Telomerase

Bei jeder Mitose verkürzen sich die Telomeren, die aus mehreren hundert einzelsträngigen DNA-Sequenzwiederholungen bestehen. Nach der Alters-Theorie von Hayflick (1969) führt dies dazu, dass sich Zellen (z.B. Fibroblasten) nur begrenzt teilen können und schließlich in Form der Apoptose sterben. Das im Zellkern befindliche Enzym Telomerase wirkt dem entgegen. Die Telomerase ist nicht in allen Zellen aktiv. Nachweisbar ist diese v.a. in sich schnell teilenden Zellen wie Knochenmarkszellen, Keimbahnzellen, Stammzellen (adult und embryonal), in einigen Zellen des Immunsystems, in Krebszellen sowie in einzelligen Organismen.

Eine niedrige Aktivität der Telomerase wird mit Zellalterung assoziiert. Gleichzeitig wirkt eine geringe Aktivität aber auch einer unkontrollierten Zellteilung (Tumorwachstum) entgegen. Moderne Anti-Aging-Experimente befassen sich damit, ob eine Steigerung der Telomeraseaktivität das Altern verlangsamt.

Während der DNA-Replikation der DNA wird am Folgestrang immer wieder ein RNA-Primer benötigt, um ein Okazaki-Fragment zu bilden. Am 3'-Ende des einzelsträngigen Matrizenstranges (Telomer) gibt es jedoch keine entsprechende Konsensussequenz mehr, an die dieser binden könnte.

Die Telomerase bindet über ihre interne RNA-Sequenz an den Matrizenstrang und erweitert diesen entsprechend der repetitiven Basensequenz 5'-TTAGGG-3' (in Vertebraten). Die Telomerasen-RNA dient hier als Matrize für die wieder aufgebauten Sequenzwiederholungen des Telomers. Da sie dabei RNA in DNA umschreibt, gehört die Telomerase zu den reversen Transkriptasen. Anschließend kann ein neuer RNA-Primer am verlängerten Ende angesetzt und die Elongation des Folgestrangs durch die DNA-Polymerase fortgesetzt werden.

Im Rahmen von DNA-Schäden kann die Serin-Proteinkinase ATM aktiviert werden, die eine Phosphorylierung von PIF1 katalysiert. PIF1 führt zu einer Hemmung der Telomerase. Gleichzeitig wird p53 aktiviert und der Zellzyklus gehemmt.