پیوندهای مفید
اخبار و اعلانات
آمار
| تعداد نشریات | 49 |
| تعداد شماره‌ها | 1,332 |
| تعداد مقالات | 11,488 |
| تعداد مشاهده مقاله | 24,853,844 |
| تعداد دریافت فایل اصل مقاله | 16,627,247 |
کوتاه‌شدن تلومرها به‌عنوان یک ساعت زیستی: مدل‌سازی محاسباتی در پیری سلولی | ||
| فصلنامه علمی زیست شناسی جانوری تجربی | ||
| دوره 14، شماره 3 - شماره پیاپی 55، اسفند 1404، صفحه 21-36 اصل مقاله (1.13 M) | ||
| نوع مقاله: مقاله پژوهشی | ||
| شناسه دیجیتال (DOI): 10.30473/eab.2026.76939.2026 | ||
| نویسندگان | ||
| شهریار سعیدیان* 1؛ منا مطهری نیا2؛ منا خرمی راد1 | ||
| 1گروه بیوشیمی، دانشگاه پیام نور، تهران، ایران | ||
| 2گروه زیست‌شناسی، دانشگاه خوارزمی، تهران، ایران | ||
| چکیده | ||
| تلومرها، در انتهای کروموزوم‌ها، نقش محوری در حفظ پایداری ژنومی و تنظیم فرایند پیری سلولی ایفا می‌کنند. کوتاه‌شدن تلومرها تحت تأثیر عوامل متعددی از جمله نرخ تکثیر سلولی، استرس اکسیداتیو و فعالیت آنزیم تلومراز قرار دارد. در این پژوهش، با بهره‌گیری از مدل‌سازی محاسباتی، دینامیک کوتاه‌شدن تلومرها در سلول‌های سوماتیک، تأثیر نرخ تکثیر سلولی، استرس اکسیداتیو و فعالیت تلومراز بر پیری سلولی تحلیل گردید. مدل ارائه‌شده توانست الگوهای کلی مشاهده‌شده در دینامیک کوتاه‌شدن تلومر را بازنمایی کند و با حد هایفلیک تجربی هم‌خوانی نشان داد. تحلیل حساسیت، تأثیر مستقیم طول اولیه تلومر بر ظرفیت تکثیری را نشان داد. تحلیل مدل نشان داد که شاخص فرسودگی تلومری (tcrit) در شرایط مختلف زیستی به‌طور معنی‌داری تغییر می‌کند. در سلول‌های سوماتیک با نرخ تکثیر پایین، مقدار tcrit حدود ۱۹۲، در بافت‌های پرتکثیر مانند پوست حدود ۵۰ و در بافت‌های کم‌تکثیر مانند قلب حدود ۵۰۰ برآورد شد. این مقادیر به‌عنوان شاخص نسبی مصرف ظرفیت تکثیری وابسته به تلومر در چارچوب مدل تفسیر می‌شوند و معادل مستقیم طول عمر یک سلول منفرد یا طول عمر ارگانیسم نیستند. در سلول‌های سوماتیک فاقد فعالیت تلومراز، استرس اکسیداتیو نرخ کوتاه‌شدن تلومر را تا ۱۵ درصد افزایش داد و مقدارtcrit را به حدود ۱۸۰ کاهش داد. در مقابل، در سلول‌های بنیادی مقدار tcrit به حدود ۳۰۰ افزایش پیدا کرد که نشان‌دهنده نقش محافظتی تلومراز در حفظ ظرفیت تکثیری سلول‌ها است. نتایج این مطالعه تأیید می‌کند که کوتاه‌شدن تلومرها به‌عنوان یک ساعت زیستی مولکولی، نقش کلیدی در پیری سلولی دارد و با داده‌های تجربی هم‌راستاست. | ||
| کلیدواژه‌ها | ||
| تلومر؛ پیری سلولی؛ مدل سازی محاسباتی؛ تلومراز؛ استرس اکسیداتیو | ||
| عنوان مقاله [English] | ||
| Telomere Shortening as a Biological Clock: Computational Modeling in Cellular Aging | ||
| نویسندگان [English] | ||
| Shahriar Saeidian1؛ Mona Motaharinia2؛ Mona Khoramirad1 | ||
| 1Department of Biochemistry, Payame Noor University, Tehran, Iran | ||
| 2. Department of Biology, Kharazmi University, Tehran, Iran | ||
| چکیده [English] | ||
| Telomeres, located at the ends of chromosomes, play a central role in maintaining genomic stability and regulating cellular aging. Telomere shortening is influenced by multiple factors, including cellular proliferation rate, oxidative stress, and telomerase activity. In this study, computational modeling was employed to analyze telomere shortening dynamics in somatic cells and to investigate the effects of proliferation rate, oxidative stress, and telomerase activity on cellular aging. The proposed model successfully reproduced the general patterns observed in telomere shortening dynamics and showed agreement with the experimentally observed Hayflick limit. Sensitivity analysis indicated a strong effect of initial telomere length on replicative capacity. Model results demonstrated that the telomeric exhaustion index (tcrit) varies significantly across biological conditions. In somatic cells with low proliferation rates, tcrit was estimated at approximately 192, whereas in high-turnover tissues such as skin it was approximately 50, and in low-turnover tissues such as the heart it reached approximately 500. These values are interpreted as relative indicators of telomere-dependent replicative capacity consumption within the model framework and do not directly correspond to the lifespan of a single cell or the organism. In telomerase-deficient somatic cells, oxidative stress increased the telomere shortening rate by up to 15%, reducing tcrit to approximately 180. In contrast, in stem cells, tcrit increased to approximately 300, highlighting the protective role of telomerase in maintaining cellular replicative capacity. Overall, the findings support the concept that telomere shortening functions as a molecular biological clock in cellular aging and are consistent with experimental observations. | ||
| کلیدواژه‌ها [English] | ||
| Telomere, Cellular Senescence, Computational Modeling, Telomerase, Oxidative Stress | ||
| مراجع | ||
|
Ait-Aissa, K., Ebben, J. D., Kadlec, A. O., & Beyer, A. M. (2016). Friend or foe? Telomerase as a pharmacological target in cancer and cardiovascular disease. Pharmacological Research, 111, 422–433.https://doi.org/10.1016/j.phrs.2016.07.003
Allsopp, R. C., Vaziri, H., Patterson, C., Goldstein, S., Younglai, E. V., Futcher, A. B., Greider, C. W., & Harley, C. B. (1992). Telomere length predicts replicative capacity of human fibroblasts. Proceedings of the National Academy of Sciences, 89(21), 10114–10118. https://doi.org/10.1073/pnas.89.21.10114
Boccardi, V., & Marano, L. (2024). Aging, cancer, and inflammation: The telomerase connection. International Journal of Molecular Sciences, 25(15), 8542. https://doi.org/10.3390/ijms25158542
Carneiro, M. C., Henriques, C. M., Nabais, J., Ferreira, T., Carvalho, T., & Ferreira, M. G. (2016). Short telomeres in key tissues initiate local and systemic aging in zebrafish. PLoS Genetics, 12(1), e1005798. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1005798
Decker, M. L., Chavez, E., Vulto, I., & Lansdorp, P. M. (2009). Telomere length in Hutchinson-Gilford progeria syndrome. Mechanisms of Ageing and Development, 130(6), 377–383. https://doi.org/10.1016/j.mad.2009.03.001
Epel, E. S., Blackburn, E. H., Lin, J., Dhabhar, F. S., Adler, N. E., Morrow, J. D., & Cawthon, R. M. (2004). Accelerated telomere shortening in response to life stress. Proceedings of the National Academy of Sciences, 101(49), 17312–17315. https://doi.org/10.1073/pnas.0407162101
Eppard, M., Passos, J. F., & Victorelli, S. (2024). Telomeres, cellular senescence, and aging: Past and future. Biogerontology, 25(2), 329–339. https://doi.org/10.1007/s10522-023-10085-4
Greider, C. W., & Blackburn, E. H. (1985). Identification of a specific telomere terminal transferase activity in Tetrahymena extracts. Cell, 43(2–3), 405–413. https://doi.org/10.1016/0092-8674(85)90170-9
Harley, C. B., Futcher, A. B., & Greider, C. W. (1990). Telomeres shorten during ageing of human fibroblasts. Nature, 345(6274), 458–460. https://doi.org/10.1038/345458a0
Hemann, M. T., Strong, M. A., Hao, L. Y., & Greider, C. W. (2001). The shortest telomere, not average telomere length, is critical for cell viability and chromosome stability. Cell, 107(1), 67–77. https://doi.org/10.1016/S0092-8674(01)00504-9
Herrmann, W., & Herrmann, M. (2020). The importance of telomere shortening for atherosclerosis and mortality. Journal of Cardiovascular Development and Disease, 7(3), 29. https://doi.org/10.3390/jcdd7030029
Leão, R., Apolónio, J. D., Lee, D., Figueiredo, A., Tabori, U., & Castelo-Branco, P. (2018). Mechanisms of human telomerase reverse transcriptase (hTERT) regulation: Clinical impacts in cancer. Journal of Biomedical Science, 25(1), 22. https://doi.org/10.1186/s12929-018-0422-8
Lee, J., & Pellegrini, M. V. (2022). Biochemistry, telomere and telomerase. In StatPearls. StatPearls Publishing. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK576429/
Lin, J., & Epel, E. (2022). Stress and telomere shortening: Insights from cellular mechanisms. Ageing Research Reviews, 73, 101507. https://doi.org/10.1016/j.arr.2021.101507
Lupatov, A. Y., & Yarygin, K. N. (2022). Telomeres and telomerase in the control of stem cells. Biomedicines, 10(10), 2335. https://doi.org/10.3390/biomedicines10102335
Martin, H., Doumic, M., Teixeira, M. T., & Xu, Z. (2021). Telomere shortening causes distinct cell division regimes during replicative senescence in Saccharomyces cerevisiae. Cell & Bioscience, 11(1), 180. https://doi.org/10.1186/s13578-021-00693-3
O'Sullivan, R. J., & Karlseder, J. (2010). Telomeres: Protecting chromosomes against genome instability. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 11(3), 171–181. https://doi.org/10.1038/nrm2848
Razgonova, M. P., Zakharenko, A. M., Golokhvast, K. S., Thanasoula, M., Sarandi, E., Nikolouzakis, K., Fragkiadaki, P., Tsoukalas, D., Spandidos, D. A., & Tsatsakis, A. (2020). Telomerase and telomeres in aging theory and chronographic aging theory (Review). Molecular Medicine Reports, 22(3), 1679–1694. https://doi.org/10.3892/mmr.2020.11274
Rodriguez-Brenes, I. A., & Peskin, C. S. (2010). Quantitative theory of telomere length regulation and cellular senescence. Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 107(12), 5387–5392. https://doi.org/10.1073/pnas.0914502107
Shay, J. W., & Wright, W. E. (2000). Hayflick, his limit, and cellular ageing. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 1(1), 72–76. https://doi.org/10.1038/35036093
Sohal, R. S., & Weindruch, R. (1996). Oxidative stress, caloric restriction, and aging. Science, 273(5271), 59–63. https://doi.org/10.1126/science.273.5271.59
Srinivas, N., Rachakonda, S., & Kumar, R. (2020). Telomeres and telomere length: A general overview. Cancers, 12(3), 558. https://doi.org/10.3390/cancers12030558
Tufail, M., Huang, Y. Q., Hu, J. J., Liang, J., He, C. Y., Wan, W. D., Jiang, C. H., Wu, H., & Li, N. (2024). Cellular aging and senescence in cancer: A holistic review of cellular fate determinants. Aging and Disease, 16(3), 1483–1512. https://doi.org/10.14336/AD.2024.0421
Vaiserman, A., & Krasnienkov, D. (2021). Telomere length as a marker of biological age: State-of-the-art, open issues, and future perspectives. Frontiers in Genetics, 11, 630186. https://doi.org/10.3389/fgene.2020.630186
Wattis, J. A. D., Qi, Q., & Byrne, H. M. (2020). Mathematical modelling of telomere length dynamics. Journal of Mathematical Biology, 80(4), 1039–1076. https://doi.org/10.1007/s00285-019-01448-y | ||
|
آمار تعداد مشاهده مقاله: 1 تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 1 |
||