Kanonične in nekanonične funkcije​ nekodirajoče RNA-komponente (TERC)​ telomeraznega kompleksa

Uvod

Telomeraza je ribonukleoproteinska polimeraza (RNP), sestavljena iz dveh glavnih komponent. Prva je beljakovinska komponenta (TERT) in deluje kot reverzna transkriptaza, druga pa je RNA komponenta (TERC), ki služi kot matrica za podaljševanje telomer. TERT prebere matrico v smeri 3’–5’ in na konce telomer dodaja ponavljajoče se zaporedje 5’-TTAGGG-3’ v smeri 5’–3’. Za pravilno delovanje telomeraznega kompleksa je potrebna prisotnost številnih vezavnih proteinov [1].

Kanonične funkcije telomeraze

Aktivnost telomeraze je ključna za stabilnost kromosomov, preprečevanje celične senescence in ohranjanje genomske integritete. Medtem ko je njena aktivnost visoka v zarodnih, matičnih in rakavih celicah, se v večini somatskih celic po rojstvu močno zmanjša. Mehanizmi, ki uravnavajo izražanje in utišanje gena TERT, še niso povsem raziskani. Vendar pa je znano, da obstaja neposredna povezava med izražanjem TERT in telomerazno aktivnostjo, saj sta v večini somatskih celic TERC in večina vezavnih proteinov stalno prisotna [1]. Kanonična oziroma glavna funkcija telomeraze je podaljševanje telomer na koncih kromosomov. Njena prisotnost je nujna za stabilnost telomeraznega kompleksa in pravilno vezavo na telomere. Odsotnost TERC vodi do progresivnega krajšanja telomer, kar sproži porušenje heterokromatina, aktivacijo retrotranspozonov (npr. LINE1), spremembe v epigenetski regulaciji in s tem genomsko nestabilnost [1].

Germinalne mutacije v TERC

Germinalne mutacije v TERC so povezane s spektrom bolezni, znanih kot motnje biologije telomer. Te vključujejo diskeratozo kongenito (DC), aplastično anemijo, idiopatsko pljučno fibrozo in jetrne bolezni. Kanonični učinki mutacij so povezani z okvarjenim vzdrževanjem telomer, pri čemer pride do zmanjšane aktivnosti telomeraze in pospešenega krajšanja telomer, kar vodi v prezgodnjo celično senescenco [1].

Zaviralci telomeraze

Med terapevtskimi pristopi so izpostavljeni zaviralci telomeraze. Ključni primer je Imetelstat (sedaj preimenovan v Rytelo), ki je prvi klinično potrjen zaviralec telomeraze, ki se veže na TERC in prepreči njeno interakcijo s TERT. Leta 2024 ga je ameriška FDA odobrila za zdravljenje mielodispastičnega sindroma in anemij, odvisnih od transfuzije. Poleg Rytelo so razviti tudi drugi pristopi: majhne molekule (npr. BIBR1532), G-kvadrupleksne strukture, ki fizično blokirajo dostop telomeraze do telomer, ter molekule, ki ciljajo nekanonične funkcije telomeraze. Vendar pa so ti pristopi povezani z izzivi, kot so toksičnost za normalne celice z visoko delitveno aktivnostjo, razvoj odpornosti in povečana genomska nestabilnost [1].

TERRA

Poleg telomeraze ima pomembno vlogo TERRA, dolga nekodirajoča RNA sestavljena iz ponovitev zaporedja 5'-UUAGGG-3'. Sodeluje pri regulaciji dolžine telomer, ohranjanju heterokromatina ter odzivu celice na stres. TERRA deluje preko interakcij z encimi za modifikacijo histonov in sodeluje pri reorganizaciji kromatina. Ima tudi vlogo v nastanku R-zank. To so triverižne nukleinske strukture, sestavljene iz izpodrinjene enoverižne DNA in RNA-DNA hibrida. Tvorijo se med transkripcijo in predstavljajo ključno strukturo za vzdrževanje telomer. V primeru disregulacije pa lahko povzročijo genomsko nestabilnost in razvoj raka [1,2].

Nekanonične funkcije telomeraze

Nekanonične funkcije RNA komponente telomeraze, TERC, imajo pomembno vlogo v različnih celičnih procesih, kot so regulacija transkripcije, zaščita pred celičnim stresom in sodelovanje v vnetnih odzivih. Poleg klasične vloge pri ohranjanju dolžine telomer lahko TERC deluje tudi kot regulator izražanja genov in mediator v signalnih poteh, povezanih z delovanjem imunskega sistema. Integracija tudi te, nestandardne strani delovanja TERC v širšo sliko razumevanja kompleksnosti RNA molekul in njihovem vplivu na celično homeostazo je pomembna tudi pri nekanoničnih vplivih mutacij v TERC. Te namreč presegajo zgolj krajšanje telomer, saj lahko med drugim vplivajo na transkripcijo genov preko interakcij s kromatin-preoblikovalnimi kompleksi, motijo mitohondrijsko homeostazo ter sooblikujejo različne klinične fenotipe pri s telomeri povezanih bolezenskih stanjih[1].

TERC in celična senescenca

Nekanonične funkcije TERC imajo pomembno vlogo v regulaciji celične senescence in imunskega odziva, neodvisno od klasične funkcije podaljševanja telomer. Celična senescenca predstavlja stanje ireverzibilne zaustavitve celičnega cikla, ki vodi v staranje celic in izgubo njihovih proliferativnih sposobnosti. Ločimo replikativno senescenco, ki jo določa Hayflickova meja in prezgodnjo senescenco, ki jo sprožajo različni stresorji. V obeh primerih imajo osrednjo vlogo s telomeri povezani šelterin proteini, ki sodelujejo pri zaščiti telomernih koncev in regulaciji telomerazne aktivnosti[1].

Replikativna senescenca

Pri replikativni senescenci dolžina telomer določa zmožnost šelterin proteinov, da zaščitijo 3’ konce kromosomov in s tem rešujejo “problem vodilne verige”. Ko se namreč telomere preveč skrajšajo, se šelterin kompleks ne more več tvoriti, zato se aktivirajo mehanizmi odgovora na poškodbe DNA (angl. DNA damage response, DDR). Aktivirajo se ATM in ATR kinaze, kar vodi do aktivacije p53 in posledično senescence. V rakavih celicah se ta mehanizem pogosto obide s ponovno aktivacijo telomeraze ali alternativnimi mehanizmi podaljševanja telomer (ALT), ki temeljijo na homologni rekombinaciji[1].

Prezgodnja senescenca

Po drugi strani prezgodnja senescenca izhaja iz poškodb telomerov, ki niso nujno povezane z njihovim krajšanjem, ampak se s staranjem celic v njih kopičijo. Oksidativni stres, na primer, vodi do poškodb baz na DNA, kot je 8-oksogvanin, ki prav tako aktivira DDR. Popravljanje dvojnih prelomov regulirajo šelterin proteini, predvsem TRF2, RAP1 in TIN2, preko dveh poti: NHEJ (nehomologno združevanje koncev) in HDR (angl. homology directed repair). Aktivacija fosfataze PPM1D (angl. protein phosphatase magnesium-dependent 1 delta), ki negativno regulira od p53 odvisne poti odziva na stres, na primer povzroči močnejše interakcija TRF2 s TIN2 in spodbuja popravljalni mehanizem NHEJ. Popravljalne mehanizme telomer s HDR pa med drugim posredno aktivirata TRF2 in TERRA s formacijo R-zank[1].

Nekanonično delovanje TERC

Nekanonične funkcije TERC se kažejo predvsem v vplivu na s senescenco povezane poti in TPE (angl. telomere position effect). Slednji vključuje interakcije telomerov s promotorji na oddaljenih regijah DNA, kjer preko TRF2 regulirajo izražanje tarčnih genov, tudi gena za proteinsko komponento telomeraze, TERT. S senescenco povezane poti pa regulirajo proteini telomeraznega kompleksa: TERC in hTERT (angl. human TERT) se na primer vežeta na transkripcijski faktor NF-κB, ki regulira prirojene in pridobljene odgovore imunskega sistema na vnetna stanja v celici[3]. Takšna aktivacija NF-κB poveča ekspresijo od NF-κB odvisnih genov, kar potrjuje regulatorno vlogo TERC v imunskih odzivih. Antiapoptotska funkcija TERC, še ena izmed njenih nekanoničnih vlog, temelji na regulaciji intrinzične apoptotske poti. V stresnih pogojih kot je prisotnost deksametazona namreč preprečuje apoptozo CD4+ T celic, ob njeni odsotnosti pa se aktivirajo proapoptotski proteini (npr. Bim), ki sprožijo kaskado kaspaz, kar vodi v celično smrt. Po drugi strani lahko TERC z vezavo na promotorje genov preko tripleksnih RNA-DNA struktur spodbuja tudi izražanje vnetnih citokinov (IL-6, IL-8, TNF-α), kar je povezano s kroničnimi vnetnimi boleznimi, kot sta multipla skleroza in diabetes tipa II[1].

Telomeraza in rak

V večini somatskih celic je aktivnost telomeraze nizka, medtem ko je v rakavih celicah izrazito povišana [1]. Aktivna telomeraza preprečuje senescenco in apoptozo, kar pomembno prispeva k tumorigenezi [1]. Poleg kanonične vloge pri ohranjanju telomerov pa imata njeni ključni komponenti – TERT in TERC – tudi številne nekanonične funkcije, ki dodatno podpirajo razvoj in preživetje tumorjev [1].

TERT in rak

Povišana koncentracija TERT se pogosto pojavi že v zgodnjih stopnjah celične transformacije, na primer pri okužbi s HPV, kjer virusna onkoproteina E6 in E7 spodbujata transkripcijo TERT, kar vodi v povečano telomerazno aktivnost [1]. TERT pa ne vpliva zgolj na telomere, ampak uravnava tudi ekspresijo številnih genov in virusnih promotorjev, ter je vključen v signalni poti wnt/β-catenin in NF-κB, s čimer dodatno prispeva k rasti tumorjev [1,4].

TERC in rak

Tudi TERC ima pomembne regulatorne funkcije [1]. Poleg tega, da je ključna komponenta telomeraznega kompleksa, sodeluje v signalnih poteh, kot je PI3K-AKT, s katero je vključen v pozitivno povratno zanko, in prispeva k aktivaciji onkogenov [1]. TERC tako spodbuja celično proliferacijo, znižuje izražanje zaviralcev celičnega cikla (npr. FOXO1) in sodeluje v mitohondrijskem signaliziranju, ki vpliva na preživetje celic[1,4]. Zanimivo je, da zmanjšuje stabilnost PD-L1 mRNA, kar oslabi imunsko evazijo rakavih celic [1]. Dokazana je bila tudi funcionalna podobnost med TERC in vTR (virusno telomerazno RNA), saj se ob zamenjavi vTR s TERC, rak ponovno pojavi [1].

Ostale proteinske komponente in rak

Tudi drugi proteini, ki so del telomeraznega kompleksa, kot so DKC1, TCAB1, NHP2 in NOP2, imajo vlogo v interakcijah z virusi [1]. Na primer, DKC1 sodeluje z Epstein-Barr virusom (EBV) pri njegovi replikaciji, NHP2 in TCAB1 vplivata na odziv okuženih celic na hepatitis B in EBV, medtem ko NOP2 omogoča latentno okužbo HIV ali podpira izražanje HBV [1]. TRF2, ki je del šelterin kompleksa in ne telomeraznega, omogoča integracijo ali replikacijo več virusov, vključno s HCV in SARS-CoV-2 [1].

Inhibicija telomeraz v boju proti raku

Zaradi pomembne vloge telomeraz v raku so njihove komponente postale privlačna tarča terapij [1]. Zdravilo 6-thio-dG (THIO), analog nukleotida, se vgrajuje v telomerno DNA in inducira telomerne poškodbe ter s tem selektivno uničuje telomerazno pozitivne celice [1]. Poleg tega lahko premaga odpornost na zdravila in okrepi učinek imunske terapije [1]. GRN163L (Imetelstat) zavira TERC neposredno v katalitičnem mestu in je pokazal učinkovitost pri zdravljenju mielodisplastičnih sindromov in levkemij [1]. BIBR1532 pa je nekonkurenčni zaviralec TERT, ki zavira encimsko aktivnost in proliferacijo rakavih celic [1].

Stabilizatorji G-kvadrupleksov v boju proti raku

Poseben terapevtski pristop predstavljajo tudi ligandi, ki stabilizirajo G-kvadrupleks strukture v telomerni DNA [1]. Spojine, kot so TMPyP4, BRACO-19, RHPS4 in telomestatin, inducirajo kvadrupleksno konformacijo, ki zavira dostop telomeraze do telomerov [1]. TMPyP4 npr. zavira transkripcijo TERT, RHPS4 pa inhibira proliferacijo glioblastomskih matičnih celic tudi neodvisno od telomerne disfunkcije [1]. Vendar je uporaba teh ligandov povezana s tveganji, saj se G-kvadrupleksi lahko tvorijo tudi v regijah, bogatih z G-bazami, vključno z onkogenskimi promotorji, kar pozitivno regulira izražanje onkogenov [1].

Zaključek

Zaradi povezanosti kanoničnih in nekanoničnih funkcij telomeraz z rakom ter njihove selektivne prisotnosti v tumorskih celicah predstavljajo te komponente izjemen potencial za razvoj ciljno usmerjenih terapij, ki bi učinkovito zatrle rast tumorjev, zmanjšale odpornost na zdravila in spodbudile imunski odziv, ob tem pa čim manj vplivale na zdrava tkiva. TERC, TERT in TERRA so zaradi povezav z rakom, staranjem in drugimi boleznimi postali pomembne tarče za razvoj terapevtskih strategij. Razumevanje njihovih funkcij, mutacij in interakcij je ključno za prihodnje napredke v medicini.

Viri

[1] C. Cao, W. Gong, Y. Shuai, S. Rasouli, Q. Ge, A. Khan, A. Dakic, N. Putluri, G. Shvets, Y. Zheng, D. Daneshdoust, R. Mahyoob, J. Li, X. Liu: Canonical and non-canonical functions of the non-coding RNA component (TERC) of telomerase complex. Cell & Bioscience. 2025, 15, 30. DOI: 10.1186/s13578-025-01367-0

[2] Caiqin Wang, Li Zhao, Shiming Lu: Role of TERRA in the Regulation of Telomere Length. IJBS, 2015, 11, 2-6. DOI: 10.7150/ijbs.10528

[3] Liu, T., Zhang, L., Joo, D. et al.: NF-κB signaling in inflammation. Nature. 2017. DOI: 10.1038/sigtrans.2017.23

[4] J. Zhou, D. Ding, M. Wang, Y. Cong: Telomerase reverse transcriptase in the regulation of gene expression. BMP rep. 2014, 47, 8–14. DOI: 10.5483/BMBRep.2014.47.1.284