2. Kenmerk van veroudering: Telomeerafbraak

Misschien heb je in de biologie les wel eens van telomeren gehoord? Ze zijn als de beschermkapjes van veters en helpen het DNA zijn vorm te behouden. Het interessante is dat deze beschermkapjes voortdurend worden afgebroken en weer opgebouwd. Voor de ontdekking van dit mechanisme heeft de Australische onderzoekster Elisabeth Blackburn de Nobelprijs ontvangen en de telomeerverlies is opgenomen in het repertoire van de 12 moleculaire mechanismen die we Hallmarks of Aging noemen.

Als eerste kenmerk hebben we al de genomische instabiliteit leren kennen. Deze accumulatie van DNA-schade met de leeftijd lijkt onze erfelijke informatie bijna willekeurig te beïnvloeden. Afhankelijk van waar beschadigingen optreden, ontstaan er verschillende toestandsbeelden.

Wat hebben telomeren nu met veroudering te maken? Een heleboel, zo blijkt, en we laten je hier de details zien.Maar laten we je eerst kort meenemen naar de biologieles en de basisprincipes uitleggen.

Wat is een telomeer?

In bijna elke cel van ons lichaam bevindt zich in de celkern het DNA (in het Nederlands: DNS). DeoxyriboNukleinSäure, zoals het voluit heet, wordt sterk vereenvoudigd als een boek beschouwd, waarin de erfelijke informatie is opgeschreven. Eén boek is echter niet genoeg voor deze analogie – ons DNA is eerder een hele bibliotheek. Deze bibliotheek omvat bij gezonde mensen 23 boeken – de zogenaamde chromosomen.

Telomeerverlies – het beste komt op het laatst

Het laatste hoofdstuk van deze boeken is bijzonder en wordt een telomeer genoemd. Hier is geen informatie voor eiwitten meer gecodeerd of opgeslagen, maar de telomeren fungeren als afbraakbescherming voor het DNA. Elke keer wanneer het DNA tijdens celdeling wordt verdubbeld, verkorten de telomeren. De reden hiervoor is zeer complex en zou op dit moment de grenzen overschrijden. Belangrijk is alleen dat de verkorting van de telomeren een normaal fysiologisch proces is dat bij alle mensen in de meeste cellen voorkomt.

In de loop van de tijd gebeurt het volgende: Vanaf een bepaald aantal DNA-verdubbelingen is er een drempel bereikt en zijn de telomeren uitgeput. Deze omstandigheid leidt tot het stilvallen van de cellulaire functie, evenals tot onvermogen om te delen. Leonard Hayflick heeft deze drempel ontdekt en sindsdien draagt deze de naam „Hayflick-limiet“.

De uitputting van de telomeren verklaart dus de beperkte delingscapaciteit van cellen en daarmee ook gedeeltelijk het beperkte regeneratiepotentieel van weefsels. In Hayflicks experiment heeft een gemiddelde menselijke cel overigens ongeveer 52 keer gedeeld.

Wist je? De magnesiumstofwisseling speelt een belangrijke rol voor de telomeren. Magnesium wordt op veel plaatsen in ons lichaam nodig, maar is vooral betrokken bij de energieproductie en het elektronenevenwicht. Beide hebben we nodig om gezonde telomeren te behouden. Supplementatie van magnesium heeft aantoonbaar de telomeerlengte bij mensen verlengd. In ruil daarvoor hebben andere publicaties aangetoond dat lage magnesiumspiegels in combinatie met hoge homocysteïnespiegels zorgen voor kortere telomeren.

Telomerase als sleutel tot onsterfelijkheid?

Wat is er echter met de overige cellen die niet door deze telomeerverkorting worden beïnvloed? Welnu, deze bevatten een enzym genaamd Telomerase, dat de telomeren weer kan verlengen.Dit enzym geeft een cel praktisch onsterfelijkheid. Aha! Dan moeten onderzoekers het dus alleen nog maar voor elkaar krijgen om in elke cel deze telomerase in te sluizen? Zoals altijd in de wetenschap is het dan toch niet zo simpel, uiteindelijk heeft de natuur er iets achter gedacht om niet alle cellen hiermee uit te rusten.

Laten we terugdenken aan het eerste kenmerk – de genomische instabiliteit. Ononderbroken valt er een motregen van externe en interne invloeden op onze erfelijke informatie en bedreigt daarmee de integriteit van het DNA. Als gevolg hiervan ontstaan er elke seconde overal in ons lichaam mutaties en DNA-veranderingen, die weliswaar grotendeels, maar niet volledig door het zeer uitgebreide reparatiesysteem kunnen worden hersteld.

Als nu cellen met ongerepareerde genetische mutaties het enzym telomerase zouden bezitten, dan zou de veranderde cel vrolijk verder kunnen delen.Het resultaat is een steeds grotere stapel volledig ontaarde cellen, beter bekend als kanker – dus zeker een dubbelzijdig zwaard.

Stamcellen – de koninklijke klasse onder de cellen

Tot de telomerase-privilegeerde cellen behoren bijvoorbeeld stamcellen of beenmergcellen, die meestal op beschermde plaatsen in het lichaam liggen. Bovendien worden ze door verschillende eigenschappen en mechanismen zo goed mogelijk beschermd tegen schadelijke invloeden op hun DNA – veel beter dan het merendeel van de andere cellen. Dienovereenkomstig is het risico op ontaarding aanzienlijk verlaagd.

Wist je? De ontdekster van telomerase, Elisabeth Blackburn, houdt zich tot op de dag van vandaag bezig met het onderwerp. Een van haar grotere werken onderzocht de relatie tussen chronische stress en de telomeerlengte. Hier kon ze laten zien dat chronisch gestreste mensen (in haar geval moeders die voor chronisch zieke kinderen zorgen), kortere telomeren vertoonden en de activiteit van de telomerase lager was dan in de vergelijkingsgroepen.

DNA-reparatie – goed bedoeld, slecht uitgevoerd

Om een andere factor of beter gezegd, om een ander eiwit moet ons begrip van telomeren nu verder worden uitgebreid. We weten al dat DNA geen doorlopend draad is, maar in chromosomen is verdeeld, waarvan de telomeren zich aan het einde bevinden. Telomeren zijn dus, als je het zo bekijkt, DNA-breuken – plaatsen waar het DNA eindigt.

Bekend is dat ons reparatiesysteem dit meestal onmiddellijk herkent in zijn streven om geen losse DNA-einden toe te laten en het herstelt. Goed bedoeld, maar in het geval van de telomeren slecht uitgevoerd.De genoemde reparatie mag bij telomeren onder geen beding plaatsvinden, omdat zo mogelijk twee chromosomen met elkaar verbonden kunnen worden.

Als dit gebeurt en de cel later wil delen, dan leidt dit tot schadelijke "chromosoombreuken" - het erfgoed wordt ongelijk verdeeld over de dochtercellen. Zowel te veel als te weinig erfelijke informatie belemmert dan de cel functie.

Shelterin - bedriegt de naam?

Zoals zo vaak is de natuur aanwezig, want wij mensen en ook enkele andere organismen bezitten shelterin. Shelterin is een complex van zes eiwitten dat aan telomeren bindt en ze beschermt tegen het reparatiesysteem (Engels: "shelter"). Daarmee is het grote probleem van chromosoombreuken en de dreigende degeneratie van cellen - functionerend shelterin vooropgesteld - voorlopig opgelost.

Nu zijn telomeren echter niet immuun voor DNA-schade, zoals we hebben geleerd in het kader van genomische instabiliteit. Aangezien telomeren door Shelterin onzichtbaar zijn voor de DNA-mechanismen, kunnen ook daadwerkelijke DNA-schaden niet worden gerepareerd. Dat klinkt in eerste instantie niet goed, aangezien de genoemde omstandigheid leidt tot steeds meer schade die in de loop van de tijd kan bijdragen aan senescentie (tussenstaat, een soort "zombiecellen") of celdood.

DNA-schade in het gebied van de telomeren is echter niet buitengewoon erg, aangezien het een niet-coderende regio betreft, wat betekent dat er geen informatie voor de opbouw van eiwitten wordt afgelezen.

Korte telomeren en ziekten

Shelterin beschermt ons dus tegen het grotere kwaad. Het verlies van enkele cellen is een kleiner probleem dan dat van ontaarde cellen en chromosoombreuken.Ontbreekt Shelterin of delen daarvan, dan is er een snelle afname van de regeneratiecapaciteit en een versnelde veroudering vastgesteld – een fenomeen dat ook optreedt wanneer telomeren eigenlijk een normale lengte hebben.

Naast een tekort aan Shelterin leidt ook een tekort aan telomerase tot een voortijdige ontwikkeling van ziekten. Specifiek wordt bedoeld longverharding (vakterm: longfibrose), bloedarmoede met vermindering van alle bloedcellen (vakterm: aplastische anemie) en een zeldzame huidaandoening genaamd dyskeratosis congenita.

Alle drie de ziekten hebben het verlies van de regeneratiecapaciteit van verschillende weefsels tot gevolg. Bovendien kon in samengevoegde studies een verband tussen korte telomeren en sterfterisico worden aangetoond, specifiek op jonge leeftijd.

Kunnen we telomeerverlies stoppen?

In muizenexperimenten zijn al eerste successen behaald met betrekking tot telomeertherapieën. Zo werd de telomerase bij voortijdig verouderde muizen met een telomerase-tekort succesvol genetisch geheractiveerd. Een ander experiment toonde een vertraging van de normale veroudering aan, zonder een toename van kankerincidentie, door farmacologische activatie.

De komende jaren en decennia zullen laten zien of onze toekomst op het gebied van telomeeronderzoek net zo rooskleurig is als die van de muizen. In de tussentijd kunnen we alvast een blik werpen op wat zeker bij mensen werkt. Hoe kunnen we onze telomeren verlengen?

Wist je? Omega-3 vetzuren zijn een belangrijk onderdeel van een gezond dieet. Ze komen in de natuur voornamelijk in drie vormen voor, afgekort ALA, DHA en EPA. Wetenschappers hebben 6 jaar lang gekeken of er een verband is tussen de Omega-3 index en de telomeren. En inderdaad. Patiënten die weinig DHA en EPA binnenkregen (en consequent een lage Omega-3 index hadden), vertoonden een veel snellere telomeerverlies .

Hoogwaardige Omega-3 capsules uit de Peruaanse wilde vangst - vrij van pesticiden en zware metalen.

Plantaardige voeding verlengt de telomeren

De publicaties over telomeeronderzoek zijn deels verwarrend en tegenstrijdig. Dit komt ook door hoe de studies zijn opgezet en welke telomeren worden gemeten.De eenvoudigste manier is om de telomeerlengte van leukocyten (witte bloedcellen) te meten. Maar dit hoeft niet altijd de beste meetmethode te zijn.

Om de invloed van voeding te begrijpen, moeten we naar het geheel kijken. In het kader van de genomische instabiliteit hebben we al gezien dat onze DNA voortdurend wordt blootgesteld aan oxidatieve stress. Een beetje daarvan is voordelig, te veel lijkt het verouderingsproces te versnellen. Een plantaardig dieet, rijk aan secundaire plantenstoffen lijkt deze balans te bevorderen en draagt daardoor indirect ook bij aan langere telomeren.

Sirtuinen en telomeren – twee partners voor de levensduur

Als je de moleculaire verbanden tussen telomeren en secundaire plantenstoffen nader bekijkt, kom je de sirtuinen. Sirtuinen worden ook wel beschreven als genen voor levensduur, omdat vooral Sirt-1 en Sirt-6 in verband worden gebracht met een betere gezondheid.

De Sirtuinen kunnen bijzonder effectief worden geactiveerd door vasten maar ook enkele secundaire plantaardige stoffen zoals resveratrol zijn krachtige Sirt-activatoren. Hoge Sirtuin-niveaus helpen ons de DNA te beschermen tegen schade , ondersteunen de telomeren en hebben invloed op de epigenetica.