que la disfunción telomérica (relacionada con las proteínas de respuesta al daño del ADN) aumentan con la edad en preparaciones in vivo en la piel de primates y el hígado, tracto digestivo y pulmones de ratones.²¹ 

Por tanto, según estos resultados, podemos afirmar que hay cierta relación entre el envejecimiento y la longitud de los telómeros.

La longitud inicial de los telómeros puede variar entre distintos individuos. En mamíferos, la tasa de acortamiento de los telómeros es igual en todos los tejidos del mismo organismo (entre 50 y 200 nucleótidos por duplicación).^{6, 22}  

Los telómeros se van acortando progresivamente en cada ciclo celular y esto hace que llegue un momento en el que no se pueda unir el complejo de la shelterina, por lo que se desestabiliza el “loop T”. Esto provoca la exposición del extremo del cromosoma, el cual es reconocido por la maquinaria de reparación del DNA como una rotura de la doble cadena de DNA. De hecho, algunos estudios han demostrado que la eliminación del TRF2 del complejo de la shelterina provocaba el reclutamiento y la activación de proteínas como 53BP1, ATM o la histona H2AX, que están implicadas en la respuesta al daño del DNA. Además, se ha visto que esta respuesta al daño, se produce específicamente en la región telomérica cuando POT1 se separa del telómero. Por otro lado, dicha maquinaria reparativa del DNA también puede dar lugar a la activación de la proteína p53, que estimula la reparación del DNA, la detención del ciclo celular, la senescencia y la apoptosis.²¹

Se han hallado evidencias de que la senescencia puede estar relacionada con el envejecimiento a través de la acumulación de células con fenotipo senescente en los tejidos, ya que éstas pueden resistir más los estímulos apoptóticos. A su vez, dichas células expresan en mayor frecuencia algunas moléculas de secreción (metaloproteinasas de la matriz junto a otras enzimas capaces de degradar, factores de crecimiento, citocinas inflamatorias), las cuales pueden alterar el entorno local del tejido al que se vierten. La acumulación de dichas células y su hipersecreción provocan la destrucción de la integridad y la funcionalidad tisular.¹⁴

Debido a la perturbación tisular, se ha sugerido que las células senescentes puedan facilitar la expresión de fenotipos neoplásicos de otras células mutadas.¹⁴

La extensión telomérica ha sido diana de numerosos estudios. Se ha visto que esta longitud telomérica es muy variable entre individuos de la misma edad. Además, dicha longitud pasará a ser más heterogénea entre los diferentes tejidos en la vejez.¹¹

Otro dato de interés que se ha encontrado es que, aunque no haya diferencias de longitud telomérica entre los recién nacidos varones y mujeres afroamericanos y caucásicos, a medida que estas poblaciones pasan a edad adulta, los individuos afroamericanos conservan unos telómeros más extensos que los caucásicos. Además, generalmente los varones adultos tienen los telómeros más cortos que las mujeres adultas. Se piensa que la tasa de acortamiento telomérico es menor en la población femenina debido a la acción estimulante del estrógeno sobre la telomerasa, tal y como se ha comprobado in vitro.¹¹

La longitud de los telómeros estará determinada por factores genéticos y ambientales. Al poseer muchos residuos de G, los telómeros son más susceptibles al estrés oxidativo. Además, se ha comprobado que en células como las del endotelio, el estrés oxidativo disminuye en gran medida la actividad telomerasa. Por lo tanto, si se añaden antioxidantes, se enlentece el acortamiento telomérico al promover a la enzima telomerasa (comprobado en cultivos celulares).¹¹

De esto se deduce lo siguiente: si evitamos el estrés psicológico, se produce menos estrés oxidativo, y por lo tanto prolongamos más la actividad telomerasa, así como los telómeros. Estudios han demostrado que eventos adversos, maltrato infantil, enfermedades crónicas, también parecen ser la causa de unos telómeros más cortos de cara al futuro.¹¹

Existen datos sobre los hábitos de vida, que también están relacionados con la longitud telomérica¹¹:

• Los fumadores tienen más estrés oxidativo, por tanto, menor longitud telomérica.
• El deporte influye de manera positiva sobre dicha longitud.
• Personas que, debido a su dieta, presentaban niveles más bajos de ácido docosahexaenoico y ácido eicosapentaenoico, sufrían de un acortamiento telomérico más veloz.

Patologías relacionadas

Disqueratosis congénita/ Síndrome de  Zinsser-Engman-Cole

La disqueratosis congénita fue la primera patología en la que se identificaron mutaciones en la telomerasa humana. Dicha enfermedad cursa con: pigmentación anormal de la piel, distrofia de las uñas, y leucoplasia oral (placa blanca localizada en la mucosa oral que puede ser un factor de riesgo para el cáncer oral²³). Además hay otro síntomas como tales como retraso en el desarrollo, atrofia testicular, pérdida prematura del cabello e incapacidad funcional de algunos órganos (siendo la deficiencia de la médula ósea, la principal razón de mortalidad prematura).⁵

En esta patología se ha detectado la mutación del gen DKC1, situado en el cromosoma X, dando lugar a la disqueratosis congénita ligada al cromosoma X. La consecuencia de esto es una sustitución de aminoácidos en la posición 353 de Alanina por Valina, afectando a la disquerina. Dicha proteína es 1 de las 3 de las proteínas accesorias implicadas en la estabilidad y la acumulación de TER (RNA de la telomerasa humana). Debido a esto los niveles de TER están disminuidos, y por tanto, sus telómeros están más reducidos que sus respectivos controles normales.^24,25

Se crea inestabilidad cromosómica que afecta más a tejidos de rápida proliferación, tales como: médula ósea, piel y mucosa gastrointestinal.²⁴ 

Anemia aplásica

Es un síndrome hereditario que cursa en la disqueratosis congénita autosómica dominante.²⁶ 

Aparte de los síntomas descritos anteriormente de una disqueratosis congénita, la anemia aplásica produce un trastorno hematológico que viene dado por: la reducción de los eritrocitos, fallo de médula ósea, y patologías hepáticas y pulmonares.⁵

Este tipo de anemia es ocasionado por una mutación en el gen hTR que codifica para TER.^25,26 También se han visto mutaciones en TERT en la disqueratosis congénita autosómica dominante.²⁷

Fibrosis pulmonar idiopática

Es una patología crónica y progresiva que cursa con una fibrosis pulmonar irreversible.⁵ Desde el diagnóstico, los pacientes viven de promedio 3 años.²⁷

Las bases patológicas radican en la mutaciones de genes codificantes para TER y TERT.²⁷

Dicha patología también se asocia con la disqueratosis congénita.²⁷

Síndrome de Werner

El síndrome de Werner es producido por una mutación del gen WRN, que codifica para la helicasa Recq, que es necesaria para la replicación de los telómeros. Cuando esta enzima es defectuosa, los telómeros se acortan de forma prematura, lo que hace que aparezcan signos de envejecimiento en la adolescencia y primeras etapas de la adultez, como piel arrugada, encanecimiento, cataratas o atrofia muscular.²

En conclusión, las enfermedades mencionadas anteriormente poseen telómeros más cortos que los controles (sin patologías) con los que son comparados. 

Dianas farmacéuticas

Las posibles dianas farmacéuticas en situaciones de cáncer (supresión de telomerasa) y de envejecimiento (activación de la telomerasa), vendrían resumidas en la siguiente imagen²⁸:

La telomerasa es una buena diana terapéutica ya que está muy expresada en las células cancerígenas en comparación con el resto de las células (por ejemplo, las células somáticas tienen expresión casi nula o nula de la telomerasa) . Además, los procedimientos terapéuticos van encaminados a la subunidad catalítica TERT.²⁸

Algunas potenciales terapias son²⁸:

• Inhibidores de oligonucleótidos: son oligonucleótidos antisentido o ácidos nucleicos modificados químicamente. Actúan inhibiendo la telomerasa, concretamente sobre la subunidad TER o TERT, o sobre proteínas asociadas. El acortamiento telomérico produce apoptosis o senescencia. Un ejemplo bastante prometedor es el Imetestalt, cuya secuencia oligonucleotídica es complementaria a TER (hTR o TERC) de la telomerasa, inhibiendo dicha subunidad. Dicho compuesto ha sido testado con éxito en glioblastoma (tumor cerebral).²⁸

• Inhibidores de molécula pequeña: a partir de inhibidor natural epigalactocatequina-3-galato (EGCG). Por ejemplo, la rapamicina, inhibidor de mTOR, una proteína serín/treonín quinasa encargada de la localización de la subunidad TERT.²⁹

• Terapia génica dirigida a la telomerasa: dicha terapia se dirige al promotor de genes de la telomerasa de células cancerígenas. Se usan Adenovirus, que al usar el promotor de hTERT, son capaces de replicarse y matar a la célula cancerígena infectada.²⁸

• Fitoquímicos: moléculas naturales de plantas que tienen efecto inhibitorio de la telomerasa en algunos cánceres (alicina, curcumina, sibilina, etc…). El mecanismo de acción no se conoce del todo, pero se sugiere que afecta a TERT, ya sea en su expresión, actividad o disociación de la Hsp90 co-chaperona.²⁸

Otro fármaco de importante mención es la telomestatina, un potente inhibidor de la telomerasa extraído de Streptomyces anulatus.³⁰

Dicha molécula posee similitud estructural con el G-cuadruplexo. Su habilidad inhibitoria permite crear con mayor facilidad los G-cuadruplexos o estabilizarlos intramolecularmente, en caso de que ya estuvieran formados.³⁰

De este modo, la telomerasa no puede alargar el telómero porque no es capaz de desorganizar los G-cuadruplexos, y se produce senescencia de tipo Hayflick, que es el envejecimiento celular provocado por desgaste de telómeros.

Conclusión

Los telómeros y la telomerasa son unas estructuras moleculares muy importantes a la hora de comprender procesos naturales como el envejecimiento, y procesos patológicos como el cáncer.

La integridad de los cromosomas en sus extremos está mantenida por la telomerasa, y el acortamiento de dichas zonas produce senescencia, envejecimiento o cáncer.

En muchas ocasiones, el cáncer presentará aumentada la actividad telomerasa, por lo que dicha enzima es una diana terapéutica bastante prometedora a la hora de intentar erradicar patologías de origen tumoral. 

Hay que tener en cuenta que la telomerasa es un elemento destacado en todos los procedimientos relacionados con los telómeros, pero no hay que olvidar la interacción que ejercen otros factores conocidos y los que faltan por descubrir. 

De cara al futuro, la investigación en este campo permitirá una mejor comprensión global de los telómeros, con importantes repercusiones clínicas.

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