Transcriptional silencing of subtelomeric genes is associated with telomere length, which is correlated with age. Long and short telomeres in young and old people, respectively, coincide with gene repression and activation in each case. In addition, differential location of genes with respect to telomeres causes telomere position effect. There is very little evidence of the manner in which age-related telomere length affects the expression of specific human subtelomeric genes. We analyzed the relationship between telomere length and gene expression levels in fibroblasts derived from human donors at ages ranging from 0-70 years. We studied three groups of genes located between 100 and 150 kb, 200 and 250 kb, and >300 kb away from telomeres. We found that the chromatin modifier-encoding genes Eu-HMTase1, ZMYND11, and RASA3 were overexpressed in adults. Our results suggest that short telomere length-related overexpression of chromatin modifiers could underlie transcriptional changes contributing to cellular senescence.
Sung, Young Hoon;Choi, Yoon Sik;Cheong, Cheolho;Lee, Han-Woong
Molecules and Cells
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제19권3호
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pp.303-309
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2005
The end of eukaryotic genomic DNA is capped by a specialized structure called as "telomere" which consists of the repetitive array of nucleotide sequence, TTAGGG, in humans and mice, and a variety of binding proteins. Telomerase is a ribonucleoprotein (RNP) complex responsible for the elongation of telomeres to maintain the genomic integrity, and is composed of telomerase reverse transcriptase (TERT), telomerase RNA component (TERC), and their associated factors regulating the catalytic activity of telomerase. Although it is now apparent that telomerase protects cells from apoptosis via the maintenance of genomic integrity by stabilizing telomeres, our understanding for the physiological role of telomerase is yet far from completion, and emerging evidence suggests that telomerase has additional extratelomeric roles in mediating cell survival and anti-apoptotic functions against various cytotoxic stresses. Here we summarize and discuss how telomerase and telomeres are involved in mediating cellular protection against apoptosis.
텔로미어란 진핵세포에 존재하는 DNA-protein 복합체로서 염색체의 말단부에 tandem repeated DNA 서열(TTAGGG)n과 특정 단백질로 구성되어 있으며 세포 분열이 진행함에 따라 이의 길이가 짧아지게 되고 일정 길이 이하가 되면 세포의 사망이 유기된다. 텔로미어의 역할은 게놈의 보호자로서 염색체의 안정성에 본질적으로 작용할고 감수분열시 상동염색체간의 접합에 주된 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 소와 돼지의 성축에 대한 텔로미디어의 핵형과 각 염색체상 텔로미어의 양적 분포 양상을 제시하고자 Holstein과 Landrace를 공시하고 이들로부터 섬유아세포 배양으로 중기상을 획득한 다음 human telomeric DNA probe를 이용하여 형광접합보인법(FISH)으로 분석하였다. 실험 결과 소와 돼지의 모든 염색체의 양 말단부에 뚜렷한 텔로미어 프로브의 접합 양상을 발견할 수 있었다. 소의 경우 염색체들 간 텔로미디어의 양적 변이가 나타났으며 돼지의 경우는 모든 분석된 세포에서 특이적으로 6q1의 위치에 interstitial telomere가 존재하였다. 양적형광접합보인법(Q-FISH) 분석 결과 일부 염색체에서 한쪽 말단의 텔로미어 함량이 유의적으로 높은 것으로 분석되었고, 전체적으로 거의 모든 염색체에서 소, 돼지 공히 q-arm 말단주의 함유율이 p-arm 말단부에 비해 높은 것으로 나타났다. 또한, 염색체상 텔로미어의 상대적 함유율은 소가 돼지에 비해 높게 나타났으며, 전체 염색체 중 텔로미어의 상대적 함유율은 소, 돼지 모두 Y 염색체에서 가장 높았다.
텔로미어란 염색체 말단부에 TTAGGG의 반복 염기서열과 특정 단백질로 구성되어 있는 것으로 핵 내 염색체의 안정성에 작용을 하며 세포의 노화, 사멸 및 암의 발생과 관련이 있다. 텔로머레이스는 텔로미어의 길이를 일정하게 유지하기 위한 직접적 효소로서 telomeric DNA 합성에 관여하는 ribonucleoprotein이다. 본 연구에서는 한우와 Holstein종 136두를 대상으로 백혈구 세포를 이용하여 연령 별, 품종 별, 성 별 텔로미어 함량을 분석하였다. 또한 동일 연령에서 혈액, 간, 뇌, 심장, 신장 및 생식선 조직들의 텔로미어 함량과 텔로머레이스 활성도도 비교 분석하였다. Telomeric DNA의 양적분석은 양적형광접합보인법(Q-FISH)을 이용하였고, 텔로머레이스 활성도의 분석은 TRAP방법을 이용하였다. 분석 결과, 소의 백혈구 세포들에 있어 개체의 연령이 증가함에 따라 텔로미어의 함유율이 점진적이며 유의적으로 감소되는 양상을 보였고, 한우가 Holstein에 비해 텔로미어 함유율이 높게 나타나 품종 간 유의적 차이가 있었으며, 성 간에도 수컷이 암컷에 비해 유의적으로 높은 텔로미어 함유율을 나타내었다. 반면 동일 연령의 간, 심장, 신장, 폐, 혈액 세포내 텔로미어의 함유율은 차이가 없는 것으로 나타났다. 텔로머레이스 활성도는 태아의 모든 조직에서 비교적 강한 활성을 보였지만, 성 성숙이 된 18개월령에서는 생식선 조직을 제외한 나머지 조직에서 텔로머레이스 활성도는 현저하게 떨어져 조직별 세포의 증식성 특이성과 텔로머레이스 활성도간에는 밀접한 연관성이 있는 것으로 나타났다. 이상의 결과로서 세포내 텔로미어 양적 분포 양상 및 텔로머레이스 활성도를 이용하여 개체의 연령 지표 또는 생리적 표지의 개발 가능성을 제시하고 자 한다.
Ring chromosome occurs when both telomeres of a chromosome are lost and the remaining portion of the chromosome circularizes to re-establish chromosome stability. This abnormal structure shows mitotic instability unlike the normal chromosomes, causing problems during mitosis. Here, we report one case of "chromosome 4 ring syndrome" on a 6-month-old male patient with growth retardation. Ring chromosome, monosomy, dicentric chromosome were shown by conventional chromosome analysis using peripheral blood. Peripheral blood was used and incubated for 72 hours for chromosome analysis. 3 probes (LSI WHS SpectrumOrange/CEP 4 SpectrumGreen, 4p subtelomere probe, 4q subtelomere probe) were used to detect the origin and breakpoint of ring chromosome 4 by FISH (fluorescense in situ hybridization) technique.
How much do we know about the biology of aging from cell culture studies Most normal somatic cells have a finite potential to divide due to a process termed cellular or replicative senescence. A growing body evidence suggests that senescence evolved to protect higher eu-karyotes, particularly mammals, from developing cancer, We now know that telomere shortening due to the biochemistry of DNA replication, induces replicative senescence in human cells. How-ever in rodent cells, replicative senescence occurs despite very long telomeres. Recent findings suggest that replicative senescence is just the tip of the iceberg of a more general process termed cellular senescence. It appears that cellular senescence is a response to potentially oncogenic in-sults, including oxidative damage. In young orgainsms, growth arrest by cell senescence sup-presses tumor development, but later in life, due to the accumulation of senescent cells which se-cret factors that can disrupt tissues during aging, cellular senescence promotes tumorigenesis. Therefore, antagonistic pleiotropy may explain, if not in whole the apparently paradoxical effects of cellular senescence, though this still remains an open question.
텔로미어는 염색체를 보호하고 세포 분열의 안정성에 주된 작용을 하며 세포의 사멸, 노화 및 암의 발생과 직접적 관련이 있다고 알려져 있다. 최근 텔로미어의 길이와 텔로머레이스의 활성에 대한 많은 연구들은 광범위하게 진행되어 왔지만 닭에서는 매우 제한적으로 연구되어왔다. 따라서 본 연구에서는 한국 재래닭에서 발육, 성장 및 노화 단계별 간, 뇌, 심장, 신장, 정소 및 백혈구 세포에 대한 텔로미어의 양적 분포와 텔로머레이스 활성도를 분석 고찰하고자 하였다. 텔로미어의 함량 분석은 telomeric DNA probe 를 이용하여 Q-FISH 법으로 수행하였고, 텔로머레이스 활성도 분석은 TRAP 방법을 이용하였다. 분석 결과, 닭 염색체상 텔로미어는 모든 염색체 양 말단부에 나타나며 특히 1, 2 및 3 번 염색체에서는 양 말단 외 interstitial telomeric DNA 가 존재하였다. 닭의 조직별 세포들의 telomeric cDNA 함량을 분석한 결과 성장 및 노화가 진행됨에 따라 대부분의 세포들에서 텔로미어 함유율이 유의적으로 감소하였고, 조직 간 텔로미어 함유율 에서도 많은 차이를 보였는데 특히 증식성 세포인 정소 내 세포들이 다른 비 증식성 세포들에 비해 월등히 높게 나타났다. 텔로머레이스 활성도는 간, 뇌, 심장 등 대부분의 조직에서 성장 및 노화가 진행됨에 따라 활성이 감소되거나 없어지나 생식선 조직인 정소세포는 연령과 무관하게 지속적으로 높은 활성을 나타내었다. 이상의 결과로부터 닭의 조직별 세포 분화 및 증식성 특이성과 텔로미어의 함량 및 텔로머레이스 활성도 간에는 매우 밀접한 관련이 있으며, 텔로머레이스 활성도와 텔로미어 함유율 간에 매우 높은 상관이 있었다.
텔로미어는 진핵 세포의 염색체 말단으로, 직렬 반복 DNA 염기 서열과 shelterin 단백질 복합체로 구성되어 있다. 텔로미어의 기능은 염색체를 보호하는 것으로 체세포의 텔로미어 길이는 세포 분열시 DNA 복제 결실로 인해 연령이 증가함에 따라 감소하는 경향이 있다. 그러나 유전적, 후생유전학적 및 환경적 수준에서 여러 가지 요인이 텔로미어 길이에 영향을 미친다. 따라서 본 연구에서는 닭의 텔로미어 길이의 유전력을 추정하고, 이들의 유전전이 양상을 살펴보고자 하였다. 텔로미어 길이는 백혈구를 이용하여 양적 형광접합보인법(Q-FISH)과 양적 중합효소 연쇄반응법(qRT-PCR)으로 분석하였다. 분석 결과, 텔로미어 길이의 유전력은 자손과 부모 회귀 분석에 의해 출생 시 0.9로 추정되었고, 10 주령 및 30주령 때 부 분산 분석에 의해 0.03과 0.04로 추정되었다. 부와 자손 간(r=0.348) 및 모와 자손 간(r=0.380) 텔로미어 길이는 모두 유의한 정의 상관 관계를 보였다. 따라서 닭 텔로미어의 유전 전이 양상은 부모 양쪽 모두로부터 비슷하게 자식에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 더불어 암수 자손에 미치는 영향 또한 유사한 것으로 나타났다. 이러한 결과는 부모의 텔로미어 길이의 각인이 성염색체의 유전자가 아닌 상염색체의 유전자에 의해 조절되는 것을 의미한다. 또한, 산모 연령에 따른 출생 자손의 텔로미어 길이는 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 모체의 연령이 출생 자손의 텔로미어 길이에 영향을 미치지 않는데, 이는 수정란의 초기 배아 단계에서 세포적 reprogramming이 이루어지기 때문으로 사료된다.
연구에서는 돼지의 세포 분화 및 활성적 특이성과 개체의 성장, 노화의 생물학적 특성을 구명하고자 국내 대표적인 종돈을 대상으로 telomeric DNA probe를 이용한 양적형광접합보인법(Q-FISH)으로서 백혈구 세포의 연령 별, 품종 별, 성 별 텔로미어 함량을 분석 고찰하고, 텔로미어 함유율과 개체 별 각 생산 능력과의 연관성을 검토하고자 하였다. 본 연구에 공시된 품종은 대한양돈협회 제2종돈능력검정소에서 검정 사육된 Yorkshire, Landrace, Duroc 및 Berkshire종 암수 100두 이상으로서 분석 결과, 돼지의 연령이 증가함에 따라 유의한 텔로미어 함유율의 감소를 나타내었고, 품종 간에 있어서도 유색 종이 백색 종에 비해 유의적으로 높은 텔로미어 함유율을 보였으며, 성 간에도 수컷이 암컷에 비해 높은 텔로미어 함유율을 나타내었다. 한편 각 개체 별 능력검정 성적과 텔로미어 함유율 간의 상관관계를 분석한 바 일당 증체량, 정육율 및 선발지수와는 정(+)의 상관을 보이고, 체장, 사료 요구율 및 등지방 두께와는 부(-)의 상관을 보여 선발 지표로서 매우 바람직한 양상을 보이나 이들 간의 상관계수가 낮고 또한 모든 계수가 유의성이 없는 것으로 분석되어 각 경제형질과 개체의 텔로미어 함유율 간에 큰 연관성이 없는 것으로 나타났다. 이상의 결과들을 종합하여 볼 때 텔로미어 함유율이 돼지의 생리 표지로서 활용은 가능하나 생산능력의 표지로서 이용하기에는 다소 어려움이 있는 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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